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国内地下水资源可视化现状研究综述

段焕娥;闫浩文;韩慧

【摘要】地下水资源日益匮乏及其可持续开发是当前人类高度关注的资源环境问

题之一。地下水赋存于地下不可直接观测其空间特征,因此模拟可视化成为地下水

资源科学规划与管理的基础,并成为水文学和水文地质学研究的热点和紧迫课题之

一。基于文献检索,总结了该领域的研究进展和存在的问题,以期为后续研究提供必

要的参考和借鉴。

【期刊名称】《地理空间信息》

【年(卷),期】2012(010)006

【总页数】4页(P62-64,68)

【关键词】地下水;三维建模;水动态;物质运移;可视化

【作者】段焕娥;闫浩文;韩慧

【作者单位】兰州交通大学测绘与地理信息学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学

测绘与地理信息学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学测绘与地理信息学院,甘肃兰

州730070

【正文语种】中文

【中图分类】P208

地下水赋存于地下岩石空隙中，不能直接观察，只有通过水文地质勘察和地下水动

态监测才能揭示其赋存条件与运动变化规律。利用可视化技术展现地下水赋存环境

和动态特征，从而较全面准确地揭示研究区水文地质状况，已成为水文地质学的热

点研究课题之一。当前研究成果和技术方法较多，本文基于文献检索，总结了当前

的研究进展和存在问题，旨在为以后的研究提供必要的参考和借鉴。

地下水三维建模是水文地质三维可视化的基础和重点，主要是利用有限的钻孔数据、

水文地质剖面图及其他勘测数据构建地下含水层模型、地下水赋存环境模型等，以

此描绘地下水的分布和赋存特征。建模方法主要包括准三维写意可视化、准三维制

图可视化、三维体视化、混合体视化等4类[1]（见表1）。其中，前2种是基于

表面的建模方法，重点通过二维模型的色彩、纹理等视觉变量组合实现三维视觉感

受；后2种是基于二维组合及三维立体的建模方法，旨在通过对象内部参数变化

描述地下水流场空间的内部特征。此外，还有人提出了立体可视化，主要思想是在

数据三维可视化基础上，通过实现显示器三维显示功能和立体眼镜等达到视觉感受

三维化。这与空间数据三维建模已是两类课题，因此，应当已不属于三维建模范畴。

地下水时空变化可视化以水文地质调查数据、地下水文动态监测数据、数值模拟结

果及专家分析数据为基础，建立地下水流场各类渗流、运移、污染扩散、水位变化

等时空变化模型，并实现可视化模拟分析及显示。这方面的研究主要有以下4类：

1）地下水流模拟模型与GIS软件相结合。充分利用GIS软件的可视化功能实现水

文地质信息分图层管理、自动绘制等值线图、生成水位剖面图、控制点的添加、参

数赋值、空间查询等[9-12]。杨旭等以常州—武进地区地下水流模拟为例，研究地

下水流数值模拟过程中含水层空间与模拟时间的可视化离散、计算参数的可视化赋

值、模型的可视化拟合及其模拟结果可视化表达的方法，基本实现了地下水流模拟

过程的可视化[]。

2）基于地下水流模拟专业软件的可视化。国际上流行的地下水文地质数值模拟专

业软件有很多，如VisualMODFLOW、FEMWATER、FEFLOW、GMS等都提供

了三维地下水流评价、平面和剖面流线示踪分析、溶质运移模拟评价以及可变密度

流场模拟等功能，主要用于对地下水资源评价所涉及的空间数据进行管理和专题制

图。国内研究中除FEMWATER应用较少外，其他的都被广泛使用（见表2）。

MODFLOW软件虽然本身仅限于模拟地下水在孔隙介质中的流动，但大量实践表

明，只要使用得当，MODFLOW也可用于解决许多地下水在裂隙介质中流动的问

题[13]和抽水引起的地面沉降等的模拟[14]。例如，罗云菊等采用MODFLOW

模拟重庆小泉地区在不同开采条件下的地下热水渗流场，得到小泉地区地下热水可

持续开采量[15]；周念清模拟了宿迁市地下水资源及水漏斗情况[14]；赵松江等对

四川天台滑坡体内渗流场的变化进行模拟，获得了特大暴雨情况下滑坡发生时坡体

内的渗流场情况，并预测了不同工况下各种降雨持续时间的坡体的渗流场，为有针

对性地开展滑坡治理提供可靠依据[16]。

GMS几乎包含了地下水流模拟的所有模拟模型，可以用来模拟与地下水相关的几

乎所有水流和溶质运移问题[17]。曹渊等采用GMS软件数值模拟，获得了饱和带

和非饱和带地下水的运动特征及饱和、非饱和情况下核素迁移的方向