地下水三维地质模型的生成和维护需要大量的基础水文地质数据信息的支持，这些数据信息主要是反映含水系统的特征：如地貌、地层、断裂、褶皱等，和流动系统的特征：如地下水水位、水量、开采量等。针对这些数据信息建立地下水三维地质模型的基础数据库，并提供这些数据信息的维护与管理机制，实现地下水系统三维结构的动态更新和实时服务。
（一）地下水三维地质建模所需数据类型
在地下水三维地质建模中，会涉及的地质现象主要有：地貌（或地形）、地层、褶皱、断裂、透镜体及侵入体等，为刻画这些地质现象，就需要用到地表数字高程模型数据（DEM）、遥感影像数据、地理信息数据、钻孔数据及剖面数据等。具体来说，为刻画三维模型中的各种地质现象，需要的相关数据包括以下几种：
1.地表数字高程模型（DEM）数据
地表数字高程模型数据用于生成三维地质结构模型顶面（地表面），此部分数据可以从测绘主管部门获取或向国家测绘局基础地理信息中心购买，从基础地理信息中心购买的数据属于标准数据，数据以ARCINFO数据格式存放。DEM数据比例尺有多种，其中，全国的1：25万数据库在空间上包含816幅地形图数据，覆盖整个国土范围，国外部分沿国界外延25公里采集数据。地貌统一在TERLK层中存放，包括等高线、等深线、冲沟等，DEM等高线的等高距，在全国范围内共分40m、50m、100m三种，使用时可参照等分布图确定。对于标准数据，可以根据需要进行数据格式转换、比例变换、投影变换等多种处理。
另外，如果不能获取现成的DEM数据，也可以自己使用专门的地理信息系统软件用地形图生产。即把纸质地形图数字化及几何纠正校准，然后进行高程信息的提取——对等高线进行屏幕矢量跟踪并对等高线标赋高程值，同时编辑、检查、拼接以生成各种拓扑关系，最后用软件进行内插值、裁剪生成DEM数据。
2.遥感影像数据
遥感影像是地球空间数据最直接、时效性最强的数据形式，模型的表面需要用影像数据进行贴图，来表达真实的地表景观。由于影像数据的容量大，为了能够快速、高质量地进行显示，需要根据显示的范围、显示的比例选择分辨率最合适的影像进行纹理映射。一个模型可以有不同分辨率的多套卫星/航测影像数据，某些影像数据有可能只局限于某个局部。因此，在显示时，所有的影像数据都需要读入内存，以实现多分辨显示。这就需要在技术上做一些处理，比如图像格式的转换，根据显示分辨率和比例的不同，转换为不同分辨率的图像如BMP、TIFF、GIF等图像格式。
对遥感影像数据的处理主要包括对遥感影像的几何精纠正和不同分辨率影像数据的融合。一般使用遥感处理软件ERDAS和ENVI软件进行处理。遥感影像几何精纠正的目的是对图像地物象元进行坐标匹备，经过转换运算和重采样，使得遥感影像带上地图投影和地理坐标进行配准。遥感影像数据融合是将多波段低分辨率影像数据的光谱信息与单波段高分辨率影像数据的分辨率信息进行融合，以获取在尽量不减少光谱信息的基础上，提高遥感影像的空间分辨率。
一个地表卫星/航测影像数据是一幅图像和一些坐标配准参数。对于具体的影像图片，要根据高程数据和相关软件进行集成融合，精度匹配，即解决投影变换、比例缩放、范围裁减、坐标匹配等问题。为此，在专门的数据库中应记录不同分辨率、不同区域的影像数据。
3.地表地理信息数据
地表地理信息数据，可以根据专业要求在三维模型的表面进行各种图元的标注，不仅可以绘制点、线、区的图元，而且可以标注文字及图形图像，来表达与模型地表几何模型有关的属性信息，如河流、铁路、公路、湖泊、城市、政区、居民地、铁路、公路、水系、土地覆盖等信息，并且可以简单管理这些信息。这些数据可以是野外采集而来，也可由专用GIS系统数据转换而来。这些图元信息要在模型顶面展现。
4.钻孔数据
钻孔数据是地质技术人员在野外钻探现场记录并整理的第一手技术资料，它对于模型的生成起直接或间接校正的作用，钻孔数据一般在EXCEL表或ACCESS数据库中存放。存放于EXCEL表的钻孔数据，一般是区域数据，数据量不大，钻孔信息分存于不同的表单中；存放于ACCESSS数据库中的钻孔数据，一般数据量大，为某一区域或区块的钻探数据。钻孔数据从ACCESS数据库中读入后，并不是直接应用，还需要进行人工或系统按照一定规则进行概化处理，才能参与建模，在进行模型编辑生成时，还可以根据这些数据将钻孔轨迹以图形方式显示在屏幕上。
