企业培训_地下水模拟技术及应用培训

地下水数值模拟技术与应用第四讲地下水流模型MODFLOW简介 中科院计算所培训 主要内容 3 1主要功能和主要模块3 2目前国内外主要地下水模拟软件简介3 3VisualModflow简介 简单操作 3 4GMS简介3 5地下水数值模拟发展趋势3 6一点体会和经验 4 1主要功能和模块 MODFLOW Modularthree dimensionalfinite differenceground waterflowmodel 是由美国地质调查局上世纪80年代开发的基于有限差分法的孔隙介质中三维地下水流模拟程序 现已推出MODFLOW88 96 2000和2005四个版本 已成为功能完善 扩展性强 应用最为广泛的地下水流模拟程序 主要功能模拟稳定 非稳定地下水流非均质含水层 简单的各项异性含水层二维 三维地下水流模拟承压 潜水 承压 无压含水层地下水流模拟适用条件饱和空隙介质地下水流 地下水流动满足达西定律 4 主要特点 采用FORTRAN语言编程 可下载源程序 可根据需要对程序改编 采用模块化结构 MODFLOW程序可分为一个主程序和若干个高度独立的子程序 模块 modules 若干相关的子程序整合形成具有特定功能的子程序包 pakages 使程序易于理解和修改 便于二次开发和增加新的模块和子程序包 对其功能进行扩展 离散单元的简单化 采用矩形不等距网格离散 便于用户对模拟区剖分和准备输入数据 输出的计算结果也比较规范化 Upscale技术 在时间离散上 引入应力期的概念 便于模拟期内时间段的划分和时间步长的设定 求解方法多样化 输出格式的标准化和多样化 资源丰富 可在有关网站上下载源程序 参考手册 操作手册等 有较多的软件产品 广大的用户 MODFLOW主要子程序包功能表 基于MODFLOW开发的一部分子程序包和模型一览表 3 2国内外流行的地下水模型软件 3 3VisualModflow介绍 加拿大Waterloo大学水文地质公司开发研制 http www W 主要特点基于windows系统开发的软件 界面友好 简单易学 具有较为强大的图形可视化程度功能 图形化输入和输出 允许用户以其他方式修改和输入模型数据 功能较为齐全 地下水流 质点追踪 溶质运移模拟 模型自动识别 ucode pest 分区均衡计算 VisualModflow演示 3 4GMS简介 IntroductionGMS GroundwaterModelingSystemisthemostsophisticatedandcomprehensivegroundwatermodelingsoftwareavailabletoday GMSisacomprehensivepackagethatprovidestoolsforeveryphaseofagroundwatersimulationincludingsitecharacterization modeldevelopment post processing calibration andvisualization DevelopedbyBrighamYounguniversity 4 功能 多个软件的集成MODFLOW 2D 3DGroundwaterflowmodelMODPATH aparticletrackingmodelbasedonMODFLOWMT3DMS 3DMassTransportmodelRT3D alternatechemicalreactionbasedonMT3DMSSEAM3D biodegradationmodelbasedonMT3DMSFEMWATER 3DFEFlowandMTmodel Un saturatedNUFT 3Dmulti phaseflowandMTmodel UTCHEM multi phaseflowandMTmodel DNAPL SEEP2D 2Dfiniteelementgroundwatermodel PEST ParameterESTimationutilityUCODE parameterestimationutility 4 Development GMS简介 4 Development GMS简介 ThebackwardtrackingoptioninMODPATHcanbeusedtodelineatecapturezonesforwellsforagiventimeperiod 4 Development GMS简介 MT3DMSisamodularthree dimensionaltransportmodelforthesimulationofadvection dispersion andchemicalreactionsofdissolvedconstituentsingroundwatersystems MT3DMSusesamodularstructuresimilartothestructureutilizedbyMODFLOW MT3DMSisusedinconjunctionwithMODFLOWinatwo stepflowandtransportsimulation HeadsandcellbycellfluxtermsarecomputedbyMODFLOWduringtheflowsimulationandarewrittentoaspeciallyformattedoutputfile ThisfileisthenreadbyMT3DMSandutilizedastheflowfieldforthetransportportionofthesimulation 4 Development GMS简介 4 Development GMS简介 RT3DisamodifiedversionofMT3DMSthatutilizesalternatechemicalreactionpackages Numerouspre definedreactionsareavailableincludinginstantaneousaerobicdegradation BTEXdegradationwithmultipleelectronacceptors sequentialanaerobicdegradationofPCE TCE andcombinedaerobic anaerobicdegradationofPCE TCE