[发明专利]地下水流仿真与预测分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及地质科学及可视化技术的综合利用，尤其是通过数据引擎将不同时期和格式的多源地下水数据集成到工作站中，建立水层网格模型，自动构建动态水位有限元网格，在此基础上实现各类水层的预测模拟，以及含水层地下水运移仿真的地下水流仿真与预测分析方法。

背景技术

地下水是我国城市生活和工农业用水的重要供水水源，地下水资源的可持续利用，紧密关系到国民经济的可持续发展。由于地下水赋存于地面以下岩石空隙中，人们无法直接观察，只能通过水文地质勘察与地下水动态监测才能揭示其赋存条件与运动规律。然而，受勘察经费影响，水文地质勘察孔的布置密度有限，对区域水文地质条件的认识存在较大的误差。利用数值模型对地下水流和溶质运移等问题进行仿真模拟，能够将地下水赋存环境运动规律和动态特征直接展现在人们眼前，使采区水文地质条件得到较全面准确的揭示，并以其有效性、灵活性和相对廉价性逐渐成为地下水研究领域的一种不可或缺的重要方法。

几十年来，国内外相关组织和机构在地下水模拟领域不断地研究和探索，积累了一定的研究成果。Juan等运用ARC/INFO和MODFLOW模拟了美国Jackson Hole地区的冲积含水层，并通过补给、排泄和水均衡的评估对模型进行了合理的校准。Facchi等建立渗流地带模拟与基于MODFLOW的地下水系统数值模拟耦合模型，用GIS来控制空间分布式参数以及输入和输出值，与其他类似模型不同的是可以评估作物水分消耗值在时间和空间上的分布情况。黄丹等建立了地下水概念模型、数学模型、三维数值模拟模型和优化模型的耦合模型，并提出运用Arc View、地下水模拟软件FEFLOW和最优化软件Lindo或Lingo的实现方案。颜辉武等研制了地下水资源三维体视化系统，由水文地质数据库、基础图形库、水文地质体体数据生成、水文地质体体视化、剖面显示和地下水流场可视化6个模块组成。

由于地下水的复杂性和不可见性，现有的数值模拟方法和软件系统依然缺乏有效的对地下水进行动态仿真模拟的方法、以及对流场的模拟分析、评价及预测手段。目前，通用的地下水模拟软件显示的流线是众多离散的矢量，不是一条从源至汇的连续线，而常用的绘图软件和算法也不能实现连续流线的绘制。近几年，这些软件不断的更新升级，但是没有正面的解决流场的实时动态的速度和流线的输出显示，而是用迹线模拟水流。

发明内容

根据背景技术所述，本发明的目的在于提供一种对地下水流仿真与预测分析方法，通过对采区地下水数据进行动态观测与采集，利用数据引擎将不同时期、不同格式的多源地下水数据集成到图形工作站中，并建立各含水层的网格模型、自动构建动态水位的有限元网格模型，同时确定参数分区及其相应的参数值，从而实现潜水含水层和承压含水层虚拟开采井抽水预测模拟、水位动态预测模拟、以及含水层地下水运移仿真；在设计的软、硬件环境中进行地下水渗流场仿真模型与含水层模型动态实时模拟与一体化显示，运用交互操作、信息查询等工具对VR环境和WEB环境中的各类模型进行交互式分析、预测与评价，为预测采区地下水资源未来发展状况和演化趋势，提供合理开发利用水资源的科学依据。

为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

1、地下水仿真流程

（1）在水文地质勘察中，为了探索地下水的形成条件、特征、动态规律等，对采区地下水的水位、水量、流速、水质等进行定期动态观测。采区地下水动态勘察孔主要分布在有代表性的水文地质单元内，监测线常平行和垂直于地下水流向布设，监测网的密度可根据地形、地貌、地质等情况并结合实际工程需求而设定。

（2）采区地下水数据采集的手段分为人工和自动两种方式，结合实际水文地质条件，一般设定每天记录1次数据，每月采集数据1次，通过网络导入远程或本地服务器的数据库中。

（3）通过数据引擎实现将不同时期、不同格式的多源数据导入到本发明系统中，作为三维模拟的原始水文地质依据。常用的数据引擎包括：ArcView数据引擎、DTM/DEM数据引擎、ORACLE等数据库引擎、以及其它构网软件数据引擎等。

（4）通过基于组件的面向服务的构建模式集成技术，允许实时地选择并组织不同的构建流程，完成各种所需功能。对采区现有可利用数据和资料进行分析、归类、数字化，通过数据管理工具进行模型的选择、存储、导入和导出等操作。

（5）采区三维水流动态模拟主要依据现有的来自GMS、GIS、数据库以及异构系统的数据，充分利用这些数据并进行有效的耦合/集成是非常必要的。采用上述数据引擎驱动方法，加强三维地质模拟系统的输入、输出功能，融合各种类型的数据。