水是自然界一切生命赖以生存的不可替代的物质,又是社会发展不可缺少的重要资源。水资源主要包括地表水和地下水两类,孔隙地下水是自然界中地下水主要类型之一,大多数孔隙地下水属于优质饮用水或矿泉水资源,具有良好的开发利用价值。在地表水资源缺乏与地表水体遭受污染的地区,孔隙地下水是主要的生活与生产供水水源。长期过量开采孔隙地下水引发了诸如地面沉降、地裂缝、土地资源退化等一系列地质环境灾害问题,严重影响经济、社会与环境的可持续发展。单方面采取压缩地下水开采又会引发了土地沼泽化、“水荒”、优质地下水无法得到充分利用等问题。孔隙地下水三维动态广义管理模型区别于狭义上的孔隙地下水管理模型,是三维孔隙地下水数值计算模型、三维可视化动态模拟模型与优化管理模型三位-体的模型。论文以水文地质学、地下水动力学、几何拓扑学、地理信息科学、计算机科学为理论基础,在地下水流三维数值模拟、水文地质体三维建模、地下水管理模型、GIS空间分析与科学可视化等技术的支撑下,采用理论研究、数学模型推导、原型系统开发、数据验证等技术方法,研究基于GIS的孔隙地下水三维动态广义管理模型。论文主要研究内容如下：(1)研究并建立适用于实验样区松散岩类含水层(组)类型的饱和孔隙承压含水层流-固全耦合三维渗流数学模型。论文从孔隙含水层(组)的压缩变化并探讨流-固耦合的物理意义的角度出发,结合各向异性孔隙越流含水层中流动连续性方程,将土层压缩方程与三维非稳定流动模型进行全耦合推导,在基于地下水流动问题与固结问题同步走思想下得到适用于实验样区松散岩类含水层(组)类型的饱和孔隙承压含水层流-固全耦合三维渗流数学模型。针对实验样区孔隙地下水超采过程中导致,土层被压密,孔隙率和孔隙比减小,会带来土体的渗透系数和单位储水系数的改变的问题,论文以非线性压缩变化为出发点,给出该问题处理方法。(2)研究三维水文地质结构动态模型建模方法,建立实验样区含水层(组)的三维动态模型,达到孔隙承压地下水开采与孔隙含水层(组)的“可算”与“可视”集成。针对当前水文地质层结构模型在管理模型建立出、运行时及模拟后期均为不可变水文地质结构,而孔隙地下水过量开采会引起含水层孔隙率的降低,超量开采甚至导致含水层的压缩,引起弱透水层弹性或塑性变形,其中不可恢复的塑性变形居多的情况,提出在地下水管理模型耦合数值模拟模型的同时,应当将数值模拟模型与水文地质结构模型耦合,求解土体渗流场与应力场的耦合问题,以解决不同应力期孔隙地下水流模型与水文地质结构模型的关系。从含水层(组)概念模型、四面体体元定义、四面体体元切割、四面体数据结构着眼,研究基于四面体元的含水层(组)建模方法,以计算地质建模所采用的原始水文地质钻孔数据上关键点的高程变化量,然后根据原始数据的变化量重新对地质体建模,从而建立动态数据的传递机制,并基于此构建实验样区的三维动态模型,达到孔隙承压地下水开采与孔隙含水层(组)的“可算”与“可视”集成,客观得到孔隙承压地下水开采对地表及各弱透水层、含水层影响结果,也是为孔隙承压地下水三维数值计算的结果与三维含水层(组)模型同步表达的需要。(3)以地面沉降控制-最大可开采为目标,研究并建立面向该目标的孔隙地下水优化管理模型。针对国内外地下水资源动态规划模型大都是地下水资源配置方面的动态规划,且大量的研究着重于“静态问题”,即地下水资源分配等多阶段决策问题。提出应将孔隙地下水管理模型与三维数值模拟模型结合,从地面沉降可控地质环境保护出发,使得更大实际意义的新的补采平衡下的最大开采量与数值模拟模型联合求解。同时,针对含水层系统为非均质、各向异性且非自然水文地质单元边界刻画的特征,求解响应矩阵。并以此代数方程为约束条件,与管理模型耦合,从而建立面向“地面沉降控制-最大可开采”目标的孔隙地下水优化管理模型。(4)选择常州武进地区为实验样区,基于翔实的水文地质数据来验证本文提出的广义管理模型的正确性。在正确认识实验样区地下水赋存条件的基础上,根据实验样区内非稳定流抽水试验资料、稳定流抽水试验资料及江边大型群孔抽水试验资料确定水文地质参数。对实验样区进行水文地质条件概化。通过实验样区单元剖分、模型识别阶段确定、初始水位确定、观测孔选择、参数分区、二类补给边界单宽流量确定、初始水文地质参数确定、观测孔水位拟合及地面沉降量拟合对孔隙地下水三维动态广义管理模型进行校验。在拟定的三种地下水开采方案下,同步预测实验样区5年后、10年后地下水流场及三维地面沉降变化,从而验证了基于GIS的孔隙地下水三维动态广义管理模型理论的正确性和求解方法的精确性。