基于GIS的地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究-以常州市區(qū)與武進(jìn)市地區(qū)孔隙地下水流模擬為例

基于GIS的

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究

—以常州市區(qū)與武進(jìn)市地區(qū)孔隙地下水流模擬為例

匯報(bào)人：楊旭GIS博士生論壇

論文匯報(bào)內(nèi)容一、選題背景與研究意義二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀三、研究區(qū)域地下水流概念模型四、GIS與地下水流模擬模型的集成

五、地下水流可視化模擬系統(tǒng)的組成

六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法七、結(jié)語

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的一、選題背景與研究意義

〔1〕地下水不僅是一種珍貴的資源，同時(shí)也是復(fù)雜的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的一個(gè)敏感的組成因子之一，地下水的變化往往會(huì)影響生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的天然平衡狀態(tài)〔2〕過量開采地下水，造成地下水水位下降，會(huì)誘發(fā)以下四大方面的環(huán)境地質(zhì)問題：區(qū)域性地下水降落漏斗、地面沉降、海水入侵、水質(zhì)惡化等1、研究背景〔3〕基于GIS的地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究，既迎合目前“數(shù)字地球〞的浪潮和社會(huì)各行各業(yè)利用信息化管理的開展趨勢，又可以為地下水資源合理開發(fā)利用規(guī)劃提供輔助決策支持

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的

基于GIS的地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究，就是將專業(yè)應(yīng)用模型——地下水流模擬模型與GIS進(jìn)行有機(jī)的集成，形成地下水資源管理的空間輔助決策支持系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中可實(shí)現(xiàn)地下水流模型的可視化空間離散、參數(shù)自動(dòng)賦值、模型的可視化擬合以及模擬結(jié)果的2D、3D的可視化表達(dá)，對地下水資源的科學(xué)管理具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。一、選題背景與研究意義2、研究意義

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的

論文匯報(bào)內(nèi)容一、選題背景與研究意義二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀三、研究區(qū)域地下水流概念模型四、GIS與地下水流模擬模型的集成

五、地下水流可視化模擬系統(tǒng)的組成

六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法七、結(jié)語

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀GIS在地下水流模擬研究中應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代后期，隨著GIS的開展，越來越多的基于GIS的地下水模型商業(yè)軟件系統(tǒng)開始出現(xiàn)，主要用于對地下水流模擬所涉及的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和專題制圖，其中國外較著名的軟件有：加拿大Waterloo水文地質(zhì)公司的主要運(yùn)用于地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模擬的VisualModeflow、美國GroundwaterModeling，Inc.公司的FEFLOW軟件與美國地質(zhì)調(diào)查局開發(fā)的專門用于孔隙介質(zhì)中地下水流動(dòng)數(shù)值模擬軟件的MODFLOW，其中MODFLOW已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)，在科研、生產(chǎn)、工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、城鄉(xiāng)開展規(guī)劃、地下水資源科學(xué)管理等許多行業(yè)和部門得到了廣泛的應(yīng)用，它目前已經(jīng)成為最為普遍的地下水流數(shù)值模擬軟件。

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀現(xiàn)狀分析上述已開發(fā)的地下水流模擬系統(tǒng)中，雖然具備了含水層2D甚至3D可視化、含水層空間自動(dòng)離散、人機(jī)交互式參數(shù)賦值、模擬結(jié)果的可視化等功能，但GIS在地下水流模擬系統(tǒng)中的應(yīng)用仍滯步于圖層的管理以及一些專題圖的制作，在空間分析、地下水流場模擬、計(jì)算參數(shù)的自動(dòng)賦值、模擬模型的可視化識(shí)別、水文地質(zhì)體、地下水動(dòng)態(tài)以及模型運(yùn)行結(jié)果的三維可視化等方面的功能較弱，地下水流模擬系統(tǒng)空間輔助決策支持功能受到了限制。因此，建立基于GIS的地下水流可視化模擬系統(tǒng)，從空間分析、地下水流場模擬、計(jì)算參數(shù)的自動(dòng)賦值、模擬模型的可視化識(shí)別，水文地質(zhì)體、地下水動(dòng)態(tài)、以及模型運(yùn)行結(jié)果的三維可視化等方面完成GIS與地下水流模擬模型的集成，提高地下水流模擬過程可視化程度，從而提高地下水流模擬系統(tǒng)的空間輔助決策支持功能。

