IHEG陆琰国内水文地质三维可视化现状研究..doc

国内水文地质三维可视化现状研究 陆琰, 张礼中, 周小元 (中国地质科学院水文地质环境地质研究所，石家庄050061) 摘要：从水文地质学研究的对象和特点出发，论述了水文地质三维可视化的意义，通过对研究和应用现状的分析，阐述了水文地质三维可视化的发展前景。 关键词：水文地质；三维可视化 0 引言 地学三维可视化利用计算机技术将现实世界中的地质现象描绘为三维模型，直观再现地下各种地质现象的特征，辅以强大的交互性，将地学科研工作者从海量的抽象数据和缺乏直观性的二维图形中解放出来，地学分析和研究工作的效率得以大大提高。以地下水为研究对象的水文地质学是地学的重要分支。三维可视化技术可还原地下水资源的赋存状态和空间分布规律，模拟地下水的时空变化特征，可以辅助水文地质勘察和研究工作，对人类合理开发利用地下水资源具有十分重要的研究和应用意义。 1 水文地质研究的特点 是主要研究地下水的分布、运动和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源评价、开发及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。存在于地壳岩石裂缝或土壤空隙中的水。 国内水文地质三维可视化研究程度较矿床岩体三维可视化具有一定差距，目前集中在水体三维建模、地下水数值模拟和区域作者：地下水资源分布建模应用研究方面。 中国地质科学院水文地质环境地质研究所的张永波研究员针对水文地质三维建模方法开展了广泛深入的研究并发表了相关专著，提出了进行地下水系统三维建模的方法、技术流程和过程控制。中国矿业大学的武强教授在地下水数值模拟和可视化方面开展了一系列研究工作，提出了地下水渗流场可视化动态模拟方法[7]。 河海大学水文地质研究所骆祖江地理信息科学江苏省重点实验室S. S. Papodopulos Associ2ates公司开发的三维地下水溶质运移模拟软件，其优点是求解方法多样，兼顾精度和效率。 FEFLOW是由德国WASY公司开发的基于有限元的地下水系统模拟软件，可完成包括地下水流、溶质运移、热量运移、污染扩散、地下水开采对区域地下水的影响等水文地质现象的模拟和三维可视化，并可对水资源利用管理方案的制定提供决策支持。 GMS (Ground water Modeling System)是美国国防部开发的集成多种地下水模拟和可视化模块的软件包，系统中的数值模型有MODFLOW, MT3DMS, RT3D, SEAM3D, MODPATH , SEEP2D, FEMWATER, NUFT, UTCHEM。实现各模型间的信息共享、统一调度，完成复杂的地下水模拟计算和可视化功能，GMS是目前最完善的地下水模拟软件。 中国地质科学院水文地质环境地质研究所的张永波研究员、北京航空航天大学的杨钦教授等专家学者合作开展了“地下水系统三维可视化软件(3D-GRID)”的研制工作，所开发的软件实现了地下水系统基础数据管理、地下水三维系统生成辅助编辑、地下水三维系统可视化、地下水流体运移的动态仿真、地下水三维系统的网络服务体系等主要功能模块[6]。 2.5 开发现状 国内水文地质三维可视化系统开发多数基于国外水文地质模拟软件公司的三维数值模拟与可视化工具箱，也有不少是基于三维图形库及虚拟现实工具包进行的三维底层开发。 面向水文地质行业应用的二次开发多基于GIS和水文地质三维模拟软件包。国外一些著名的水文地质模拟软件和GIS平台提供了功能完善的二次开发软件包，这其中包括以Visual MODFLOW为代表的一些水文地质模拟软件以及以ArcGIS为代表的GIS软件。 中地公司必威体育精装版推出的MAPGIS K9系统平台包括了三维可视化管理和开发平台，支持基于GIS数据的三维建模和搭建式开发，可实现三维地学模型、三维景观模型的快速建立和一体化管理，通过影像、电子地图、高程等数据可生成虚拟的三维景观地理场景[9] A Three-Dimensional Finite Element Computer Model for Simulating Density-Dependent Flow and Transport in Variably Saturated Media. Version 3.0, USER S MANUAL, Talbot US Army Engineer Research and Development Center Waterways Experiment Station. [10] M.R. Lelliott , M.R. Cave, and G.P. Wealthall. A structured approach to the measurement of uncertainty in 3D geological models . Quarterly Journal of E