Forspecialcases anoptionisprovidedforcreatinguser definedreactions 4 Development GMS简介 SEAM3Disareactivetransportmodelusedtosimulatecomplexbiodegradationproblemsinvolvingmultiplesubstratesandmultipleelectronacceptors ItisbasedontheMT3DMScode InadditiontotheregularMT3DMSpackages SEAM3DincludesaBiodegradationpackageandNAPLDissolutionpackage 4 Development GMS简介 4 Development GMS简介 FEMWATERisathree dimensionalfiniteelementgroundwatermodel Itcanbeusedtosimulateflowandtransportinboththesaturatedandunsaturatedzone Furthermore theflowandtransportsimulationcanbecoupledtosimulatedensitydependentproblemssuchassalinityintrusion 4 Development GMS简介 4 Development GMS简介 NUFTisa3Dmulti phasenon isothermalflowandtransportmodel Itisideallysuitedforvadosezoneproblems Itcanbeusedtosimulateawidevarietyofremediationstrategiesincludingstreaminjection vaporextraction andairsparging 4 Development GMS简介 UTCHEMisamulti phaseflowandtransportmodel UTCHEMisideallysuitedforthesimulationofsurfactant enhancedaquiferremediation SEAR andDNAPLtransport UTCHEMisamaturemodelthathasbeenwidelyused TheUTCHEMsolverisefficientandrobust FutureversionsoftheGMS UTCHEMinterfacewillincludethesimulationofbiodegradation 动画演示 4 Development GMS简介 SEEP2Disa2Dfiniteelementgroundwatermodel SEEP2Disdesignedtobeusedonprofilemodels XZmodels suchascross sectionsofearthendamsorlevees TheoutputfromSEEP2Dcanbeusedtoplotcompleteflownets 4 Development GMS简介 4 Development GMS简介 4 Development GMS简介 4 Development GMS简介 4 Development GMS简介 优点适用面广 几乎可用于建立所有类型的地下水模型前处理程序好 源汇项 各类边界均有单独模块处理有大量的参考手册和源程序代码 便于根据自己的需要修改技术支持好 软件更新快对硬件要求不高价格合理缺点功能强大 但操作过于复杂 计算结果的输出 可视化表达需进一步完善 无法处理一些特殊条件 如 蒸发 排水沟 多和方向的各向异性 4 Development GMS简介 3 5地下水模型的发展趋势 地下水模拟技术展望逐级加密技术 upscale 高精度并行算法最优参数估计 不确定性理论和方法 人工智能算法 替代模型理论与方法 孙讷正等 饱和带 非饱和带耦合模型地下水 地表水耦合模型流域模型 大气水 地表水 包气带水 地下水 多项流模拟 核废料 CO2储存研究 地下水模拟与水资源管理系统整合研究 地下水模拟软件发展趋势界面化 交互式图形界面 图形界面 下拉菜单 对话框通用化一维 二维 三维水流 水质运移 热运移 地面沉降饱和带 非饱和带地下水 地表水耦合模型前后处理的智能化自动剖分离散点插值水文地质结构识别错误的自动检测均衡计算图形 表格表示 前后处理的智能化自动剖分离散点插值水文地质结构识别错误的自动检测均衡计算图形 表格表示 基于GIS技术 概念模型 边界 参数 源汇项 几何参数 Conceptualmodelsoverlaywithmeshestotransformthepropertiesofconceptualmodels 3 6一点体会和经验 地下水流数值模型地下水溶质运移数值模型地下水热运移数值模型 5 3 6 1地下水流数值模型 要求的资料 水文地质概念模型 水文地质结构 边界条件和边界值 水文地质参数 地下水流场 地下水长观资料 地下水的补排项 准三维流 多层 与三维流区域模型与局部地段 水源地模型 的差异及关系 模型间套技术 体会与经验初始流场不准 稳定流模型 垂向水文地质结构的确定 要注意开采分层 混合开采井的处理 等效越流 泉及向河流排泄 处理成排水沟 大面积地表水灌区 有大量排水沟存在 仍是难题 尽量避免疏干等水流不连续情况的出现 各向异性含水层的处理 等效 应力期 抽水时期 的确定 地下水动态特征和补排在时间上的分布规律 河流的处理 尽量避免一类边界条件 处理为三类边界条件较为灵活 有咸水 微咸水地区的地下水资源评价 分区评价 3 6 2地下水溶质运移数值模型 所需资料地下水流模型所需所有资料 通过综合分析 搞清研究区主要的污染组分 给出其以下数据 该组分的水溶性特征 溶于水 不混容 该组分的来源 释放量以及本底值该组分的浓度场 动态监测数据 该组分在含水层中的水文地球化学作用及相关参数 弥散系数 弥散度 难点 含水层的有效孔隙度 体会与经验注意溶质运移模型与水质模型的差别 只有搞清运移和演化机理才能对其进行模拟 在没有搞清机理的情况下 通过大量长观资料的分析 用概率统计分析其时空分布特征不失为好办法 由于地下水化学组分时空变异性很强 初始浓