地下水流數(shù)值模擬軟件介紹

GMS地下水流數(shù)值模擬軟件中國(guó)地質(zhì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院2010.10提綱什么是數(shù)值模擬什么是GMS軟件實(shí)例操作如何學(xué)習(xí)GMS軟件如何安裝GMS軟件什么是數(shù)值模擬數(shù)值模擬也叫計(jì)算機(jī)模擬。它以電子計(jì)算機(jī)為手段，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，達(dá)到對(duì)工程問(wèn)題和物理問(wèn)題乃至自然界各類問(wèn)題研究的目的。

引自百度（/view/1196149.htm）地下水?dāng)?shù)值模擬的目的和意義地下水?dāng)?shù)值模擬的基本目的是預(yù)測(cè)地下水未來(lái)動(dòng)態(tài)，為水質(zhì)和水量的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。任務(wù)：模擬地下水的流向及地下水水頭與時(shí)間的關(guān)系。地下水流數(shù)值模擬資料需求水文地質(zhì)參數(shù)：滲透系數(shù)，釋水系數(shù)源匯項(xiàng)研究區(qū)域范圍邊界條件初始條件模擬步驟建立概念模型選擇數(shù)學(xué)模型將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值化模型校正校正靈敏度分析模型驗(yàn)證預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)靈敏度分析給出模擬設(shè)計(jì)與結(jié)果后續(xù)檢查模型的再設(shè)計(jì)什么是GMS軟件GMS是GroundwaterModelingSystem的簡(jiǎn)寫，是美國(guó)BrighamYoungUniversity的環(huán)境模型研究室和美國(guó)軍隊(duì)排水工程試驗(yàn)工作站開(kāi)發(fā)的用于地下水模擬的軟件包。GMS軟件的功能

GMS運(yùn)行方式以地下水流模擬為基礎(chǔ),在地下水流模擬的基礎(chǔ)上,建立一系列的水質(zhì)模擬。水量模擬軟件：MODFLOW/FEMWATERMODFLOW:有限差分法FEMWATER:有限元法水質(zhì)模擬軟件：MT3D/RT3DMT3D：amodular3-DtransportmodelRT3D：multi-speciesreactivetransportmodel

MODFLOW的由來(lái)

MODFLOW是英文名稱ModularThree-DimensionalFinite-differenceGround-waterflowmodel(三維有限差分地下水流模型)的簡(jiǎn)稱。由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于80年代開(kāi)發(fā)出的一套專門用于孔隙介質(zhì)中地下水流動(dòng)數(shù)值模擬的軟件。自問(wèn)世以來(lái),MODFLOW已經(jīng)在全世界范圍內(nèi),在科研、生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、城鄉(xiāng)發(fā)展規(guī)劃、水資源利用等許多行業(yè)和部門得到了廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)成為最為普及的地下水運(yùn)動(dòng)數(shù)值模擬的計(jì)算機(jī)程序。MODFLOW軟件的程序包水井補(bǔ)給河流溝渠蒸發(fā)蒸騰通用水頭邊界模擬河流與含水層之間水力聯(lián)系模擬由于抽水引起地面沉降模擬水平流動(dòng)障礙MODFLOW地下水建模的方法GridApproachConceptualModelApproachSolidApproach實(shí)例操作:MODFLOW研究區(qū)域概況MODFLOW:ConceptualModel

ImportingtheBackgroundImageDefiningtheBoundaryBuildingtheLocalSource/SinkCoverageDelineatingtheRechargeZonesLocatingtheGridFrameCreatingtheGridInitializingtheMODFLOWDataConvertingtheConceptualModelRunningMODFLOW如何安裝GMS軟件安裝文件破解文件雙擊將破解文件拷貝到安裝目錄下，將原有的文件覆蓋安裝目錄操作說(shuō)明安裝成功如何學(xué)習(xí)GMS軟件水流Chapter2：GridApproachChapter4：ConceptualModelApproach溶質(zhì)運(yùn)移Chapter6：GridApproachChapter7：ConceptualModelApproach概念模型