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的

論文匯報(bào)內(nèi)容

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的一、選題背景與研究意義二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀三、研究區(qū)域地下水流概念模型四、GIS與地下水流模擬模型的集成

五、地下水流可視化模擬系統(tǒng)的組成

六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法七、結(jié)語三、研究區(qū)地下水水流概念模型1、評價(jià)區(qū)地理位置

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的2、評價(jià)區(qū)含水層分布根據(jù)松散巖類各含水砂層的時(shí)代、沉積環(huán)境、埋藏分布，水化學(xué)特征及彼此間水力聯(lián)系，將區(qū)內(nèi)200米以內(nèi)含水砂層劃分為四個(gè)含水層〔組〕，自上而下，依次劃分為潛水含水層和I、II、III三個(gè)承壓含水層〔組〕。含水層垂向分布呈多層狀展布、各自組成獨(dú)立含水層體，但從區(qū)域網(wǎng)絡(luò)來看，彼此間又互相溝通，水平方向存在水力聯(lián)系，形成區(qū)域地下水賦存空間，呈立體網(wǎng)絡(luò)交錯(cuò)，組本錢區(qū)地下水系統(tǒng)。本區(qū)以開采第II、III承壓水為主，本次地下水資源評價(jià)的數(shù)值模擬以這兩層地下水作為評價(jià)目的層，由于區(qū)內(nèi)多數(shù)地方II、III承壓含水層之間的隔水層缺失，兩層含水層連為一體，加之區(qū)內(nèi)多數(shù)水井采用兩層水混合開采方式，使得這兩層水上下貫穿，其水位根本一致，實(shí)際上已屬于同一層位，故本次地下水資源評價(jià)將這兩層水合并考慮，建立統(tǒng)一的模型進(jìn)行評價(jià)計(jì)算。三、研究區(qū)地下水水流概念模型

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的三、研究區(qū)地下水水流概念模型

3、邊界條件

第II、III承壓含水層底部邊界概化為隔水邊界，其頂部邊界概化為有越流補(bǔ)給的弱透水邊界，其越流補(bǔ)給量隨開采層水位變化而變化。4、動(dòng)態(tài)特征評價(jià)區(qū)主要以人工開采排泄為主，其開采量按實(shí)際單井開采量計(jì)算，在水井分布密集地區(qū)，概化為大井計(jì)算，在超強(qiáng)度開采分布區(qū)〔如常州市區(qū)〕，那么概化為單位面積上的開采強(qiáng)度計(jì)算。從地下水動(dòng)態(tài)觀測資料中可以看出，評價(jià)區(qū)第II、III承壓含水層地下水水位逐年下降，水流呈非穩(wěn)定狀態(tài)，為此，本次評價(jià)將地下水含水介質(zhì)概化為非均質(zhì)各相同性，水流符合達(dá)西定律，全區(qū)可視為平面二維流。

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的三、研究區(qū)地下水水流概念模型5數(shù)學(xué)模型的建立由于評價(jià)區(qū)近年來地下水開采強(qiáng)烈，已形成大范圍的水位降落漏斗，尤其在漏斗中心區(qū)橫林、戚墅堰、洛陽一帶，水位埋深超過80米，最深處橫林鎮(zhèn)達(dá)88.2米，地下水水位在這些地區(qū)已低于含水層頂板，呈現(xiàn)無壓狀態(tài)，因而本次評價(jià)區(qū)含水層的水量數(shù)學(xué)模型建立如下〔公式3-1〕：

