地下水三维可视化模型建造
GMS三维可视化建模
GMS三维可视化建模摘要：本文结合研究区具体的水文地质条件、含水介质的空间结构，融合基础地理数据、钻孔数据，建立了与实际情况相符的数学模型，研究了模型的边界条件、时间和空间离散、含水介质的水文地质参数的确定，利用目前较为流行的地下水数值模拟软件GMS，进行数值模拟，并进行模型识别与检验。
关键词：GMS；可视化；三维建模Abstract：This article establishes the mathematical model on the basis of knowing and grasping the hydrological condition, space structure of the water bearing medium of fengfeng mine in Handan, fusing the basic geography data and bore data. The boundary condition generalizing, the model time and spatial separate and the hydrological parameter selection are researched. The program is numerically simulated, including identification and optimization.Key words: GMS; visualization; three-dimensional modeling三维可视化建模在20世纪90年代初期开始为人类所重视，并逐渐成为数学地质、石油勘探、岩土工程、GIS和科学计算可视化领域的研究与应用热点。
所谓三维可视化地质建模，按照Simon W Houlding的观点是指运用计算机技术，在三维环境下将空间信息管理、地质解译、空间分析、地学统计与预测、实体内容分析以及三维图形可视化等技术工具结合起来，实现地质模型的三维显示，并用于地质分析的技术[1]。
地下水水流模型建立过程
地下水水流模型建立过程地下水水流现状模型建立1.模拟时间可长可短，不影响水流模型过程，一般用非稳定流，溶质运移考虑稳定流。
单位里只需变更渗透系数单位m/s变为m/d，模型已运行完需要修改运移时间时，点主菜单F10,点设置到编辑引擎，可修改运移时间。
2.在给定模型底图时，先确定画好好模型的边界，埋深线，渗透系数等参数分区线等，以便后期人为好分区。
3.模型的边界零流量边界有：天然断裂带、天然基底隆起阻水带及人为流畅零流量变为。
定水头边界有：泉沟河及水位变化很微弱的等水位线。
给定水头边界（变水头边界）：按上下游等水位线给定一条弧线，或者根据补给边界断面给定一条直线。
4.底图校正时，原点坐标输入左下角坐标。
角点坐标输入左下角和右上角坐标，角度为0。
5.导入地表高程和基地高程时，采用模型坐标，单位为米。
6.生成网格后，将模型区外围采用无效水流区多边形概化，无效区不参与计算，流入流出量外也概化为无效区，给定水头后水头边界模型会给定水流量参与计算，其他边界为零流量边界。
模型无效概化前全是有效网格，因此不能采用有效网格多边形，只能采用无效网格多边形进行无效区，无效区可用有效多边形修改，可按F9进行无效区可见进行视图可视化。
7.网格菜单下的绘制等值线可绘制出模型地表高程、厚度及基底等高线。
8.导入抽水井时要注意滤水管的顶底高程，开采时段及开采量，概化井的开采量和总量要一致。
添加水位观测井时滤水管的高程为滤水管的中点高程，没有顶底高程。
9.给定渗透系数时电脑可按井渗透系数自动分区，比较分散，最好是人为划定多边形区域赋值，最后好调整参数。
调整参数时只需要点数据库进行调整。
10.存贮参数一般不分区，给水度0.1—0.26之间，有效孔隙度0.25左右，总孔隙度0.3左右，后两参数对模型影响不大。
