地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件

1、地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件GMS 地下水流數(shù)值模擬軟件地下水流數(shù)值模擬軟件2010.10地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件提提 綱綱 什么是數(shù)值模擬什么是數(shù)值模擬 什么是什么是GMS軟件軟件 實(shí)例操作實(shí)例操作 如何學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)GMS軟件軟件 如何安裝如何安裝GMS軟件軟件地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件什么是數(shù)值模擬什么是數(shù)值模擬 數(shù)值模擬也叫數(shù)值模擬也叫計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算機(jī)模擬。它以電子計(jì)算。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，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)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。題研究的目的。 引自百度（引

2、自百度（http:/ 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)水質(zhì)和和水量水量的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。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。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)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件地下水流數(shù)值模擬資料需求地下水流數(shù)值模擬資料需求1|( , , )BHH x y t00|( , )tHHx y2|( , , )BHTq x y tntHqzHKzyHKyxHKxszyx)()()(水文地質(zhì)參數(shù)：滲透系數(shù)，釋水系數(shù)水文地質(zhì)參數(shù)：滲透系數(shù)，釋水系數(shù)源匯項(xiàng)源匯項(xiàng)研究區(qū)域范圍研究區(qū)

3、域范圍邊界條件邊界條件初始條件初始條件地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件模擬步驟模擬步驟建立概念模型建立概念模型 選擇數(shù)學(xué)模型選擇數(shù)學(xué)模型 將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值化將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值化 模型校正模型校正 校正靈敏度分析校正靈敏度分析 模型驗(yàn)證模型驗(yàn)證 預(yù)測(cè)預(yù)測(cè) 預(yù)測(cè)靈敏度分析預(yù)測(cè)靈敏度分析 給出模擬設(shè)計(jì)與結(jié)果給出模擬設(shè)計(jì)與結(jié)果 后續(xù)檢查后續(xù)檢查 模型的再設(shè)計(jì)模型的再設(shè)計(jì)地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件什么是什么是GMS軟件軟件GMS是是Groundwater Modeling System的簡(jiǎn)寫，是美國(guó)的簡(jiǎn)寫，是美國(guó)Brigham Young University的環(huán)境模型研究室和美國(guó)軍隊(duì)的環(huán)境模型研究室和

4、美國(guó)軍隊(duì)排水工程試驗(yàn)工排水工程試驗(yàn)工 作站開發(fā)的用于作站開發(fā)的用于地下水模擬地下水模擬的軟件包。的軟件包。地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件GMS軟件的功能軟件的功能 GMS運(yùn)行方式以地下水流模擬為基礎(chǔ)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)上在地下水流模擬的基礎(chǔ)上,建立建立一系列的水質(zhì)模擬。一系列的水質(zhì)模擬。水量模擬軟件：水量模擬軟件：MODFLOW/FEMWATERMODFLOW:有限差分法有限差分法FEMWATER:有限元法有限元法水質(zhì)模擬軟件：水質(zhì)模擬軟件：MT3D/RT3DMT3D：a modular 3-D transport model RT3D：multi-species

5、reactive transport model 地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件MODFLOW的由來(lái)的由來(lái) MODFLOW是英文名稱是英文名稱Modular Three-Dimensional Finite-difference Ground-water flow model (三維有限差分地下水流模型三維有限差分地下水流模型)的簡(jiǎn)稱。由美的簡(jiǎn)稱。由美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于80年代開發(fā)出的一套專門用于孔隙介質(zhì)中年代開發(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)地下水流動(dòng)數(shù)值模擬的軟件。自問(wèn)世以來(lái), MODFLOW已已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)經(jīng)在全世界范圍內(nèi),在科研、生產(chǎn)、環(huán)境保

6、護(hù)、城鄉(xiāng)發(fā)展規(guī)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)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。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。地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件MODFLOW軟件的程序包軟件的程序包n水井水井n補(bǔ)給補(bǔ)給n河流河流n溝渠溝渠n蒸發(fā)蒸騰蒸發(fā)蒸騰n通用水頭邊界通用水頭邊界n模擬河流與含水層之間水力模擬河流與含水層之間水力聯(lián)系聯(lián)系n模擬由于抽水引起地面沉降模擬由于抽水引起地面沉降n模擬水平流動(dòng)障礙模擬水平流動(dòng)障礙地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件MODFLOW地下水建模的方法地下水建

7、模的方法Grid ApproachConceptual Model ApproachSolid Approach地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件實(shí)例操作實(shí)例操作:MODFLOWo研究區(qū)域概況地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件MODFLOW: Conceptual Model Importing the Background ImageDefining the BoundaryBuilding the Local Source/Sink CoverageDelineating the Recharge ZonesLocating the Grid FrameCreating t

8、he GridInitializing the MODFLOW DataConverting the Conceptual ModelRunning MODFLOW地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件如何安裝如何安裝GMS軟件軟件安裝文件安裝文件破解文件破解文件雙擊雙擊將破解文件拷貝到安裝目錄下，將原有的文件覆蓋將破解文件拷貝到安裝目錄下，將原有的文件覆蓋地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件安裝目錄安裝目錄操作說(shuō)明操作說(shuō)明地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件安裝成功安裝成功地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件如何學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)GMS軟件軟件o水流水流Chapter 2：Grid ApproachChapter 4： Conce

9、ptual Model Approacho溶質(zhì)運(yùn)移溶質(zhì)運(yùn)移Chapter 6：Grid ApproachChapter 7： Conceptual Model Approach地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件概念模型概念模型 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)、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)利用情況等巖石礦物、水文、氣象、工農(nóng)業(yè)利用情況等模擬的區(qū)域模擬的區(qū)域: :含水層層數(shù)含水層層數(shù): : 分層數(shù)據(jù)分層數(shù)據(jù)維數(shù)維數(shù): :一維、二維、三維一維、二維、三維水流狀態(tài)：穩(wěn)定流水流狀態(tài)：穩(wěn)定流/ /非穩(wěn)定流、飽和流非穩(wěn)定流、飽