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的一、選題背景與研究意義二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀三、研究區(qū)域地下水流概念模型四、GIS與地下水流模擬模型的集成

五、地下水流可視化模擬系統(tǒng)的組成

六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法七、結(jié)語

論文匯報(bào)內(nèi)容

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的四、GIS與地下水流模擬模型的集成集成式二次開發(fā)是目前GIS應(yīng)用模型系統(tǒng)的主流開發(fā)方式，本系統(tǒng)以北京超圖開發(fā)的SuperMapIII和RSI公司的開發(fā)的IDL5.4作為GIS軟件平臺(tái)，由于地下水流模擬模型的計(jì)算程序是用Fortran編寫，且基于DOS和過程驅(qū)動(dòng)，因而GIS與地下水流模擬模型集成方式選用Import/Export方式，即GIS控件與地下水流模擬模型兩者之間不直接發(fā)生聯(lián)系，只通過VisualBasic6.0集成為完整的系統(tǒng)，并通過VB的程序模塊傳遞和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。這種集成方式雖然效率比較低，但代價(jià)較低。

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的四、GIS與地下水流模擬模型的集成GIS與地下水流模擬模型集成程序運(yùn)行流程

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的四、GIS與地下水流模擬模型的集成基于GIS的地下水流可視化模擬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸途徑如下圖：

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的一、選題背景與研究意義二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀三、研究區(qū)域地下水流概念模型四、GIS與地下水流模擬模型的集成

五、地下水流可視化模擬系統(tǒng)的組成

六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法七、結(jié)語

論文匯報(bào)內(nèi)容

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的五、地下水流可視化模擬系統(tǒng)的組成

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的一、選題背景與研究意義二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀三、研究區(qū)域地下水流概念模型四、GIS與地下水流模擬模型的集成

五、地下水流可視化模擬系統(tǒng)的組成

六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法七、結(jié)語

論文匯報(bào)內(nèi)容

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法

1、評價(jià)模型根本信息管理模塊模型根本信息管理模塊是地下水流模擬模型運(yùn)行計(jì)算的根底，它主要是對模擬的水文地質(zhì)層根本信息(包括地下水流類型、數(shù)值模擬的維數(shù)、邊界條件、參數(shù)分區(qū)等內(nèi)容)、空間時(shí)間離散根本信息及輸出控制根本信息等的管理。

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法

2、基于GIS的模型時(shí)空離散

空間離散

(1)基于GIS的矩形格網(wǎng)自動(dòng)生成流程

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法

2、基于GIS的模型時(shí)空離散空間離散(2)基于GIS的矩形格網(wǎng)自動(dòng)生成代碼……-----**生成水平網(wǎng)格線SetobjRecordset=objDT.Query("",True)DimobjGeoLineAsNewsoGeoLine------------**定義線對象DimobjPointsAsNewsoPoints------------**定義新的點(diǎn)集DimobjPoint(0To1)AsNewsoPoint

Fori=0TonyCount–1--------------**nyCount為網(wǎng)格的行數(shù)objPoint(0).x=J0objPoint(0).y=W0+DY*i-----------**起點(diǎn)的經(jīng)緯度objPoints.AddobjPoint(0)--------------**執(zhí)行加點(diǎn)的過程objPoint(1).x=J1objPoint(1).y=objPoint(0).yobjPoints.AddobjPoint(1)--------------**同理，加終點(diǎn)objGeoLine.AddPartobjPoints---------**一條水平網(wǎng)格線被加上……objRecordset.Update--------------**記錄刷新SetobjPoints=NothingSetobjGeoLine=NothingNext--------------**循環(huán)……-----**生成垂直網(wǎng)格線根本過程如上

