水文地质在线计算模型研究

肖兴平，阮　俊

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北 保定 071051)

水文地质在线计算模型研究

肖兴平，阮俊

(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，河北 保定 071051)

[摘要]利用现代信息技术，分析水文地质在线计算模型的相关思路，对基于网络的在线计算模型进行分析研究，表明水文地质在线计算模型平台可以更方便计算地下水化学成分，地下水质及流量水文地质参数能极大提高工作效率，阐明水文地质在线计算的发展方向，加大水文地质在线计算软硬件环境支撑，保障水文地质在线计算的长效机制，是未来发展的趋势。

[关键词]水文地质；在线；参数；计算

水文地质调查的主要内容是对地下水的流向与分布情况进行分析研究、对地下水的水理特性进行详细的资料掌握、了解地下水的形态与分布及水文地质条件等。水文地质调查工作一般会取得一定的试验数据，经过综合分析后确定基本参数，再选择正确的方法计算水文地质参数，能够对调查区主要含水层进行评价。

水文地质计算方法具有简明、直观的特点，可用于现场对含水层的主要水文地质参数和富水性作出快捷的判断，并给出参数值。传统的水文地质计算方法是基于单机环境下的，现代信息技术的发展已经足够可以支撑基于网络环境下的在线计算，可以更加便捷的为水文地质工作者提供实时、快捷的计算服务。

1水文地质在线计算内容

水文地质在线计算是基于我国地勘行业《地学基础软件库》中的水文地质软件库的101个模块代码进行算法移植和分析，建立运行速度高效的水文地质基础软件库，同时，在水文地质基础软件库的基础上开发一个界面友好的、容错性软强的软件平台，满足水文地质工作者实际计算的需要。实现接口12个，每个接口中的函数参数尽量和原函数保持一致。对于函数中需要输出的中间计算结果都写入临时文件。

水文地质计算工具是基于组件开发的应用程序，计算工具的单元包括101个地下水计算的对话框、1个主窗口、1个版权对话框，共计104个。水文地质在线计算提供“地下水化学组分数据处理”、“地下水水质评价预测1”、“工程地质计算”、“地下水水质评价预测2”、“多元统计”、“地下水资源管理”、“简化泰斯理论计算方法”及“稳定流理论计算方法”共计101个函数的接口。

“水文地质基础软件库”需要整理和升级的模块分为8组共计101个模块。模块的具体分类如下：(1)地下水化学组分数据处理有13个模块；(2)地下水水质评价预测总共有3个模块；(3)工程地质计算总共有18个模块；(4)地下水水质评价预测总共有6个模块；(5)多元统计有5个模块；(6)地下水资源管理有6个模块；(7)简化泰斯理论计算方法有14个模块；(8)稳定流理论计算方法有36个模块。

1.1地下水化学组分数据处理的功能模块

(1)地球化学垒梯度，(2)离子色谱法，(3)沉淀强度系数，(4)地球化学移动性，(5)水迁移系数，(6)容量法测试，(7)水分析数据处理，(8)换算离子毫摩尔数，(9)比色法测定，(10)计算酸、碱、硬度，(11)舒卡列夫法，(12)地球化学温标1，(13)地球化学温标2。

1.2地下水水质评价预测1的功能模块

(1)地下水评价，(2)地下水分指数，(3)地下水综合指数。

1.3工程地质计算的功能模块

(1)矩形基础垂向应力，(2)矩形基础三角应力，(3)矩形基础水平应力，(4)条形基础垂直应力，(5)条形基础三角应力，(6)条形基础水平应力，(7)岩石破坏格里菲斯判据，(8)岩石破坏霍克-布朗判据，(9)岩石破面约翰剪裂论判据，(10)粗糙起伏抗剪强度，(11)有起伏角结构面抗剪强度，(12)洞室围岩自重应力场，(13)圆形洞室抗剪应力，(14)圆形洞室位移，(15)洞室围岩分布特征，(16)围岩塑性区应力分布，(17)斜坡极限坡高，(18)滑动体稳定系数。

1.4地下水水质评价预测的功能模块

(1)地下水系统附加降场，(2)降深场及浓度计算，(3)排放一维和二维浓度分布，(4)计算一维可析溶质运移，(5)计算二维可析溶质运移，(6)恒定层流污染物迁移。

1.5多元统计的功能模块

(1)多元线性回归模型，(2)非线性回归分析，(3)Q-型系统聚类分析，(4)R-型系统聚类分析，(5)逐步回归分析。

1.6地下水资源管理的功能模块

(1)地下水单纯形解法，(2)地下水系统响应矩阵HHRC1，(3)承压含水层地下水响应矩阵，(4)潜水含水层地下水响应矩阵，(5)承压-潜水含水层地下水响应矩阵，(6)地下水系统响应矩阵HHRS1。

1.7简化泰斯理论计算方法的功能模块

(1)承压含水层非稳定流简化S-T系列法，(2)承压含水层非稳定流简化S-R系列法，(3)承压含水层非稳定流简化S-R/T系列法，(4)承压含水层非稳定流抽水恢复水位S-T系列法，(5)承压含水层非稳定流抽水恢复水位S-R系列法，(6)承压含水层非稳定流抽水恢复水位S-R/T系列法，(7)潜水含水层非稳定流简化S-T系列法，(8)潜水含水层非稳定流简化S-R系列法，(9)潜水含水层非稳定流抽水水位S-R/T系列法，(10)潜水含水层稳定流抽水恢复水位S-T系列法，(11)潜水含水层稳定流抽水恢复水位S-R系列法，(12)潜水含水层稳定流恢复水位S-R/T系列法，(13)潜水含水层稳定流抽水恢复水位S-R系列法，(14)潜水含水层稳定流恢复水位S-R/T系列法。