10、和流/ /非飽和流非飽和流介質(zhì)狀況介質(zhì)狀況: :均質(zhì)和非均質(zhì)均質(zhì)和非均質(zhì)/ /各向同性和各向異性各向同性和各向異性孔隙孔隙/ /裂隙裂隙/ /雙重介質(zhì)雙重介質(zhì)流體的密度差流體的密度差邊界條件和初始條件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)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)以獲取有關(guān)參數(shù), , 如滲透系如滲透系數(shù)、彌散系數(shù)、分配系數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)等。數(shù)、彌散系數(shù)、分配系數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)等。 地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件選擇數(shù)學(xué)模型選擇數(shù)學(xué)模型 根據(jù)概念模型進(jìn)行選擇根據(jù)概念模型進(jìn)行選擇一維、二維、三維數(shù)學(xué)模型一維、二維、三維數(shù)學(xué)模型 水流模型水流模型溶

11、質(zhì)運(yùn)移模型溶質(zhì)運(yùn)移模型 反應(yīng)模型反應(yīng)模型 水動(dòng)力水動(dòng)力- -水質(zhì)耦合模型水質(zhì)耦合模型( (熱熱) ) 水動(dòng)力水動(dòng)力- -反應(yīng)耦合模型反應(yīng)耦合模型 水動(dòng)力水動(dòng)力- -彌散彌散- -反應(yīng)耦合模型反應(yīng)耦合模型地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件將數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值化將數(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)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。值模型。有限差分法有限差分法: GMS -MOFLOW有限單元法有限單元法: FEFLOW地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件模型校正模型校正 將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果比較將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)

12、結(jié)果比較,進(jìn)行參數(shù)調(diào)整進(jìn)行參數(shù)調(diào)整, 使模使模擬結(jié)果在給定的誤差范圍內(nèi)與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合。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)調(diào)參過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜而辛苦的工作程是一個(gè)復(fù)雜而辛苦的工作, 所調(diào)整的參數(shù)必須符合所調(diào)整的參數(shù)必須符合模擬區(qū)的具體情況。模擬區(qū)的具體情況。 最近國(guó)外已花費(fèi)巨力開發(fā)研究了自動(dòng)調(diào)參程序最近國(guó)外已花費(fèi)巨力開發(fā)研究了自動(dòng)調(diào)參程序( (如如PEST ) , PEST ) , 大大提高了模擬者的工作效率。大大提高了模擬者的工作效率。地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件校正靈敏度分析校正靈敏度分析 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)等件

13、、水流狀態(tài)等不確定度不確定度的影響。靈敏度分析的影響。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。就是為了確定不確定度對(duì)校正模型的影響程度。地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件模型驗(yàn)證模型驗(yàn)證 模型驗(yàn)證是在模型校正的基礎(chǔ)上模型驗(yàn)證是在模型校正的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步調(diào)進(jìn)一步調(diào)整參數(shù)整參數(shù), 使模擬結(jié)果與第二次實(shí)測(cè)結(jié)果吻合使模擬結(jié)果與第二次實(shí)測(cè)結(jié)果吻合, 以以進(jìn)一步提高模型的置信度。進(jìn)一步提高模型的置信度。地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件預(yù)測(cè)預(yù)測(cè) 用校正的參數(shù)值進(jìn)行預(yù)測(cè)用校正的參數(shù)值進(jìn)行預(yù)測(cè), 預(yù)測(cè)時(shí)需估算未預(yù)測(cè)時(shí)需估算未來(lái)的水流狀態(tài)。來(lái)的水流狀態(tài)。地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件預(yù)測(cè)靈敏度分析預(yù)測(cè)靈敏度分析

14、 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。度對(duì)預(yù)測(cè)的影響。地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件后續(xù)檢查后續(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)址的唯一性性, , 故模型只對(duì)該模擬區(qū)有效。故模型只對(duì)該模擬區(qū)有效。 后續(xù)檢查應(yīng)后續(xù)檢查應(yīng)在

15、預(yù)測(cè)結(jié)束足夠長(zhǎng)的時(shí)間后進(jìn)行在預(yù)測(cè)結(jié)束足夠長(zhǎng)的時(shí)間后進(jìn)行, , 以以便有足夠的時(shí)間發(fā)生明顯的變化。便有足夠的時(shí)間發(fā)生明顯的變化。 地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件模型的再設(shè)計(jì)模型的再設(shè)計(jì) 一般來(lái)說(shuō)一般來(lái)說(shuō), 后續(xù)檢查會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能的變后續(xù)檢查會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性能的變化化, 從而導(dǎo)致概念模型和模型參數(shù)的修改。一從而導(dǎo)致概念模型和模型參數(shù)的修改。一般來(lái)說(shuō)般來(lái)說(shuō), 所有模擬研究都應(yīng)該進(jìn)行到第五步所有模擬研究都應(yīng)該進(jìn)行到第五步, 即即校正靈敏度分析。校正靈敏度分析。 地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件Grid Approach 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。地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件Conceptual Model Approach 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。地下水流數(shù)值模擬軟件簡(jiǎn)介課件概念模型建模概念模型建模需要三個(gè)基本的需要三個(gè)基本的coverage 圖層圖層oLocal Source/Sink Coverage:定義地下定義地下水系統(tǒng)的邊界范圍、井、河流、溝渠等參數(shù)水