地下水流数值模拟软件介绍

1、GMS 地下水流数值模拟软件地下水流数值模拟软件GMS 地下水流数值模拟软件地下水流数值模拟软件1、什么是、什么是GMS？2、GMS模块介绍模块介绍3、GMS建模方法建模方法GMS软件软件介绍介绍 GMS是是Groundwater Modeling System的简写，是美国的简写，是美国Brigham Young University的的环境模型研究室和美国军队排水工程试验工环境模型研究室和美国军队排水工程试验工 作站开发的用于作站开发的用于地下水模拟地下水模拟的软件包。的软件包。GMS是具有功能强大的图形界面、综合化的地下水模型构建和数值模拟环境的软件包是具有功能强大的图形界面、综合化的地

2、下水模型构建和数值模拟环境的软件包 该软件在该软件在Windows平台下开发，继承了平台下开发，继承了Windows软件直观、便于学习和使用等软件直观、便于学习和使用等特点，特点，GMS不仅全面包容了模拟地下水流每一个阶段所需的工具，如边界概化、建模、后不仅全面包容了模拟地下水流每一个阶段所需的工具，如边界概化、建模、后处理、调参、可视化，同时，它也是目前唯一支持处理、调参、可视化，同时，它也是目前唯一支持TINs、Solids、钻孔数据、钻孔数据、2D与与3D等地质统计学的地下水流模拟软件。等地质统计学的地下水流模拟软件。 前后处理更强 结合结合GMSGMS众多的辅助模块，可方便的输入一系列

3、文件，实现众多的辅助模块，可方便的输入一系列文件，实现了可视化的输入；同时计算模块的计算结果又可调入辅助模块中进行后处理，实了可视化的输入；同时计算模块的计算结果又可调入辅助模块中进行后处理，实现了计算结果的可视化。现了计算结果的可视化。GMS界面界面menus菜单栏Tool Palette工具面板Project Explorer项目资源管理器Graphics Window图形窗口Modules软件模块status bar状态栏GMS软件模块GMS 它 包 MODFLOWFEMWATERMT3D RT3D SEAM3DMODPATH SEEP2D T -PROGS UTCHEM PEST和UC

4、ODE 等计算模块 与MAP 、Boreholes 、TINs 、Solids 、Grid、Mesh 、Scatter Points 、Grid 和 GIS 等辅助模块GMS计算模块MODFLOW：由美国地质勘探局的McDonald 和 Harbaugh在 1988开发， 2000年推出MODFLOW_2k版。MODFLOW用可变有限差分网格，单元中心算法，可求解饱和地下水的稳定和非稳定流动问题三维数值模型。可分析的地下水流动影响因素的水文地质特性有（1）各类地理层渗透系数；（2）点源或汇（反映了潜水层及承压层的井流特性）；（3）面源或汇（反映了地表入渗或蒸发特性）；（4）线及面元属性（反映河

5、渠及水库等渗透、水位）。 2、MODPATH：由美国地质勘探局为MODFLOW开发的后处理软件，其将MODFLOW的输出生成质点轨迹并将其显示出来。该软件可用于分析污染源的扩散问题、演示污染影响区域。3、 FEMWATER：是由美国环境保护署的Athens实验室和美国军工水道实验站在1990年分别开发后经整合而成的三维有限元地下水数值模型。该模型可分析地下饱和状态和非饱和状态下的地下水流动和输运问题中的稳定、非稳定问题；还可模拟密度相关问题，这为分析海水入浸问题提供了有力的分析工具。GMS计算模块4 SEEP2D：是二维有限元稳定流动模型。主要用以模拟土坝、防渗桩墙区域内的二维渗流流场分析。5

6、 MT3DMS：是三维有限差分数值模型，用于分析地下水中的溶质间的对流、扩散和化学反应的数值模拟。MT3DMS是在完成了MODFLOW模拟后进行的，它需要MODFLOW提供网格水头值和网格间通量值。6 RT3D：为多物种三维模型，用于模拟自然衰减和生物恢复过程。7 SEAM3D：用于模拟复杂的生物衰减问题中的反应输运模型。由Virginia Tech University的Mark Widdowson开发。8 NUFT：用输运问题的3维有限差分模型。由德州大学 Geosystems 工程和石油中心开发。10 ADH：是3维有限元流动和输运模型。除能模拟地下水的流动、输运外，它还可以模拟3维 N

7、avier-Stokes 表面流动，且具有水文自适应能力。11 ART3D ：是3维反应输运问题的解析幕景模型。用户可随意设置观测点， ART3D可准确计算每一观测点的每种物质的集度。ART3D可进行前进计算，反向计算和随机计算。GMS软件模块 Tins模块即三角不规则网络(Triangulated Irregular Net-works)，通常用来表示相邻地层的界面，多个TINs就可以被用来建立实体(Solid)模型或三维网格。TIN module点右键点右键修改修改DisplayDisplay选项选项GMS软件模块 Boreholes钻孔数据用来管理样品和地层这两种格式的钻孔数据。样品数据