调整参数时只需要点数据库进行调整。
11.依据统测水位导入水位标高，生成初始水头，最好有年初（模型开始期）水位作为初始水头，年末（模型结束期）水头作为与模型运行至365天时长流畅做对比验证。
地下水建模方法和步骤演示幻灯片
( x ) 2
t
H in 1 (2 H x ) in 2 H in 1H in 1 tH in i 2 ,3 ,,n x 1
隐式差分格式
H ( x 0 x , t 0 t ) 2 H ( x 0 , t 0 t ) H ( x 0 x , t 0 t ) H ( x 0 , t 0 t ) H ( x 0 , t 0 )
KMt
e (x)2
将该式子代入得到：
K M h in 1 (2 h x in )2 h in 1(xi,tn)eh in 1 th in
h in 1h in 1 (1 2)h inh in 1 t (xi,tn) e
（i=1，2，3，.....N-1），（n=1，2，3，.....）
( x ) 2
t
H in 1 1 2 H in 1 H in 1 1 H in 1 H in i 2 ,3 ,,n 1 x
( x )2
t
12
(2)有限差分方程建立(续)
方法二：达西定律和水均衡原理
取右图所示得微小六面 体。设与x,y,z,方向对应得 主渗透系数分别为Kx, Ky,Kz；建立均衡期t时 段内，微小均衡六面体的 水量守恒方程。
'(x 0) xf'2 '(!)( x)2 f(x 0 x)f(x 0)f'(x 0 ) xf'2 '(!)( x)2
方法一
A
B
① 由A得：
f(x0)f(x0 xx )f(x0)O ( x)
称
f(x0x)f(x0) x
为f(x)在x0处的一阶前向差商，O(x)
地下水建模方法和步骤
中国地质大学(武汉)环境学院
2012.8
孔隙地下水系统三维动态建模时空数据模型
污染风险评估
通过模型分析，评估地下水污染 对生态环境和人类健康的风险程 度，为风险管理提供决策支持。
工程地质评价
工程场地适宜性分析
01
利用三维动态建模和时空数据模型，可以对工程场地的地质条
件进行综合评价，为工程选址提供科学依据。
地基稳定性评价
02
基于模型分析，评估地基的稳定性和承载能力，预防工程地质
空间数据插值与网格化
利用克里金插值、反距离加权插值等方法，对离散的孔隙地下水 观测数据进行空间插值，构建连续的空间数据场。
空间自相关性分析
通过计算空间自相关函数（如莫兰指数），分析孔隙地下水系统的 空间自相关性和空间异质性。
空间聚类与分区
采用空间聚类算法（如K-means、DBSCAN等），对孔隙地下水 系统进行空间分区，揭示空间分布格局和规律。
提升模拟精度
时空数据模型可以为三维动态建模提供更精细的数据表达，从而提高模拟结果的精度和可 靠性。这对于准确预测孔隙地下水系统的行为、制定科学合理的地下水资源管理策略具有 重要意义。
CHAPTER 02
孔隙地下水系统三维建模
基于物理的建模方法
物理定律驱动
该方法基于地下水运动的物理定律，如达西定律、质量守恒 定律等，通过数值模拟方法求解偏微分方程，从而模拟地下 水流和溶质运移过程。
多尺度建模：考虑到地下水系统的多尺度特性，混合建模方法还可以结合多尺度建模技术， 从而在不同的空间和时间尺度上描述和模拟地下水系统的动态行为。
这些方法为孔隙地下水系统的研究和管理提供了有力工具，有助于提高我们对地下水系统行 为的理解和预测能力。
CHAPTER 03
时空数据模型的建立
时间序列分析
时间序列数据预处理
地下水 三维地质建模 方法
地下水三维地质建模方法说实话地下水三维地质建模这事，我一开始也是瞎摸索。
我试过好多软件呢，最开始我用那个大家都推荐的软件，我心想这么多人用肯定错不了。
我就一股脑儿地把收集到的地下水和地质数据往里塞。
结果呢？那叫一个乱，模型根本不成样子。
