地下水系统是一个具有多因素的复杂系统,其中水文地质结构直接决定了地下水的赋存条件。在研究地下水的流动情况前,需要探究其介质条件。然而地质历史的沉积条件、气候条件,以及有限的地质探测条件等都会造成水文地质结构的不确定性。因此建立可靠的水文地质结构模型,模拟介质岩性的三维分布对研究地下水的流动是有重要意义的。在地质条件复杂的区域,一个简单的确定模型无法完全表征其结构特征,这时建立随机模型可以提供更好的选择。本文采用基于转移概率的地统计法(TPROGS)建立水文地质结构随机模型,并实现与地下水流数值模型的有效结合。(1)对T-PROGS的每个模块中的重要参数进行了详细说明和讨论分析,结果表明步长间隔,数据搜索控制参数,网格剖分大小,模拟退火参数等可以根据具体的区域情况制定相应的参数范围。而对于侧向马尔科夫链,其岩性平均延伸长度不确定性较大,并且模拟结果对其较敏感。平均长度越大,模型的结构性越强,随机性越弱;平均长度越小,模型的结构性越弱,随机性越强。(2)提出了基于钻孔和剖面建立随机水文地质结构模型的方法,地质剖面是表征侧向岩性分布特征的重要资料,从中提取虚拟钻孔,使其作为具有概率形式的“软数据”加入到水文地质结构的模拟中。最后用一个算例应用对比发现,加入虚拟钻孔后的模拟比未加虚拟钻孔的模拟可靠性增加了约146%,不确定性降低了约9.8%,证明了这种方法的可靠性和可行性。(3)提出了将介质岩性三维分布为地下水流随机模拟赋参数的新方法。用二次规划的方法定量表示岩性和水文地质参数之间的关系,并解决了传统的地质统计学无法为不同水文地质单元的同一岩性赋不同属性的问题,建立了更具实际地质意义的随机水文地质参数场。(4)建立了西辽河平原随机水文地质结构模型及随机地下水流模型,西辽河平原的隔水介质或弱水介质以0.6的概率分布于区域的北部。对随机地下水流模型预测10年后的地下水位做不确定性分析,结果表明,水位平均变幅在正负5m之间,且90%置信度水位变幅的置信区间宽度约为0.292m。