传统的水文地质分析方法以纸为介质,并以单个分散模型对地下水进行分析、评价与管理,这些方法极大地推进了地下水科学向定量化方向发展,但由于水文地质信息的表达和处理都是基于二维的,通常是将垂直方向的信息抽象为一个属性值,其实质就是将三维水文地质环境中的地质现象投影到某一平面上进行表达,称2.5维或假三维,它描述的水文地质构造的起伏变化直观性差,往往不能揭示其空间变化规律,难以使人们直接、完整、准确地理解水文地质情况,因此真三维处理显得越来越迫切,迫切需要建立以数据为基础,以三维建模为支撑进行水文地质结构三维可视化显示与分析为目标的空间信息系统,以解决不同层次用户所面临的复杂地下水系统信息管理问题。空间三维水文地质结构建模与可视化技术的研究是计算机在水文地质领域应用的一个必然趋势,并且已成为工程地质学、数字地质学以及计算机科学等多学科交叉研究的前沿和热点问题。如何由水文地质信息通过三维地质构模而生成地下水三维体数据并以图形图象的方式表达出来,对于增强水文地质工作者对地学数据的理解、深入研究和揭示地下水运动内在规律,具有十分重要意义。本文以水文地质结构领域为研究背景,对水文地质结构建模中关键工作,例如,三维数据模型、建模方法、拓扑关系及模型操作算法等从理论上进行研究,并作了初步试验,本文的研究工作在技术方法和有关理论方面得了以下进展和成果：1、阐述了GIS空间数据模型的相关概念,对三维空间数据模型的研究现状进行的回顾和分类,归纳了各类数据模型的特点和适应性,论述了构建三维空间数据模型所涉及到的问题,为水文地质结构三维空间数据的研究奠定了理论基础。2、水文地质结构三维可视化与分析系统采用多层DEM-广义三棱柱为基本体元,基于一种改进生长算法实现了复杂条件下DEM建模,可以处理地层缺失、尖灭等情况,并提出虚拟钻孔的生成算法。3、研究了三棱柱体元切割的各种情况,为了保证切割后体元数据结构的一致性,在此采用三角形自分解来解决这类问题,一条线段与三角形相交,根据其余三角形的顶点和边相交点的个数共有5种情况,不考虑线段与三角形某一条边重合的情况。4、顾及断层水文地质结构体复杂性及地质勘探手段直接获取控制边界特征点数据稀少的特点,提出一种含断层水文地质结构体三维建模新方法,该方法在地层划分的基础上,通过对断层面方程的构建以及断层面附近地层面的趋势拟合,可求得断层面与地层面的交线段,按一定间距对该线段离散化,位于相邻两层离散点依次相连,获取虚拟钻孔,将虚拟钻孔和实际钻孔以相同数据结构进行存储、建模。5、着重讨论基于钻孔数据的等值线图的自动生成方法,主要包括等值点的判断、跟踪和连接,为了使等值线跟踪唯一,本文提出一个新的等值线追踪的判别算法,实践表明在“跟踪—连接”中确定等值线的走向时,可以避免追踪的不确定性。6、为验证本文所提出三维数据模型与算法的正确性,以ARCGIS9.2为技术平台,采用面向对象结合OpenGL为应用技术开发模式,开发三维水文地质结构信息系统,并进行了实例验证。