我当时就想，这哪出问题了？后来我才意识到，在往里输入数据之前，得先对数据进行好好筛选和整理，就像做菜之前得把食材都挑挑拣拣、清洗干净一样。
数据里头有好多重复的、不准确的部分，这就好比食材里夹杂着烂叶子、泥块儿啥的，非要混着用肯定做不出好菜，也就做不出好模型。
后来我还尝试从简单的二维模型开始构建起，我觉得就像盖房子得先打地基一样，二维模型就像这个基础。
我先把我确定的数据，比如说某一平面上几个关键的地质钻孔的数据搞进去，让这个二维的层面能够清晰呈现。
这个过程也不是一帆风顺的，比如说怎么把离散的点给连起来合理表达地质构造就不容易。
我试过沿着钻孔直接连线，发现那样子与实际偏差太大。
后来我就学聪明了，我开始参考周边的地层走向资料，再利用插值等手段，像慢慢填充拼图一样让平面图合理又准确起来。
有了比较满意的二维模型基础，我再去拓展到三维。
这个时候数据的分层管理就特别的重要，就好像盖高楼，每一层得清楚明白的。
我对地下水的水位数据、不同地层的数据按照逻辑层级分好，可是这时候却被坐标转换给搞懵了好一阵子。
不同数据来源使用的坐标系统可能不一样，就像不同国家开车有的靠左有的靠右，数据这里要是不把坐标系统统一转换到建模要求的那个，整个模型就会歪七扭八。
我开始是用手算，老错，后来找了专门的坐标转换小工具，算是解决了这麻烦事儿。
在对地层建模时，我不确定的话，我就多参考多查证。
比如关于某一特殊地层的厚度变化，我在周边地质报告中找了相似研究区域的描述，类比到我自己正在建模的区域。
虽然不确定完全准确，但至少能有一个大致的方向。
这样也避免了模型出现特别大的偏差。
我还试过不同的算法，像有限差分法、有限元法等等。
【CN109871648A】地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910179191.5(22)申请日 2019.03.11(71)申请人 山东科技大学地址 266590 山东省青岛市经济技术开发区前湾港路579号(72)发明人 谢道雷 尹会永 魏久传 张伟杰 韩承豪 牛会功 (74)专利代理机构 济南领升专利代理事务所(普通合伙) 37246代理人 王吉勇 崔苗苗(51)Int.Cl.G06F 17/50(2006.01)(54)发明名称地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法(57)摘要本发明公开了一种地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，包括以下步骤：（1）资料收集整理及水文地质条件分析；（2）观测孔布置及水文信息观测；（3）观测孔岩层结构分析与ID编号；（4）建模数据采集与录入；（5）三维水文地质结构模型构建；（6）根据《地下水位警戒线划定技术大纲》确定四条参考线；（7）卫星地图覆盖及三维模型任意切割；（8）地下水资源量自动分析及预警预报。
构建的三维水文地质结构模型克服了前人在地下水监测方面只是水位监测缺乏地下水资源动态监测与预警预报的缺陷。
该方法简单、实用、易操作，能对地下水资源开发利用程度自动分析、过渡开采预计预报。
能够准确地对地下水资源进行动态监测。
权利要求书3页 说明书7页 附图5页CN 109871648 A 2019.06.11C N 109871648A权 利 要 求 书1/3页CN 109871648 A1.一种地下水资源三维可视化动态监测结构模型的构建方法，其特征是，包括以下步骤：A．原始水文地质条件分析：收集研究区地质、水文地质资料，包括观测孔分布、地层、岩性、水位和水质，分析研究区岩层结构特征，分析各岩层顶底板标高和含水层水位动态特征，评价研究区地下水资源控制程度，确定控制程度较低的区域；B.观测孔布置及水文信息观测：对控制程度较低的区域布置并施工观测钻孔，并在观测孔中安装水位水质遥测终端，实现含水层地下水水位和水质的实时观测，并将观测数据实时传输至监测系统中心；C.