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地下水流模型MODFLOW简介PPT课件( 51页)

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GMS地下水模拟软件软件介绍ppt课件

GMS地下水模拟软件软件介绍ppt课件
GMS图形界面由下拉菜单、编辑条、常用 模块、工具栏、快捷键和帮助条六部分组成， 使用起来非常便捷。
.
2
由于GMS软 件具有良好的 使用界面，强 大的前处理、 后处理功能及 优良的三维可 视效果，目前 已成为国际上 最受欢迎的地 下水模拟软件。
.
3
GMS简要介绍
GMS是EMS套装软件的一个部分，是模拟计算 地下水渗流和溶质（污染质）运移的软件；
Seam3d子模块用来模拟复杂生物降解问题的模型，包括多 酶、多电子接收器。
Modpath子模块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，需与Modflow联合使用。
.
9
Seep2d子模块是用来计算坝堤剖面渗漏的二维有限元稳定 流模型，可用来模拟承压流和无压流问题，也可用来模拟 饱和和非饱和问题。
Femwater子模块是用来模拟饱和流和非饱和流条件下水流 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。
.
8
Mt3dms子模块用来模拟地下水系统中对流、弥散和化学反 应的三维溶质运移模型。在计算过程中，需与Modflow联 合使用。
Rt3d子模块用来处理多组反应的三维运移模型，适用于模 拟自然衰减和生物恢复。
3、Modflow-Conceptual Approach 多层含水层 稳定流和非稳定流计算 研究区边界不规则 每含水层厚度可起伏变化 各含水层参数分区简单
.
31
Modaem模型
➢ 单一含水层稳定流水动 力场计算 •模块名称:Modaem •假定含水层中地下水 的水头在垂向上不发 生变化。 •平面2D数学模型。 •优点:不用剖分网格
Map子模块用来在GMS中建立概念模型。它可以Tiff、 Jepg等格式图件为底图，在图上确定表示源汇项、边界、 含水层不同参数区域点、线、面的空间位置，快速建立 概念模型。

地下水动力学第一章ppt课件

地下水动力学第一章ppt课件
彼此连通的网络，几何形态及连通情况异 常复杂，难以用精确的方法来描述。 由固体骨架和孔隙组成，孔隙通道是不连 续的。
因此，无论是固体骨架，还是空隙空间，微观上讲都不是连续函数
2020年2月9日星期日
普通水流与渗流
颗粒 孔隙
图1-1-0b 在一般管道中的普通水流
图1-1-3a 地下水实际流线
共同点：1.总体流向取决于水头差 2.流量取决于水头差及沿程损耗
承压含水层压强与水头
图1－1－4b 承压含水层的压强与水头
2020年2月9日星期日
水力坡度
大小等于dH/dn ，方向沿着等水头线
的法线方向指向水头降低的方向的矢量
定义为水力坡度，记为J。
JgradHdH dn
Jx H x Jy H y Jz H z
2020年2月9日星期日
2020年2月9日星期日
渗透系数的表达式
多孔介质（概化为等径的平行毛细管束）：
k nd 2 32
K k nd 2 32
v KJ nd 2 J 32
K nd 2 • 32
2020年2月9日星期日
渗透系数的表达式
裂隙介质（概化为走向和缝宽相同的平行板）
v=KJ； 当J=1时，K=v K在数值上是当J=1时的渗透流速，量钢[L/T]；
常用单位cm/s；m/d。 渗透系数与哪些因素有关呢？
2020年2月9日星期日
影响渗透系数大小的因素
K= f (孔隙大小、多少、液体性质) ➢ 岩层空隙性质（孔隙大小、多少） ➢ 由流体的物理性质决定，与γ成正比，与
渗透流速——假想渗流的速度，是假想
的平均流速。实际流速在REV上的平均

MODFLOW模型原理

MODFLOW模型原理

MODFLOW 模型原理模块化地下水三维流有限差分模型MODFLOW (Modular Three-dimensional Finite-difference Ground-water Flow Model)是由美国地质调查局(USGS)的Mcdonald 和Harbaugh 于20世纪80年代采用FORTRAN 语言开发的地下水三维有限差分数值模拟工具。

MODFLOW 开发之初采用了模块化(Modularization)的设计概念，MODFLOW-2000和MODFLOW-2005延续并扩展了这种模块化的设计方法。

MODFLOW-2000以前的版本由一个主程序和许多具有类似功能的子程序包(Packages)组成，子程序包由若干高度独立的子程序（也称模块，Modules ）组成，各子程序包间也相互独立，分别用于处理各种特定的边界条件和源汇项。

MODFLOW-2000又增加了过程(Processes)这一新概念（Harbaugh et al., 2000; Harbaugh, 2005）。

GMS(Groundwater modeling system)是由美国Brigham Young University 环境模拟研究实验室和美国军队排水工程实验工作站开发的基于概念模型和网格模型的地下水模拟软件，它以MODFLOW 为内核,集成了MODPATH, MT3DMS, PEST 等软件包。

