基于GIS构建地下水流有限元模拟模型关键技术研究

论文摘要

地下水资源是一种宝贵的资源，但是由于不合理或无计划的开采，造成地下水位下降，诱发了一系列环境地质问题，并日趋严重。地下水资源问题是当前水资源的一个核心问题，地下水资源的准确评价是合理利用地下水资源的关键。地下水流数值模拟是目前地下水资源评价的主要方法。近年来，计算机的发展与GIS技术的进步为地下水流数值模拟带来了新方法。地下水问题具有明显的时空维，地下水流模拟强调地下水在介质中的运动情况。GIS应用于地下水流模拟，可以对模拟模型所需的数据进行前处理以及对模型运行的结果进行可视化显示，使地下水模拟模型更具有实用性和可操作行，以便地下水资源行政管理人员可以更深入地认识地下水在含水层中的赋存、运动情况，为地下水的合理开采与科学管理提供科学依据。论文采用面向对象的方法分析描述地下水流模拟数据模型，根据构建的地下水流模拟数据模型与地下水流在含水介质中的运移情况，选择松散岩类孔隙潜水与承压水的二维非稳定流为研究对象，将其数学模型与GIS集成；根据地下水系统中各个含水层与隔水层空间部分不连续性、不均匀性以及地层顶底界面几何形状的不确定性，研究适合含水层空间分布特征的空间自动离散方法；根据数学模型中各个计算参数的物理意义，研究了基于GIS的地下水流有限元数值模拟参数自动提取方法；针对地下水位的空间分布特征，研究了基于“点、面”的模型拟合方法与实现的技术路线，并对其中的一些关键技术问题提出了解决方案；在模型拟合地基础上，研究了在GIS技术支持下的地下水动态预测预报以及地下水开采方案优化调整方法。最后，为了验证论文中关键技术解决方案的正确性以及将论文研究成果应用于实践，更好地为生产服务，选择浙江省金华市区为研究样区，将基于GIS构建的地下水流有限元模拟模型应用于金华市区地下水流数值模拟，进行金华市区地下水动态预测预报，并取得了良好的模拟效果，为金华市地下水资源行政管理提供空间辅助决策支持。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及目的、意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 地下水流模拟发展现状
• 1.2.2 GIS与地下水流模拟模型集成发展现状
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究方法与技术路线
• 第二章 地下水流模拟数据模型
• 2.1 概念模型设计
• 2.1.1 地下水流概念模型
• 2.1.2 地下水流数值模拟概念数据模型
• 2.2 逻辑模型
• 2.2.1 地下水流逻辑模型
• 2.2.2 地下水流数值模拟数据逻辑模型
• 2.3 物理模型实现
• 2.3.1 模型的实现平台
• 2.3.2 地下水流模拟数据模型在Geodatabase中实现
• 2.4 本章小结
• 第三章 地下水流数学模型与GIS的集成
• 3.1 地下水流数学模型选择
• 3.1.1 平面二维孔隙承压水非稳定流数学模型
• 3.1.2 平面二维孔隙潜水非稳定流数学模型
• 3.2 地下水流模型与GIS集成
• 3.2.1 ArcEngine与地下水流模型集成
• 3.2.2 基于GIS的地下水流有限元模型建立流程
• 3.3 本章小结
• 第四章 模型空间离散及参数自动提取
• 4.1 模型的空间离散
• 4.1.1 空间离散特点
• 4.1.2 离散结点分布和组织
• 4.1.3 有限元三角网生成
• 4.2 空间参数自动提取
• 4.2.1 点状参数自动提取
• 4.2.2 线状参数自动提取
• 4.2.3 单元（面状）参数自动提取
• 4.2.4 初始水头值
• 4.2.5 边界条件
• 4.3 本章小结
• 第五章 模型拟合与地下水动态预测
• 5.1 模型拟合
• 5.2 基于GIS的地下水动态预测方案优化
• 5.3 预测水位等值线生成
• 5.4 等值线分布区域树
• 5.5 水位等值线分布区域树生成
• 5.5.1 等值线预处理
• 5.5.2 等值线分布区域树生成算法
• 5.5.3 研究区域中包含“岛屿”情况的处理
• 5.5.4 等值线分布区域等值线阈值计算
• 5.6 临界水位区范围内的开采井标定
• 5.7 本章小结
• 第六章 应用实例
• 6.1 水文地质条件
• 6.2 水文地质概念模型
• 6.2.1 含水层结构的概化
• 6.2.2 边界条件
• 6.2.3 源汇项处理
• 6.3 模型的时空离散
• 6.3.1 时间离散
• 6.3.2 空间离散
• 6.4 模型识别
• 6.4.1 基于“点”的模型拟合方法实现
• 6.4.2 基于“面”的模型拟合方法实现
• 6.5 地下水动态预测预报
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 不足之处与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要科研工作