地下水?dāng)?shù)值模擬課件.ppt

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1、地下水?dāng)?shù)值模擬簡(jiǎn)介二零一五年二月目錄GMS基本操作GMS各模塊功能介紹數(shù)值模擬的發(fā)展及建模步驟主要內(nèi)容數(shù)值模擬理論的發(fā)展1956年斯圖爾曼(R·Wstallman)開(kāi)始將數(shù)值法應(yīng)用于地下水計(jì)算,但是其發(fā)展受制于其所需的大量運(yùn)算,60年代華爾頓(WC·Walton)首次將電子計(jì)算機(jī)引入水文地質(zhì)數(shù)值模擬,使得數(shù)值法的應(yīng)用更加方便快捷,從而促進(jìn)了數(shù)值法在解決地下水問(wèn)題的應(yīng)用發(fā)展。數(shù)值模擬理論的發(fā)展模擬任務(wù)水流模擬　主要模擬地下水的流向及地下水水頭與時(shí)間的關(guān)系。地下水運(yùn)移模擬主要模擬地下水、熱和溶質(zhì)組分的運(yùn)移速率。反應(yīng)模擬　模擬水中、氣-水界面、水-巖界

2、面所發(fā)生的物理、化學(xué)、生物反應(yīng)。數(shù)值模擬理論的發(fā)展模擬任務(wù)反應(yīng)運(yùn)移模擬　模擬地下水運(yùn)移過(guò)程中所發(fā)生的各種反應(yīng),如溶解與沉淀、吸附與解吸、氧化與還原、配合、中和、生物降解等。這種模擬將地球化學(xué)模擬(包括動(dòng)力學(xué)模擬)和溶質(zhì)運(yùn)移模擬(包括非飽和介質(zhì)二維、三維流)有機(jī)結(jié)合,是地下水模擬的發(fā)展方向。數(shù)值模擬理論的發(fā)展常用軟件基于有限差分方法的VisualGroundwater、GMS、VisualMODFLOW、ProcessingModflow及VisualMODFLOWFlex地下水?dāng)?shù)值模擬軟件?；谟邢拊椒ǖ腇EFLOW地下水?dāng)?shù)值模擬軟件。數(shù)值模擬

3、理論的發(fā)展常用軟件PHREEQC是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的進(jìn)行低溫水文地球化學(xué)計(jì)算的計(jì)算機(jī)程序,可進(jìn)行正向模擬和反向模擬,幾乎能解決水、氣、巖土相互作用系統(tǒng)中所有平衡熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題,包括水溶物配合、吸附-解吸、離子交換、表面配合、溶解-沉淀、氧化-還原。數(shù)值模擬理論的發(fā)展常用軟件HST3D是一個(gè)三維熱及溶液運(yùn)移模型(3DHeat&SoluteTrasportModel)?？梢阅M三維空間地下水流及有關(guān)的熱、溶液運(yùn)移,進(jìn)行地質(zhì)廢物處置、填埋物浸出、鹽水入侵、淡水回灌與開(kāi)采、放射性廢物處理、水中地?zé)嵯到y(tǒng)和能量?jī)?chǔ)藏等問(wèn)題的分析。地下水流數(shù)值模擬的一般步驟

4、收集整理資料，水文地質(zhì)條件分析水文地質(zhì)概念模型地下水流模型模型應(yīng)用收集整理資料，水文地質(zhì)條件分析資料的收集（文檔）水文地質(zhì)條件分析基本條件的分析水均衡分析源匯項(xiàng)處理定解條件處理水文地質(zhì)概念模型結(jié)構(gòu)模型含水層和邊界參數(shù)源匯項(xiàng)結(jié)構(gòu)模型頂?shù)装鍢?biāo)高含水層厚度水文地質(zhì)剖面圖鉆孔分布圖及柱狀圖水文地質(zhì)概念模型——結(jié)構(gòu)模型水文地質(zhì)概念模型——含水層和邊界含水層水力特征和介質(zhì)特征的概化側(cè)向邊界：根據(jù)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件、地下水系統(tǒng)特征等確定水頭邊界、流量邊界和混合邊界（通用水頭、河流、溝渠等）頂部邊界：潛水面、含水層頂板等底部邊界：基巖頂板或根據(jù)水循環(huán)深度、開(kāi)采深

5、度等確定參數(shù)潛水滲透系數(shù)和給水度承壓水滲透系數(shù)和貯水率前人資料抽水試驗(yàn)源匯項(xiàng)側(cè)向流入降雨入滲灌溉回滲人工開(kāi)采蒸發(fā)側(cè)向流出湖淖排泄…………水文地質(zhì)概念模型模型應(yīng)用評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)方案=>預(yù)測(cè)結(jié)果=>保證程度分析等GMS特點(diǎn)整合了MODFLOW、MODPATH、MT3D、FEMWATER、RT3D、SEEP2D、SEAM3D、UTCHEM、PEST、UCODE等模型和程序包，等可進(jìn)行水流、溶質(zhì)運(yùn)移、反應(yīng)運(yùn)移模擬；建立三維地層實(shí)體，進(jìn)行鉆孔數(shù)據(jù)管理、二維(三維)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)適用于孔隙介質(zhì)三維地下水模擬，是目前國(guó)內(nèi)最常用的軟件地下水流和溶質(zhì)運(yùn)移模擬軟件概念化方

6、式建立水文地質(zhì)概念模型與GIS接口好，前、后處理功能更強(qiáng)軟件升級(jí)快GMS各模塊介紹GMS各模塊介紹TIN(TriangulatedIrregularNet-works），三角形不規(guī)則網(wǎng)格)：該模塊用來(lái)形成三角形不規(guī)則網(wǎng)格，用以表示空間曲面，通常用來(lái)表示相鄰地層的界面，多個(gè)TINs就可以被用來(lái)建立實(shí)體(Solid)模型或三維網(wǎng)格。Boreholes鉆孔數(shù)據(jù)：用來(lái)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(lái)作等值面和等值線(xiàn)；地層數(shù)據(jù)用來(lái)建立TIN、solid實(shí)體和三維有限元網(wǎng)格。GMS各模塊介紹Solids實(shí)體模型：在不規(guī)則的三角形網(wǎng)絡(luò)(TIN)

7、建立完成后，通過(guò)一系列操作產(chǎn)生的實(shí)際地層的三維立體模型。Scatter(散點(diǎn))：二維與三維Scatter主要功能是導(dǎo)入和管理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行插值，完成TIN、Grid間的數(shù)據(jù)傳輸。GMS各模塊介紹2DMesh：包括SEEP2D模塊，用來(lái)計(jì)算壩堤剖面滲漏的二維有限元穩(wěn)定流模型。可以用于模擬承壓和無(wú)壓流問(wèn)題，也可以模擬飽和和非飽和帶的水流；對(duì)無(wú)壓流問(wèn)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)GMS各模塊介紹3DMesh，包括FEMWATER模塊，用來(lái)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

8、入侵等密度變化的水流和運(yùn)移問(wèn)題。GMS各模塊介紹3DGrid，是計(jì)算模塊，網(wǎng)格建模法即在此模塊中實(shí)現(xiàn)。包括MODFLOW模塊，MODPA