地下水流數(shù)值模擬軟件介紹

地下水流數(shù)值模擬軟件介紹第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS地下水流數(shù)值模擬軟件1、什么是GMS？2、GMS模塊介紹3、GMS建模方法第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件介紹GMS是GroundwaterModelingSystem的簡寫，是美國BrighamYoungUniversity的環(huán)境模型研究室和美國軍隊(duì)排水工程試驗(yàn)工作站開發(fā)的用于地下水模擬的軟件包。GMS是具有功能強(qiáng)大的圖形界面、綜合化的地下水模型構(gòu)建和數(shù)值模擬環(huán)境的軟件包該軟件在Windows平臺下開發(fā)，繼承了Windows軟件直觀、便于學(xué)習(xí)和使用等特點(diǎn)，GMS不僅全面包容了模擬地下水流每一個階段所需的工具，如邊界概化、建模、后處理、調(diào)參、可視化，同時，它也是目前唯一支持TINs、Solids、鉆孔數(shù)據(jù)、2D與3D等地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)的地下水流模擬軟件。前后處理更強(qiáng)結(jié)合GMS眾多的輔助模塊，可方便的輸入一系列文件，實(shí)現(xiàn)了可視化的輸入；同時計算模塊的計算結(jié)果又可調(diào)入輔助模塊中進(jìn)行后處理，實(shí)現(xiàn)了計算結(jié)果的可視化。第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS界面menus菜單欄ToolPalette工具面板ProjectExplorer項(xiàng)目資源管理器GraphicsWindow圖形窗口Modules軟件模塊statusbar狀態(tài)欄第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊GMS它包①M(fèi)ODFLOW②FEMWATER③MT3D④RT3D⑤SEAM3D⑥MODPATH⑦SEEP2D⑧T-PROGS⑨UTCHEM⑩PEST和UCODE等計算模塊與MAP、Boreholes、TINs、Solids、Grid、Mesh、ScatterPoints、Grid和GIS等輔助模塊第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS計算模塊MODFLOW：由美國地質(zhì)勘探局的McDonald和Harbaugh在1988開發(fā)，2000年推出MODFLOW_2k版。MODFLOW用可變有限差分網(wǎng)格，單元中心算法，可求解飽和地下水的穩(wěn)定和非穩(wěn)定流動問題三維數(shù)值模型?？煞治龅牡叵滤鲃佑绊懸蛩氐乃牡刭|(zhì)特性有（1）各類地理層滲透系數(shù)；（2）點(diǎn)源或匯（反映了潛水層及承壓層的井流特性）；（3）面源或匯（反映了地表入滲或蒸發(fā)特性）；（4）線及面元屬性（反映河渠及水庫等滲透、水位）。2、MODPATH：由美國地質(zhì)勘探局為MODFLOW開發(fā)的后處理軟件，其將MODFLOW的輸出生成質(zhì)點(diǎn)軌跡并將其顯示出來。該軟件可用于分析污染源的擴(kuò)散問題、演示污染影響區(qū)域。3、FEMWATER：是由美國環(huán)境保護(hù)署的Athens實(shí)驗(yàn)室和美國軍工水道實(shí)驗(yàn)站在1990年分別開發(fā)后經(jīng)整合而成的三維有限元地下水?dāng)?shù)值模型。該模型可分析地下飽和狀態(tài)和非飽和狀態(tài)下的地下水流動和輸運(yùn)問題中的穩(wěn)定、非穩(wěn)定問題；還可模擬密度相關(guān)問題，這為分析海水入浸問題提供了有力的分析工具。第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS計算模塊4

SEEP2D：是二維有限元穩(wěn)定流動模型。主要用以模擬土壩、防滲樁墻區(qū)域內(nèi)的二維滲流流場分析。5

MT3DMS：是三維有限差分?jǐn)?shù)值模型，用于分析地下水中的溶質(zhì)間的對流、擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的數(shù)值模擬。MT3DMS是在完成了MODFLOW模擬后進(jìn)行的，它需要MODFLOW提供網(wǎng)格水頭值和網(wǎng)格間通量值。6

RT3D：為多物種三維模型，用于模擬自然衰減和生物恢復(fù)過程。7

SEAM3D：用于模擬復(fù)雜的生物衰減問題中的反應(yīng)輸運(yùn)模型。由VirginiaTechUniversity的MarkWiddowson開發(fā)。8

NUFT：用輸運(yùn)問題的3維有限差分模型。由德州大學(xué)Geosystems工程和石油中心開發(fā)。10

ADH：是3維有限元流動和輸運(yùn)模型。除能模擬地下水的流動、輸運(yùn)外，它還可以模擬3維Navier-Stokes表面流動，且具有水文自適應(yīng)能力。11