观测孔岩层结构分析：对每一个观测孔岩层结构进行分析，通过岩层对比划分详细的岩层结构，并为每一层进行编号，计算每一层岩层的顶底板标；D.模型数据采集：根据空间坐标对研究区进行各岩层顶底板标高和实时水位的水文数据的采集，并录入水文地质基础数据库；E.三维水文地质结构模型构建：将采集的各岩层顶底板标高、实时水位等数据导入三维地下水模拟软件GMS中执行三维水文地质结构模型的构建，并在模型中呈现实时水位；F. 根据各省《地下水位警戒线划定技术大纲》确定四条参考线：基准水位、黄色、橙色和红色警戒水位，并将四条水位线置于三维水文地质结构模型中，通过与实时水位线的空间位置对比实现地下水资源的动态监测；G. 卫星地图覆盖：覆盖研究区卫星地图，实现三维水文地质结构模型任意具体位置的切割可视化。
基于GMS的多约束下三维地下水系统可视化模型构建
基于GMS的多约束下三维地下水系统可视化模型构建
刘丽花;张树清
【期刊名称】《中国科学院大学学报》
【年(卷),期】2015(032)004
【摘要】近些年来,由于地下水资源的过量开采,已经引发地面沉降、植被退化、土壤盐渍化等一系列的生态环境问题.三维地下水含水层模型能够直观展示含水层的空间分布,可为进行水资源评价,预测地下水的动态变化趋势,合理开采利用地下水提供决策支持和技术支撑.本文基于GMS软件,以获取的钻孔数据为源数据,构建苏锡常部分地区的三维地下水含水层模型.通过对研究区进行分区,针对每个分区地质单元的特点在钻孔稀疏地区和地层尖灭地区引入虚拟钻孔,并利用地质剖面图对模型构建过程中的钻孔剖面进行约束的方式对模型进行修正和处理.结果表明,模型的精度有了显著提高,所揭示的三维含水层模型与勘探资料基本相符.该模型对指导地下水开发利用,优化种植结构,制定节水灌溉措施具有重要的现实意义。
【总页数】6页(P506-511)
【作者】刘丽花;张树清
【作者单位】[1]中国科学院东北地理与农业生态研究所,长春130102;[2]中国科学院大学,北京100049
【正文语种】中文
【中图分类】P641
【相关文献】
1.基于GMS软件对昆明北市区地下水系统的数值模拟 [J], 韦耀东;罗应培;卢晓鹏
2.基于GMS的多约束下三维地下水系统可视化模型构建 [J], 刘丽花;张树清
3.基于3dsMAX的三维数字城市可视化模型构建方法 [J], 肖坤;闫浩文;王中辉
4.基于GMS基岩矿区地下水三维实体模型的构建 [J], 覃荣高;高建国;臧小豹;高星刚;孙凤娟
5.地下水模拟软件GMS在构建三维地层模型中的应用 [J], 冯运鱼;罗江波
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地下水三维可视化模型建造PPT课件
•1
1.首先切换到地质模型树下，展开三维模型节点，选中“剖面集”节点； 2.选择“剖面编辑”主菜单下的“读入剖面文件”； 3.在弹出的对话框中，首先输入剖面比例尺，包括剖面测线比例尺、 剖面横向比例尺和剖面纵向比例尺； 4.在弹出的对话框中，选中剖面文件，点击“打开”按钮读入数据， 类似导入模型需要的所有剖面数据。
•2
建立断面、地层和透镜体都需要从剖面上拾取线作为初始数据， 这里以地层为例介绍剖面上地层线的拾取与编辑操作。 1.选中某剖面下的“地层线集”节点，并选择“剖面编辑”菜单下的子 菜单“增加地层线”或“选取地层线”； 2.在视图中的剖面上增加或选取一条线作为地层线。如图，剖面上 红色的线为拾取的地层线； 3.拾取完线后，可以设置该线属于哪个地层。下拉框中的这些地层名 是先建好的地层，建立方法见“地层面建模”一节。
•6
•7
1.选中“剖面图集”树结点，选择“剖面图”主菜单下的“绘制剖面线” 选项； 2.在三维视图中想要增加剖面的地方画几条折线，即可显示不同 位置的垂直剖面，同时这些剖面会挂在树上剖面集结点下。
