Trên thế giới việc áp dụng phương pháp mô hình hóa để nghiên cứu các đối tượng Địa chất thủy văn đã bắt đầu từ thế kỷ trước. Nó phát triển rất nhanh, mạnh ở các nước công nghiệp phát triển như Liên Xô cũ (nay là Nga và các nước Cộng hòa khác), Mỹ, Pháp, Canada, Đan Mạch .... Ở nước ta, nó mới được áp dụng trong những năm 70, 80 của thế kỷ trước. Lịch sử phát triển của mô hình hóa Địa chất thủy văn có thểđược chia làm 6 giai đoạn:
Giai đoạn 1 kéo dài từ thế kỷ 19 đến những năm 20 của thế kỷ 20. Trong giai đoạn này, nó được áp dụng để nghiên cứu các bài toán thấm cơ bản.
Giai đoạn 2 kéo dài từ những năm 20 đến những năm 40 của thế kỷ 20. Trong giai đoạn này đã phát triển một số mô hình vật lý và mô hình điện tương tự (EGĐA) để luận chứng thiết kế một số công trình thủy lợi ở Liên Xô. Một số phòng thí nghiệm thấm được hình thành ở Liên Xô như VNIIG, VODGEO, MGRI do Giáo sư G.N.Kamenxki chỉ đạo.
Giai đoạn 3 bắt đầu từ sau chiến tranh thế giới II (cuối những năm 40) đến cuối những năm 50 của thế kỷ 20. Giai đoạn này đặc trưng bởi sự phát triển mạnh của phương pháp EGĐA. Nó được sử dụng để giải các bài toán thấm dưới móng đập, xác định dòng chảy đến giếng và lò, giếng mỏ... Cũng trong giai đoạn này người ta cũng dùng phương pháp EGĐA để nghiên cứu dự đoán động thái, cân bằng nước ngầm ở các vùng tưới như Davogia, Dovongie, Bắc Keprad, Trung Á, Ukraina. Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn và tích phân thủy lực V.X.Lukianov để giải các bài toán thấm. Các bài toán thấm 1 chiều, hai chiều và không gian dưới nền đập, quanh hồ chứa và kênh đào đã được nghiên cứu. Lần đầu tiên giải bài toán ngược xác định thông số Địa chất thủy văn và giá trị cung cấp thấm đối với dòng một chiều cũng như dòng thấm phẳng hai chiều. Trong giai đoạn này phương pháp mô hình đã được đưa vào chương trình giảng dạy tại một số trường Đại học như trường MGRI, MGU (năm 1954) và trường Kiev, Tasken, Mỏ Leningrat, Bách khoa Anmaata (những năm 1961).
27
Giai đoạn 4 kéo dài trong những năm 60 của thế kỷ 20. Đây là giai đoạn mô hình toán học phát triển mạnh mẽ, chủ yếu là máy tính tích phân điện ô mạng. Nhờ các máy tích phân, nhiều bài toán phức tạp đã được giải như: Đánh giá trữ lượng khai thác nước dưới đất, dự đoán nước ngầm vùng tưới, luận chứng hợp lý các dạng kênh thoát để cải tạo đất, tính toán các hệ thống lỗ khoan hạ thấp mực nước khi khai thác khoáng sản... kỹ thuật và phương pháp mô hình được hoàn thiện và phát triển. Mô hình địa chất thủy văn được ứng dụng để nghiên cứu điều tra địa chất thủy văn trong các khu vực rộng lớn, chỉnh lý các thông tin ĐCTV trong các giai đoạn điều tra. Phương pháp luận và lý thuyết giải bài toán ngược phát triển, nhiều thiết bị chuyên môn được chế tạo. Lần đầu tiên những công trình khoa học mang tính chất tổng kết về phương pháp mô hình ĐCTV được trình bày hội thảo trong những hội nghị Quốc tế.