不论是以EXCEL表还是ACCESS数据库存储的钻孔数据信息，它必须包含以下几种基本信息：钻孔编号、地理位置、孔口标高、终孔深度、分层信息及岩性等。其中，钻孔编号字段类型为字符型，用于唯一标识一个钻孔，方便钻孔对象的查找和数据的访问；地理位置信息是为了记录钻孔所处的空间位置，它包含两个字段类型，均为浮点型数据，若为经纬度形式的，则一个字段记录经度，另一字段记录纬度，若为大地坐标形式的，则一个字段记录X坐标，另一字段记录Y坐标；孔口标高用于记录钻孔起始位置，字段类型为浮点型；终孔深度字段类型为浮点型，用于记录钻孔在垂向上的长度；分层信息字段类型为浮点型，用于记录钻孔所经过地层的分层情况（一般记录各分层的顶界面标高）；岩性字段类型为字符型，主要用于描述各个层位的岩性。
5.地质平面数据
地质平面数据即地质平面图，它主要反映各地层在地表出露的情况，对于控制三维模型中地层在地表的分布状况起着至关重要的作用。在各种GIS软件中存放的数字形式的地质平面图中，要求对于剥蚀线数据或地层出露线数据赋予高程属性，否则无法在三维空间中定位这些线信息。
6.剖面数据
剖面是地质专业人员根据工作要求，依据钻孔信息绘出的地层断面图，需要说明的是，剖面图也许不是地质情况的真实反映，但它包含着技术人员的推理和经验，可以说是地层情况最接近真实的反映。
剖面图的存放格式，由于各技术队伍作图采用软件不同，图形存放的文件格式也不尽相同，主要有MAPGIS图形数据格式和AUTOCAD图形数据格式，地下水三维地质建模系统的数据输入可留出这两种图形文件数据接口。具体地说，若是MAPGIS图形格式，采用把图形数据转换成MAPGIS明码文件文本数据格式，再读入系统进行复原即可；若是AU-TOCAD图形数据格式，可把DWG图形文件格式转换成DXF标准图形文件格式，读入系统即可。还可把MAPGIS和AUTOCAD两种图形文件混合输入，例如需在剖面图上添加岩性颜色，即可在MAPGIS中调用剖面，做岩性颜色区文件，再输出MAPGIS明码文件，可很好地解决剖面图剖面数据输入问题。对于三维建模系统来说，这种方式可很好地解决地下各含水层的表达问题。
在剖面数据中必须包含横向比例尺、纵向比例尺、图例等信息，方便系统对不同来源的剖面数据进行转换。
7.地层等值线数据
地层等值线数据是根据钻孔资料、物探资料等，由专业技术人员绘制出的，反映地层界面在空间中的变化情况。由于钻孔只能反映一个点上的信息，剖面只能反映一条线上的信息，而地层等值线数据可以表达一个面的信息，因此等值线数据对于精确建立各个地层面位置及几何形态具有很大的帮助作用。
在GIS软件存放地层等值线数据，需要在其属性中赋上每条等值线代表的高程（或厚度、埋深等）数值。
8.断层数据
断层是地质构造的产物，表示地层的断裂和错动，它对于地质研究、地质资源勘探、地下水流场分布都有重要的意义，另外，断层在地质建模中对于地质体的生成、工区边界的确定起重要的作用，因此，逼真地刻画断层对于地质建模来说，是一项重要的工作。
断层作为刻画地下水系统模型空间面的一种数据类型，在建模过程中需要明确：断层面的空间展布，断层不同点的产状，断层的水理性质。
断层数据主要是以图形的方式输入，然后用来建模的。平面上断层的表达方法有两种，一种是在平面图上绘制断层走向及标注倾角，如平面图或地质图；另一种是在剖面图上绘制断层线。结合这两种图件，断层在空间的展布情况就会一目了然，断层产状可由系统读取数据库数据或人工给定。断层的水理性质对于后期地下水模拟计算是必须的，可存放在数据库中或直接存放于模型断层属性中。
9.物探数据
物探技术在地质勘探中具有重要作用，勘探方法主要有地震、电法、磁法、重力等，从物探数据中可得到：点位资料、层位划分及其属性。在地下水系统建模中，物探数据和钻孔数据具有相同的作用，根据物性的差异提供含水层的划分情况，表达地层具有相同的物理力学参数或位置，如地下含水层顶板、底板、地下水位等值线信息。使用这些等值线数据，建模系统可以插值拟和地层面或断层面。
10.动态数据
动态数据是监测到的地下水位、水质、水温等波动过程的信息，这种波动不同程度地反映了河流径流在时空上分布的特征。影响地下水变动的主要因素是河川径流、蒸发蒸腾和人类的灌溉过程。随着大批水利工程的建设和井灌的发展，人类活动对地下水动态过程的干扰逐渐加剧。因此，利用地下水位监测数据，或系统模拟分析某时刻的水位数据，生成指定含水层指定时刻的地下水流场图。建立地下水水位变化模型，实现地下水移动的动态仿真。在地下水三维地质建模过程中，需建立专门的数据库存放此类数据。
