GIS水害预测模型的性质与应用.pdf

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1、GIS水害预测模型的性质与应用①孙亚军张大顺季帚贤裎艮木(中国矿业大学资环学院徐州221008)摘要在应用GIS预删煤矿水害的基础上，着重讨论了GIS样害预刺模型的性质和应用方法。指出GIS水害预测模型是一种空问相关性质的统计模型．在建立模型时应考虑数理统计方法对数据采集的要求和原则，该模型应躅于于曩测时，根据有无实际突水点可分剐采用外嚣方法和比拟方法。／关键词地理信息系统预m4比拟法、l中国图书资料分类法分类号P641．4一～．，’、、作者简介孙亚军男35岁副教授水文地质I程地质，1引富80年代后期，我们受美国伊利诺斯煤炭公司应用地理f寄息系统(GIS，Geographic

2、InformationSyster『11)预测煤矿开采沉陷[13的肩发，开始将GIS技术应用于煤矿水害预测，先后进行f焦作尔部矿区大煤底板突水预测L2、3J、邢台煤矿9煤底板突水预测“o、殷计煤矿微山湖采区7煤工作面顶板浦水预测o。3鲫峰峰■矿小青煤底扳突水顶fi!ff“3等工阼，建立r若干水害预测模型，我们把这些模型称为(；Is水害预测模型。近十年来，尽管我们用ARC／INFO喘、GIS软件建竞了几个煤层底板突水和顶板涌水的预测模型，并取得了一定的预测效果，但由于对用GIS建立的预测模型的性质和使用方法未能加以必要的讨论，从丽在一定程度上影响了GIS水害预测模型的推广。本文

3、拟在我们多年来应用GIS预测煤矿水害工作的基础上，着重讨论GIS水害预测模型的性质与应用，以期对GIS在煤矿水害预测中的应用起到促进作用。2G1S水害预测模型的建立应用GIS进行煤矿水窖预测的基本工怍流程如图l。建立水害预测模型的工作流程中，绘制不同影响因素等篮线圈以前的工作是由人工=完成的．然而却是非常重要和关键的．因为水管发生机理和影响因素分析既是决定数据采集的前提，又是构造初始模型的依据。例如．在建立煤层底板突水预测模型时，在分析r底板突水机理和影响底扳突水的困索后，选择其中的主要因素对其进行信息采集的量化(对于非数量他的信息需进行合理量化)，并根据不同因素对突水所起的

4、作用，构造了如。F形式的初始模型：～(aDFAbKT+c喳!、鬯dtTH)式中c’^v矿——安水指数；DF一一断裂构造复杂程度指标，可以用断层密度、断裂构造的分维值等表示；K丁'——煤层底板岩溶承压含水层的岩溶发育程度，可以用地质钻孔揭鳝此层时的冲i!；亡液消耗量、井下揭露此层的钻孔涌水量等表示；WP——承压含水层作用于煤层底板的水压；7’H一～煤层底板隔水层的厚度，可以用总厚度、等效厚度、有效厚度等表示；d、b以d～待定系数。④先后参自B砬GIS水曹顶测]：作的垭有王希良、赵林、孙苏南、罗斌和江东等萼eARC／INFO软件是美匿歼境彖统研究所(ESRI)研制冉q一种G'15

5、软件。·249·开采技术和承軎资料术吉髓生机理千u鞯响田柰分析影响因素的数掘聚集和量化l竺型兰竺璧型}教=手=化生成㈣薛—函羔司空川复合故复合打析构造神始数学模型台丹析确定根棚模型和升区阐值圈t水害预测基本工作流程图如果同一影响斟索所采集的信息有多个量化值，建模时可以逐个与已知的突水点复合．选择其中相关程度最好的一个或几个参加建模。也可以用它们构造，一个复台参数参加建模。影响因素采集量化后应编制成各种园素的专题图件系列，再输入计算机进行分析处理。专题罔系列中，有些可以由手上方式编制完成，如突水点分布图、井田及采区边界分布圈等；另一类反映各种影啊因素的等值线图，既可以由手工绘制

6、，也可m由绘制等值线圈的计算机软件完成。专题图完成后，应通过数字化输入计算机，以便把含有某种特征的图件转变成计算机内部的一个信息层。这项工作主要足利用ARC／INFO软件的数据输入功能，在平板数字化仪上用手扶跟踪的方式进行输入的。对于计算机绘制的等值线圈，也可以利用数据格式转换的方法束完成。数字化生成信息层后的工作都是在ARC／INFO的支持下按一定的程序完成的，其中包括编辑、配准，单圆索复合、按照初始模型进行分析运算、对分析运算得到的数学模型与已知的突水电作拟合分析。直到确定最终的预测模型和分医阍值，进行预测分区。例如在应用GIS预测焦作东部矿区大煤底板突水时建立的预测模型

7、如式(2)，其分区闽值为：uⅣv≤2为安全区；2

8、vv>10时为危险区。在峰峰二矿小青煤底扳京水预测时建立的预测模型如式(3)，确定的分区阈值为：FⅣ矿≤!．2j为安全区；1．'25I．65时为苊险区。汁算机输出的突水危险性预测分医图如图2。·2j0·UNV=螋等产D—F+KT⋯／50一±婴￡』!!!竖￡』i!(7’H)2(2)‘3)3水害预测模型的性质由式(2)和式(3)不难看出，用GIS建立的水害预测模型是干p统计模型。a．它是利用A