ART3D：是3維反應(yīng)輸運(yùn)問題的解析幕景模型。用戶可隨意設(shè)置觀測點(diǎn)，ART3D可準(zhǔn)確計算每一觀測點(diǎn)的每種物質(zhì)的集度。ART3D可進(jìn)行前進(jìn)計算，反向計算和隨機(jī)計算。第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊Tins模塊即三角不規(guī)則網(wǎng)絡(luò)(TriangulatedIrregularNet-works)，通常用來表示相鄰地層的界面，多個TINs就可以被用來建立實(shí)體(Solid)模型或三維網(wǎng)格。第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日TINmodule點(diǎn)右鍵修改Display選項(xiàng)第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊Boreholes鉆孔數(shù)據(jù)用來管理樣品和地層這兩種格式的鉆孔數(shù)據(jù)。樣品數(shù)據(jù)用來作等值面和等值線；地層數(shù)據(jù)用來建立TIN、實(shí)體和三維有限元網(wǎng)格。（例8）第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日Boreholemodule雙擊第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日CrossSection第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊

Solids實(shí)體模型是在不規(guī)則的三角形網(wǎng)絡(luò)(TIN)建立完成后，通過一系列操作產(chǎn)生的實(shí)際地層的三維立體模型。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊2DScattererPoint二維散點(diǎn)模塊，將地面及含水層頂?shù)装蹇刂泣c(diǎn)，水位控制點(diǎn)，溶質(zhì)濃度控制點(diǎn)等導(dǎo)入模型，通過插值生成等值線，從而將每個活動單元格賦值第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊

3DScattererPoint三維散點(diǎn)模塊，用于三維地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)，用垂向列、等距的數(shù)據(jù)，可以將其導(dǎo)入網(wǎng)格，以圖形來表示污染羽。第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊

2DMesh,包括SEEP2D模塊，它是用來計算壩堤剖面滲漏的二維有限元穩(wěn)定流模型?？梢杂糜谀M承壓和無壓流問題，也可以模擬飽和和非飽和帶的水流；對無壓流問題，模型可以只局限于飽和帶。根據(jù)SEEP2D的結(jié)果可以作出完整的流網(wǎng)。第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊

3DMesh，包括FEMWATER模塊，它是用來模擬飽和流和非飽和流環(huán)境下的水流和溶質(zhì)運(yùn)移的三維有限元耦合模型，還可用于模擬咸水入侵等密度變化的水流和運(yùn)移問題。第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊

2DGrid模塊，將控制點(diǎn)數(shù)據(jù)插值后分配到二維網(wǎng)格；

3DGrid包括MODFLOW模塊，MODPATH模塊，MT3D模塊，UTCHEM模塊，ART3D模塊。其中：

MODFLOW包括水井、補(bǔ)給、河流、溝渠、蒸發(fā)蒸騰和邊界等子程序包，分別用來處理相關(guān)的水文地質(zhì)條件，用來進(jìn)行地下水流數(shù)值模擬；第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊MODPATH是確定給定時間內(nèi)穩(wěn)定或非穩(wěn)定流中質(zhì)點(diǎn)運(yùn)移路徑的三維示蹤模型。它和MODFLOW一起使用，它利用由MODFLOW計算出的逐個單元的水頭聯(lián)合土壤的孔隙度來計算每個粒子通過水流區(qū)域的軌跡。MODPATH可以追蹤一系列虛擬的粒子來模擬從用戶指定地點(diǎn)溢出污染物的運(yùn)動。MODPATH可以使用正向追蹤和反向追蹤方法來模擬單井抽水的影響范圍和描述給定時間內(nèi)井的截獲區(qū)。MT3D是三維地下水溶質(zhì)運(yùn)移程序，能夠模擬地下水系統(tǒng)中的平流、擴(kuò)散、衰減、溶質(zhì)化學(xué)反應(yīng)、線性與非線性吸附作用等現(xiàn)象；第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊UTCHEM是模擬多相流和運(yùn)移的模型，主要應(yīng)用于抽水和恢復(fù)。RT3D是處理多組分反應(yīng)的三維運(yùn)移模型，適合于模擬自然衰減、生物恢復(fù)、重金屬、石油烴等在地下水中的遷移。第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊

Map模塊，用來建立水文地質(zhì)概念模型，在MAP模塊下，以TIFF、JEPG等圖件為底圖，在圖上確定表示源匯項(xiàng)、邊界、含水層不同參數(shù)區(qū)域的點(diǎn)、曲線、多邊形的空間位置，快速建立起概念模型。第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件模塊GIS模塊，可以將shape文件導(dǎo)入模型，在mapping中通過shapestoFeatureObjects將文件導(dǎo)入map模塊。使用GIS模塊可以在GMS中直接顯示GIS數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，而不必將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為GMS數(shù)據(jù)格式。第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日GMS軟件的建模方法1、網(wǎng)格法建模是一種最簡單、最基本的建模方法,用于水文地質(zhì)條件比較簡單、研究區(qū)面積比較小的模型,網(wǎng)格法也是一種有效的方法。

但是網(wǎng)格法建模是基于對網(wǎng)格的直接操作，因此參數(shù)分區(qū)的賦值、邊界條件的指定和調(diào)參都非常繁瑣，工作量巨大。因此，在實(shí)際應(yīng)用中概念模型法應(yīng)用更為廣泛。所需模塊（Module）→3DGrid主要操作→Grid→MODFLOW第二十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日2、概念模型建模的思想就