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法

2、基于GIS的模型時(shí)空離散

空間離散基于GIS的矩形格網(wǎng)自動(dòng)生成的參數(shù)輸入界面及其離散結(jié)果

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法

2、基于GIS的模型時(shí)空離散時(shí)間離散時(shí)間參數(shù)的離散相對于評價(jià)區(qū)域水文地質(zhì)層的空間離散來說比較簡單，只要輸入模型所需要的時(shí)步信息即可，時(shí)間離散的數(shù)據(jù)將保存到modtime.dat文件中，運(yùn)行界面如下圖。

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法

3、基于GIS的模擬模型計(jì)算參數(shù)賦值評價(jià)模型計(jì)算參數(shù)按其空間分布特征分類一覽表參數(shù)類型計(jì)算參數(shù)點(diǎn)狀分布參數(shù)地下水開采量等線狀分布參數(shù)邊界類型、邊界水位、河流水位、河床滲透系數(shù)、河床高程等面狀分布參數(shù)評價(jià)目的層的頂、底板高程，初始水位、湖盆的滲透系數(shù)、湖盆的高程、含水層的滲透系數(shù)、導(dǎo)水系數(shù)、承壓含水層的貯水系數(shù)、潛水含水層的給水度、降水入滲系數(shù)、潛水極限蒸發(fā)深度、弱透水層的垂向滲透系數(shù)等

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法3、基于GIS的模擬模型計(jì)算參數(shù)賦值

基于GIS的點(diǎn)狀空間分布參數(shù)自動(dòng)賦值技術(shù)路線

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法3、基于GIS的模擬模型計(jì)算參數(shù)賦值

基于GIS線狀空間分布參數(shù)自動(dòng)賦值技術(shù)路線

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法3、基于GIS的模擬模型計(jì)算參數(shù)賦值

基于GIS的面狀空間分布參數(shù)自動(dòng)賦值技術(shù)路線

(1)平面等值線圖

與線狀空間分布參數(shù)賦值的技術(shù)路線一致

(2)分區(qū)圖

參數(shù)分區(qū)圖層的生成參數(shù)區(qū)與剖分格網(wǎng)之間的空間位置拓?fù)潢P(guān)系分析面狀分布參數(shù)的自動(dòng)提取與數(shù)據(jù)文件組織

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法3、基于GIS的模擬模型計(jì)算參數(shù)賦值

實(shí)現(xiàn)界面

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法3、基于GIS的模擬模型計(jì)算參數(shù)賦值運(yùn)行模型(1)控制子程序包賦值的輸出：控制輸出的文件和輸出頻率，輸出控制文件保存到OutPut.dat文件中。(2)模型運(yùn)行：確定收斂指標(biāo)

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法4、基于GIS的模型擬合模型擬合流程

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法4、基于GIS的模型擬合基于點(diǎn)的模型擬合方法實(shí)現(xiàn)調(diào)用地下水位監(jiān)測井空間位置分布專題圖與模型空間離散的平面網(wǎng)格圖，疊加后進(jìn)行空間拓?fù)潢P(guān)系分析；定義每個(gè)水文地質(zhì)層參與模型擬合的監(jiān)測井點(diǎn)以及模型擬合的時(shí)段，從數(shù)據(jù)庫中提取監(jiān)測井點(diǎn)上擬合時(shí)段地下水位監(jiān)測值；運(yùn)行模型并提取擬合井點(diǎn)所在單元格中心節(jié)點(diǎn)上的計(jì)算水位值與；在同一坐標(biāo)中自動(dòng)繪制地下水位的實(shí)測與計(jì)算值的歷時(shí)過程曲線，并進(jìn)行比較，判斷其擬合精度。

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究基于GIS的六、各功能模塊的管理內(nèi)容及實(shí)現(xiàn)方法5、模擬結(jié)果可視化(1)單個(gè)節(jié)點(diǎn)上的地下水位〔或水位降深〕動(dòng)態(tài)過程曲線〔H—t或h—t〕:采用VB的Graphics控件實(shí)現(xiàn)

地下水流可視化模擬系統(tǒng)研究