8、用来作等值面和等值线；地层数据用来建立TIN、实体和三维有限元网格。（例8）Borehole module双击双击Cross SectionGMS软件模块 Solids实体模型是在不规则的三角形网络(TIN)建立完成后，通过一系列操作产生的实际地层的三维立体模型。GMS软件模块 2D Scatterer Point二维散点模块，将地面及含水层顶底板控制点，水位控制点，溶质浓度控制点等导入模型，通过插值生成等值线，从而将每个活动单元格赋值GMS软件模块 3D Scatterer Point三维散点模块，用于三维地质统计学，用垂向列、等距的数据，可以将其导入网格，以图形来表示污染羽。GMS软件模块

9、 2D Mesh,包括SEEP2D模块，它是用来计算坝堤剖面渗漏的二维有限元稳定流模型。可以用于模拟承压和无压流问题，也可以模拟饱和和非饱和带的水流；对无压流问题，模型可以只局限于饱和带。根据SEEP2D的结果可以作出完整的流网。 GMS软件模块 3D Mesh，包括FEMWATER模块，它是用来模拟饱和流和非饱和流环境下的水流和溶质运移的三维有限元耦合模型，还可用于模拟咸水入侵等密度变化的水流和运移问题。 GMS软件模块 2D Grid模块，将控制点数据插值后分配到二维网格； 3D Grid包括MODFLOW模块，MODPATH模块，MT3D模块，UTCHEM模块，ART3D模块。其中：o

10、MODFLOW包括水井、补给、河流、沟渠、蒸发蒸腾和边界等子程序包，分别用来处理相关的水文地质条件，用来进行地下水流数值模拟； GMS软件模块oMODPATH是确定给定时间内稳定或非稳定流中质点运移路径的三维示踪模型。它和MODFLOW一起使用，它利用由MODFLOW计算出的逐个单元的水头联合土壤的孔隙度来计算每个粒子通过水流区域的轨迹。MODPATH可以追踪一系列虚拟的粒子来模拟从用户指定地点溢出污染物的运动。MODPATH可以使用正向追踪和反向追踪方法来模拟单井抽水的影响范围和描述给定时间内井的截获区。oMT3D是三维地下水溶质运移程序，能够模拟地下水系统中的平流、扩散、衰减、溶质化学反应

11、、线性与非线性吸附作用等现象； GMS软件模块oUTCHEM是模拟多相流和运移的模型，主要应用于抽水和恢复。oRT3D是处理多组分反应的三维运移模型，适合于模拟自然衰减、生物恢复、重金属、石油烃等在地下水中的迁移。GMS软件模块 Map模块，用来建立水文地质概念模型，在MAP模块下，以TIFF、JEPG等图件为底图，在图上确定表示源汇项、边界、含水层不同参数区域的点、曲线、多边形的空间位置，快速建立起概念模型。 GMS软件模块 GIS模块，可以将shape文件导入模型，在mapping中通过shapes to Feature Objects将文件导入map模块。使用GIS模块可以在GMS中直接

12、显示 GIS数据库的数据，而不必将数据转化为GMS数据格式。GMS软件的建模方法 1、网格法建模是一种最简单、最基本的建模方法, 用于水文地质条件比较简单、研究区面积比较小的模型, 网格法也是一种有效的方法。 但是网格法建模是基于对网格的直接操作，因此参数分区的赋值、边界条件的指定和调参都非常繁琐，工作量巨大。因此，在实际应用中概念模型法应用更为广泛。u所需模块（所需模块（Module）3D Gridu主要操作主要操作GridMODFLOW 2、 概念模型建模的思想就是把三维网格的属性用图层相应实体的属性表示, 模型赋值和调参直接操作图层上的实体。o概念模型建模运用的模块有 MAP 、Grid

13、 、Scatter Points ， 计算模块采用 MODFLOW 模块。其中 Map 模块提供了简单的 GIS 工具，用于创建模拟区的概念模型。在Map模块里里，可以定义模型的类别以及与类别对应的各种属性。 在概念模型下需要建立图层，图层里 包含点点(node/vertices分别代表曲线的端点/结点)、弧弧(arc，代表线性实体，如河流、沟渠)和多边形多边形(polygon，代表面状实体，如渗透系数分区，面状补给区，面状开采区等)，在应用中可以根据需要在点、弧、面上赋属性。 如井可以赋值开采量如井可以赋值开采量(可以是常数、也可以随时间变可以是常数、也可以随时间变化化),河流可以赋值水力传

14、导系数、沿程上结点的水位和河流可以赋值水力传导系数、沿程上结点的水位和河床底板标高河床底板标高,GMS可以根据河流所经单元的长度把单可以根据河流所经单元的长度把单位长度上的水力传导系数自动换算为相应单元的等效水位长度上的水力传导系数自动换算为相应单元的等效水力传导系数力传导系数,同时同时GMS也可以把已知结点的水位和河床也可以把已知结点的水位和河床底板标高通过线性插值底板标高通过线性插值,得到河流沿程上每个网格结点的得到河流沿程上每个网格结点的水位和底板标高。多边形可以赋值渗透系数、给水度等水位和底板标高。多边形可以赋值渗透系数、给水度等属性。属性。概念模型建模的思想就是把三维网格的属性用概念模型建模的思想就是把三维网格的属性用coverage图层相图层相应的属性表示实际条件应的属性表示实际条件,模型赋值和调参直接操作模型赋值和调参直接操作coverage上的上的实体。比如河流与沟渠的处理、面状降水强度的处理。随时间实体。比如河流与沟渠的处理、面状降水强度的处理。随时间变化的参数可以以函数的形式赋值给实体变化的参数可以以函数的形