图1　水文地质在线计算的界面

1.8稳定流理论计算方法的功能模块

(1)承压含水层单井抽水-001，(2)承压含水层单井抽水-002，(3)承压含水层单井抽水-003，(4)补给边界承压含水层单井抽水-004，(5)补给边界承压含水层单井抽水-005，(6)补给边界承压含水层单井抽水-006，(7)补给边界承压含水层单井抽水-007，(8)补给边界承压含水层单井抽水-008，(9)补给边界承压含水层单井抽水-009，(10)补给边界承压含水层单井抽水-010，(11)补给边界承压含水层单井抽水-011，(12)隔水边界承压含水层单井抽水-012，(13)隔水边界承压含水层单井抽水-013，(14)隔水边界承压含水层单井抽水-014，(15)隔水边界承压含水层单井抽水-015，(16)隔水边界承压含水层单井抽水-016，(17)隔水边界承压含水层单井抽水-017，(18)隔水边界承压含水层单井抽水-018，(19)无限边界潜水含水层单井抽水-019，(20)无限边界潜水含水层单井抽水-020，(21)无限边界潜水含水层单井抽水-021，(22)补给边界潜水含水层单井抽水-022，(23)补给边界潜水含水层单井抽水-023，(24)补给边界潜水含水层单井抽水-024，(25)补给边界潜水含水层单井抽水-025，(26)补给边界潜水含水层单井抽水-026，(27)补给边界潜水含水层单井抽水-027，(28)补给边界潜水含水层单井抽水-028，(29)补给边界潜水含水层单井抽水-029，(30)隔水边界潜水含水层单井抽水-030，(31)隔水边界潜水含水层单井抽水-031，(32)隔水边界潜水含水层单井抽水-032，(33)隔水边界潜水含水层单井抽水-033，(34)隔水边界潜水含水层单井抽水-034，(35)隔水边界潜水含水层单井抽水-035，(36)隔水边界潜水含水层单井抽水-036。

水文地质在线计算的可视化界面，以固定web页面显示，通常包含输入参数、输出结果、中间结果等几个流程，计算结果及时显示在页面，也可保存结果文件到本地磁盘(见图1)。

2水文地质在线计算的技术支撑

水文地质在线计算软件平台可以方便的计算地下水化学成分、地下水水质、及流量等水文地质参数，提高工作效率。其平台开发严格按软件工程的开发思想进行，并且采用先进的软件分析和开发技术。

1)采用面向对象的程序分析与设计方法进行“水文地质基础软件库”组件和“水文地质计算工具系统”软件平台的分析和开发。根据面向对象程序设计的软件工程方法，抽象出“水文地质基础软件库”的软件对象。将以前分散的、相互之间有联系的程序和数据继承封装起来，形成简捷地、高效地的软件库，这样更有利于基础软件库的应用。

2)采用最新的语言重新升级软件库。将过去开发的、较过时的水文地质基础库进行系统的调查、研究和优化，用最新的、高效的语言进行升级与改造，开发一个与具体的开发平台无关的、通用的软件库。

3)采用目前流行的java环境下可视化编程语言C#进行程序编写。

在开发工作内容中，充分利用最新的开发技术和开发概念，但要坚持先进性与实用性、可靠性的统一(见图2)。

图2　系统流程图

3结语

利用网络在线的方式计算含水层的水文地质参数，综合得出的水文地质参数的数据作为地下水资源评价的依据是十分可靠的。水文地质在线计算研究基础尚不牢固，进一步加强权威专家的联合公关与测试，完善计算方法的实用性，加大水文地质在线计算的软硬件环境支撑，保障水文地质在线计算的长效机制，是未来研究水文地质在线计算的方向。

参考文献

[1]侯龙君，祝田多娃，等．水文地质参数计算方法探讨[J]．地下水.2010(11)：12-13.

[2]吴家杰，史丽娜．非稳定流方法计算水文地质参数[J]．西部探矿工程.2010(1)：140-141.

Study on the Hydro-geological On-line Calculation Model

XIAO Xing-ping，RUANJun

(Center For Hydrogeology and Environmental Geology, CGS, Baoding 071051, Hebei)

Abstract:Using the modern information technology, the article analyzes related ideas of the on-line calculation of hydro geological parameters. And it shows that the hydro-geological model platform is able to be easier to calculate the groundwater chemical composition. The groundwater quality, flow quantity and hydrogeological parameter can improve the work effect. It also describes the development trend of the hydro-geological on-line calculation and increases hardware and software environment support for hydro-geological on-line calculation and ensure its long-term mechanism.

Key words:Hydrogeology；on-line；parameter and calculation

[收稿日期]2016-03-14

[基金项目]中国地质调查局工作项目“地质调查技术方法集成与服务系统建设”(1212011120431)

[作者简介]肖兴平(1980-)，男，湖北云梦人，高级工程师，主要从事水工环地质信息化技术方面的研究工作。

[中图分类号]P641

[文献标识码]B

[文章编号]1004-1184(2016)03-0199-02