Giai đoạn 5 bắt đầu từ cuối những năm 60 đến những năm 70. Nó đặc trưng bởi sự xuất hiện nhiều lĩnh vực mới trong lý thuyết về mô hình hóa và ứng dụng nó để giải quyết những nhiệm vụ thực tếĐCTV. Lần đầu tiên tổ hợp tương tự - sốđã được hình thành. Phương pháp sử dụng kết hợp giữa AVM và ESVM bắt đầu phát triển. Lời giải của các bài toán về điều kiện lựa chọn hợp lý các điều kiện khai thác mỏ nước dưới đất, lựa chọn tối ưu để khai thác nhiệt từ lòng đất... đã được áp dụng trong thực tế, sản xuất. Đồng thời trong giai đoạn này vấn đề áp dụng phương pháp mô hình để nghiên cứu cổ ĐCTV, sự hình thành của nước dưới đất cũng được nghiên cứu và cũng đã đạt được những thành tựu đáng kể. Các vùng đã áp dụng phương pháp mô hình như VXEGINGEO, MGU, KGU, GIDROINGEO (Liên Xô)...
Giai đoạn 6 bắt đầu từ cuối những năm 70 thế kỷ 20 đến ngày nay. Đây là giai đoạn phát triển mạnh nhất của mô hình số. Nhiều bài toán thủy động lực cũng như các bài toán về vận chuyển vật chất, vận chuyển nhiệt trong địa chất thủy văn được áp dụng rộng rãi. Phương pháp luận và cơ sở lý thuyết phương pháp mô hình số (mô hình sai phân) được hoàn thiện và áp dụng vào trong thực tế phục vụ các vấn đề về địa chất thủy văn, quản lý và quy hoạch nguồn nước dưới đất. Đồng thời trong giai đoạn này, với những tính năng vượt trội mô hình số đã dần thay thế những mô hình vật lý, mô hình tương tự cổ điển trước đây. Những nước phát triển như Mỹ, Nga (Liên Xô trước đây), Đan Mạch, Canada, Úc... đã áp dụng mô hình số để giải quyết hầu hết các vấn đề ĐCTV, đồng thời còn sử dụng mô hình số để phục vụ công tác quản lý tổng hợp tài nguyên nước trong lãnh thổ. Những nước ở Châu Á, Đông Nam Á cũng đã áp dụng mô hình sốđể đánh giá và quản lý tài nguyên nước trên lãnh thổ của mình. Ở Việt Nam,
28
mô hình số nước dưới đất được sử dụng từ những năm 1980 của thế kỷ trước và cũng có nhiều bước tiến đáng kể cho đến ngày nay.
Năm 1999, để phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước cho vùng Nam bang Florida, Cục Địa chất Mỹ đã xây dựng mô hình số cho vùng Nam bang Floria và sử dụng mô hình này để quản lý nguồn nước dưới đất cho toàn bang. Phần mềm sử dụng để xây dựng mô hình là GMS.
Năm 2000 cũng tại Cục Địa chất Mỹ đã triển khai dự án nhằm đánh giá lượng bổ cập cho nước dưới đất tại bang Texas cũng đã sử dụng phương pháp mô hình số. Kết quả đã tính toán xác định được cân bằng nước trên toàn bang, đánh giá được lượng bổ cập cho nước dưới đất từ các nguồn nước mưa và nước mặt. Kết quả đánh giá xác định được nguồn bổ cập cho nước dưới đất chiếm 15% tổng lượng mưa. Phần mềm được sử dụng để xây dựng mô hình là Visual Modflow của công ty Waterloo Hydrogeologic Inc. Canada.
Năm 2000, Công ty Waterloo đã ứng dụng phần mềm Visual Modflow xây dựng mô hình số để đánh giá lượng thấm mất nước qua vai đập tại đập Chemwest vùng phía Tây nước Mỹ. Đập được xây dựng trên sông Norman.
Tại Đan Mạch, để phục vụ công tác Quản lý tài nguyên nước dưới đất trên toàn lãnh thổ, các cơ quan quản lý tài nguyên nước Chính phủĐan Mạch đã xây dựng mô hình số nước dưới đất cho toàn lãnh thổ, thời gian xây dựng là 5 năm từ 2000 đến 2005. Phần mềm sử dụng để xây dựng mô hình là MIKE SHE.
Và cho tới nay, hầu hết các nước trên thế giới đều đã sử dụng công cụ là mô hình số để phục vụ công tác đánh giá tài nguyên cũng như để giải quyết các vấn đề thực tế đề ra trong lĩnh vực Địa chất thủy văn. Mô hình số cũng được áp dụng rộng rãi để quản lý tài nguyên nước dưới đất trên lãnh thổ.