•8
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•10
•3
1.首先切换到地质模型树下，展开三维模型结点，选中“断面集”结点； 2.选择“断面编辑”主菜单下的“新建断面”选项； 3.这时，在“三维模型”数上的“断面集”结点下新增了一个子结点， 默认名字为“新建断面”，可以在断面的属性框中改名； 4.设置断面的主辅关系； 5.选择菜单“断面编辑”下的“更新断面”操作，生成好的断面会自动 显示在三维视图中。
பைடு நூலகம்•5
1.选中某地层的透镜体集，主菜单“透镜体”中选择“新建透镜体”， 透镜体集下新增加一个“新建透镜体”节点； 2.选中“新建透镜体”结点，属性框如下所示，可以修改透镜体的 名称； 3.选中某透镜体，在主菜单“透镜体”中选择“生成透镜体顶面”； 默认名字为“新建地层”，可以在地层的属性框中改名； 4.选中尖灭线集节点，主菜单“透镜体”中选择“创建尖灭线”，在视 中以交叉的透镜体线为范围描绘出一个闭合的曲线； 5.这时，闭合曲线作为“尖灭线1”节点自动挂在“尖灭线集”结点下； 6.选中“新建透镜体”结点，在主菜单“透镜体”中选择“生成透镜体
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1.首先切换到地质模型树下，展开三维模型节点，选中“剖面集”节点； 2.选择“剖面编辑”主菜单下的“读入剖面文件”； 3.在弹出的对话框中，首先输入剖面比例尺，包括剖面测线比例尺、 剖面横向比例尺和剖面纵向比例尺； 4.在弹出的对话框中，选中剖面文件，点击“打开”按钮读入数据， 类似导入模型需要的所有剖面数据。
建立断面、地层和透镜体都需要从剖面上拾取线作为初始数据， 这里以地层为例介绍剖面上地层线的拾取与编辑操作。 1.选中某剖面下的“地层线集”节点，并选择“剖面编辑”菜单下的子 菜单“增加地层线”或“选取地层线”； 2.在视图中的剖面上增加或选取一条线作为地层线。如图，剖面上 红色的线为拾取的地层线； 3.拾取完线后，可以设置该线属于哪个地层。下拉框中的这些地层名 是先建好的地层，建立方法见“地层面建模”一节。
1.选中“剖面图集”树结点，选择“剖面图”主菜单下的“绘制剖面线” 选项； 2.在三维视图中想要增加剖面的地方画几条折线，即可显示不同 位置的垂直剖面，同时菜单“透镜体”中选择“新建透镜体”， 透镜体集下新增加一个“新建透镜体”节点； 2.选中“新建透镜体”结点，属性框如下所示，可以修改透镜体的 名称； 3.选中某透镜体，在主菜单“透镜体”中选择“生成透镜体顶面”； 默认名字为“新建地层”，可以在地层的属性框中改名； 4.选中尖灭线集节点，主菜单“透镜体”中选择“创建尖灭线”，在视 中以交叉的透镜体线为范围描绘出一个闭合的曲线； 5.这时，闭合曲线作为“尖灭线1”节点自动挂在“尖灭线集”结点下； 6.选中“新建透镜体”结点，在主菜单“透镜体”中选择“生成透镜体
1.切换到地质模型树下，展开三维模型结点，选中“地层集”结点； 2.选择“地层编辑”主菜单下的“新建地层”选项； 3.这时，在“三维模型”数上的“地层集”结点下新增了一个子结点， 默认名字为“新建地层”，可以在地层的属性框中改名； 4.设置地层主辅关系； 5.在树上选中某地层，选择菜单“地层编辑”下的“生成地层面”操作 生成好的地层会自动显示在三维视图中。
1.首先切换到地质模型树下，展开三维模型结点，选中“断面集”结点； 2.选择“断面编辑”主菜单下的“新建断面”选项； 3.这时，在“三维模型”数上的“断面集”结点下新增了一个子结点， 默认名字为“新建断面”，可以在断面的属性框中改名； 4.设置断面的主辅关系； 5.选择菜单“断面编辑”下的“更新断面”操作，生成好的断面会自动 显示在三维视图中。