11.相关文档资料
文档资料为建模区的勘探、科研报告，包括各种项目汇报书、区域水文地质普查报告、专题研究报告等。这些资料为模型的建立具有重要的参考价值。
（二）数据概化预处理
建立地下水三维可视化模型所需要的数据资料既有原始数据资料，又有模型所生成的次生数据。原始数据可分为地表数据和地下数据。地表数据主要为卫星影像和地表地理信息数据，地下数据有钻孔、剖面等反映地质结构的图文数据。由模型生成的次生数据或图形主要有地层、断层、地层体区块等。
如此多的数据，直接用来建模，不但会使计算机内存负荷过大，同时也使得对象的空间拓扑关系难以建立，因此有必要进行数据概化处理。需要概化处理的数据有钻孔数据、剖面数据等，对这些数据按一定的规则进行概化，使得这些反映垂向结构的数据逐步变得有序化，为进一步自动生成地下水系统三维结构奠定基础。
1.地层概化的原则
由于地质结构的复杂性，几何特征千变万化，规则的几何现状不可能描述现实的地质体形状，但地质体的变化又不是完全毫无规律可寻，因此，按一定的原则进行地质体的概化处理符合地质行业习惯，又满足地质建模的要求。
一般的地层概化由地质人员按一定的地质要求对地质体进行归类合并处理，如按同一地质时代，或地质体的物理力学性质进行概化处理。
与技术人员直接指定地层方法对应的是由计算机自动进行地层概化处理，即按一定的尺度判别地质体的分层方法，给出一定的尺度，当某层的最大层厚小于标准尺度时，不考虑该层，并将该层合并到它的上层或下层；当某层的最大层厚大于标准尺度时，考虑该层，然后按概化分层标准计算机自动进行分层处理，并提供按颜色、纹理、显示概化的地层。
上述的方法固然简单，但对于不同的地质专业，建模则具有各自专业的要求和特点，有些层对于模型的规模来说可能是很小的，可以忽略的层，但从专业角度来讲具有显著的影响，必须考虑该层的存在。如在石油地质建模中，需要对含油构造的细小砂层进行详细的刻画与描述；在工程地质建模中，需注重软弱夹层和软弱下卧层及结构面的描述；在水文地质建模中，需要描述含水地层的地质结构，即含水层顶板、底板、地层透镜体等与地下水有关的地质结构的描述。这就必然要考虑到这些关键层的概化要求。
2.钻孔概化预处理
原始钻孔数据给出了钻孔上各个点的岩性，相邻的点之间是钻孔的一个小段。对钻孔数据预处理的目的是要将岩性相同或相近的小段合并，将一个钻孔中的许多小段概括为几个大的段，每个大段对应一个地质体，每个地质体中的岩性基本相同。这个过程称为钻孔概化。
在钻孔概化处理时，采用人工处理方式，需要注意：
（1）钻孔原始属性（岩性）数据在钻孔上的分布情况。
（2）已经完成的分层情况。
（3）相邻钻孔分层点之间的对应情况。
（4）钻孔分层对地质结构模型的影响。
概化完成后的钻孔数据段与段之间具有对应关系——属于同一个地质体的段之间具有对应关系。为了生成三维地质模型，可以对每个地质体进行命名，并将地质体名称记录在段中。这样，就可以描述出不同钻孔的段与段之间的对应关系了。
3.剖面与断层的概化处理
剖面是地质技术人员对地质构造的直观解释，它对水文地质建模建模起着举足轻重的作用。大区域内的少量钻孔只能起到辅助建模的作用，建模中更多的是使用剖面。因此，就必须对剖面进行深入地分析。图3—3插入两张剖面用作对比分析。
图3—3 原始剖面与建模剖面
从图3—3（a）中可看出，剖面上地质结构复杂，层与层关系不清晰，断层过多过细，透镜体小而多，局部地层出现犬牙交错的状态，这种剖面对地质构造的精细刻画对于地质专业人员来说，比较能够很好地理解。但对于地质建模来说，它突出的是整体性，大尺度、规率性的模型，过度的精细与专业化反而使技术人员无所适从。因此，需要对原有的剖面进行概化处理。
在概化过程中，需要明确大的地层关系，如时代岩组、一定量厚的地层等，细小的地层或透镜体归类到大地层当中，细小的断层可忽略不计，对犬牙交错的地层进行概化或模糊性处理。经过这样概化处理的剖面地层主辅突出、断层清晰明确、既反映了地质构造、又注重细节的刻画，适合于建模工作的开展。如图3—3（b）所示。
对剖面的处理，不光要概化处理地层与断层情况，还要注意剖面的纵横比例，从全局来考虑，要使模型的范围大小与地层深度达到一个合适的比值，如果模型太扁平，则需要修改剖面的纵向比例，使剖面在深度方向上更长一些，从而使构建的模型相对美观一些。
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