根據(jù)詳細(xì)的地形地貌、地質(zhì)、水文地質(zhì)、構(gòu)造地質(zhì)、水文地球化學(xué)、巖石礦物、水文、氣象、工農(nóng)業(yè)利用情況等模擬的區(qū)域:含水層層數(shù):分層數(shù)據(jù)維數(shù):一維、二維、三維水流狀態(tài)：穩(wěn)定流/非穩(wěn)定流、飽和流/非飽和流介質(zhì)狀況:均質(zhì)和非均質(zhì)/各向同性和各向異性孔隙/裂隙/雙重介質(zhì)流體的密度差邊界條件和初始條件

必要時(shí)需進(jìn)行一系列的室內(nèi)試驗(yàn)與野外試驗(yàn),以獲取有關(guān)參數(shù),如滲透系數(shù)、彌散系數(shù)、分配系數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)等。

選擇數(shù)學(xué)模型

根據(jù)概念模型進(jìn)行選擇一維、二維、三維數(shù)學(xué)模型水流模型溶質(zhì)運(yùn)移模型反應(yīng)模型水動(dòng)力-水質(zhì)耦合模型(熱)水動(dòng)力-反應(yīng)耦合模型水動(dòng)力-彌散-反應(yīng)耦合模型將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值化

絕大部分?jǐn)?shù)學(xué)模型是無(wú)法用解析法求解的，數(shù)值化就是將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為可解的數(shù)值模型。有限差分法:GMS-MOFLOW有限單元法:FEFLOW模型校正

將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果比較,進(jìn)行參數(shù)調(diào)整,使模擬結(jié)果在給定的誤差范圍內(nèi)與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合。調(diào)參過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜而辛苦的工作,所調(diào)整的參數(shù)必須符合模擬區(qū)的具體情況。最近國(guó)外已花費(fèi)巨力開(kāi)發(fā)研究了自動(dòng)調(diào)參程序(如PEST),大大提高了模擬者的工作效率。校正靈敏度分析

校正后的模型受參數(shù)值的時(shí)空分布、邊界條件、水流狀態(tài)等不確定度的影響。靈敏度分析就是為了確定不確定度對(duì)校正模型的影響程度。模型驗(yàn)證

模型驗(yàn)證是在模型校正的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步調(diào)整參數(shù),使模擬結(jié)果與第二次實(shí)測(cè)結(jié)果吻合,以進(jìn)一步提高模型的置信度。預(yù)測(cè)

用校正的參數(shù)值進(jìn)行預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)時(shí)需估算未來(lái)的水流狀態(tài)。預(yù)測(cè)靈敏度分析

預(yù)測(cè)結(jié)果受參數(shù)和未來(lái)水流狀態(tài)的不確定度的影響。靈敏度分析就是定量給出這些不確定度對(duì)預(yù)測(cè)的影響。后續(xù)檢查

后續(xù)檢查在模擬研究結(jié)束數(shù)年后進(jìn)行。收集新的野外數(shù)據(jù)以確定預(yù)測(cè)結(jié)果是否正確。如果模擬結(jié)果精確,則該模型對(duì)該模擬區(qū)來(lái)說(shuō)是有效的。由于場(chǎng)址的唯一性,故模型只對(duì)該模擬區(qū)有效。后續(xù)檢查應(yīng)在預(yù)測(cè)結(jié)束足夠長(zhǎng)的時(shí)間后進(jìn)行,以便有足夠的時(shí)間發(fā)生明顯的變化。

模型的再設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō),后續(xù)檢查會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能的變化,從而導(dǎo)致概念模型和模型參數(shù)的修改。一般來(lái)說(shuō),所有模擬研究都應(yīng)該進(jìn)行到第五步,即校正靈敏度分析。

GridApproach網(wǎng)格法是一種最簡(jiǎn)單、最基本的建模方法,對(duì)于水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)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。ConceptualModelApproach概念模型建模的思想就是把三維網(wǎng)格的屬性用圖層相應(yīng)實(shí)體的屬性表示,模型賦值和調(diào)參直接操作圖層上的實(shí)體。概念模型建模需要三個(gè)基本的coverage圖層LocalSource/SinkCoverage:定義地下水系統(tǒng)的邊界范圍、井、河流、溝渠等參數(shù)LayerPropertiesCoverage:定義各含水層分區(qū)的滲透系數(shù)、