与其他同类应用软件相比，GMS 具有模块齐全、使用范围广泛的特点，特别是概念化方式建立模型，使得建模过程更加直观，操作更加简便，是目前国际上最为流行且被各国同行一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟的标准可视化专业软件系统（周宇渤，2011）。

1地下水流运动方程MODFLOW 模型多孔介质中恒定密度的三维地下水流运动基本方程由如下偏微分方程描述（Harbaugh, 2005）：th S W z h K z y h K y x h K x s zz yy xx ∂∂=+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂∂∂ 式中，xx K , yy K 和zz K 分别为渗透系数在x, y 和z 方向上的分量（L T -1），这里假定 渗透系数主轴方向与坐标轴方向一致；h 为水头（L ）；W 为单位体积流量（T -1），代表源汇项；s S 代表孔隙介质的贮水率（L -1），t 为时间（T ）。

地下水建模方法和步骤演示幻灯片

地下水建模方法和步骤演示幻灯片

( x ) 2
t
H in 1 (2 H x ) in 2 H in 1H in 1 tH in i 2 ,3 ,,n x 1
隐式差分格式
H ( x 0 x , t 0 t ) 2 H ( x 0 , t 0 t ) H ( x 0 x , t 0 t ) H ( x 0 , t 0 t ) H ( x 0 , t 0 )
KMt
e (x)2
将该式子代入得到：
K M h in 1 (2 h x in )2 h in 1(xi,tn)eh in 1 th in
h in 1h in 1 (1 2)h inh in 1 t (xi,tn) e
（i=1，2，3，.....N-1），（n=1，2，3，.....）
( x ) 2
t
H in 1 1 2 H in 1 H in 1 1 H in 1 H in i 2 ,3 ,,n 1 x
( x )2
t
12
(2)有限差分方程建立(续)
方法二：达西定律和水均衡原理
取右图所示得微小六面 体。设与x,y,z,方向对应得 主渗透系数分别为Kx, Ky,Kz；建立均衡期t时 段内，微小均衡六面体的 水量守恒方程。
'(x 0) xf'2 '(!)( x)2 f(x 0 x)f(x 0)f'(x 0 ) xf'2 '(!)( x)2
方法一
A
B
① 由A得：
f(x0)f(x0 xx )f(x0)O ( x)
称
f(x0x)f(x0) x
为f(x)在x0处的一阶前向差商，O(x)
地下水建模方法和步骤
中国地质大学(武汉)环境学院
2012.8

地下水流模型MODFLOW简介

地下水流模型MODFLOW简介

3.MODFLOW软件的程序包
水井 补给 河流 沟渠 蒸发蒸腾 通用水头边界
模拟河流与含水层之间水力 联系
模拟由于抽水引起地面沉降
模拟水平流动障碍
3.MODFLOW软件的程序包
MODFLOW子程序包功能：
3.MODFLOW简介：特点
（一）采用模块化结构
MODFLOW将具有相似功能的子程序组合成子程序包,主要包 括水井、补给、河流、沟渠、蒸发蒸腾和通用水头边界 6 个子 程序包。同时用户也可按实际需要选用其中某些子程序包进行 地下水运动的数值模拟。这种模块化结构使程序易于理解、修 改，并为进行二次开发添加新的子程序包。
大差异 地下水、地表状况、土壤、植被、气候变量和土地
利用等都存在时空变异性，模型的耦合集成存在较大 的难度。
2.地下水数值模拟发展趋势
(3)勘探技术水平还有待于进一步提高 随着计算机的广泛应用，计算机软浸实现了对大量水文地质学
及地下水动力学问题的模拟，其计算能力远远超过人们获取数值 模型所需野外资料的能力。因此，野外资料的准确性及全面性就 决定了数值模拟的精度。 (4)物化反应和生化作用的溶质迁移模型
三维有限单元地下水流的溶质运移模拟并可模拟热运移
HST3D GUIPIE
Visual Groundwater
Ken. Kipp博士
ＨＳＴ３Ｄ的可视化界面
加拿大Waterloo水 专门的可视化，包括钻孔、水位、地球化学资料的三维可视化，能够把其他软件
文地质公司
模拟的网络化离散数据三维可视化显示
Argus ONE 美国地质调查局 专门的可视化，可以作为ＭＯＤＦＬＯＷ、ＳＵＴＲＡ等模拟软件的可视化平台
地下水流模型MODFLOW简介
提纲

地下水流模型MODFLOW简介PPT课件( 51页)

地下水流模型MODFLOW简介PPT课件( 51页)

3.1 Visual MODFLOW
Visual MODFLOW的优点
4）在预报过程中，系统自动计算由于开采量变化产生的激发补给 量，可动态地反映地下水的补排关系及储存量的变化情况
5）对任意划定范围能进行分区水量均衡计算； 6）Visual MODFLOW支持txt、dat、Excel、Mapinfo及dxf等格式的
数据文件，采用的可视化数据处理手段能够克服以往国内各种 数值计算产生的许多弊端，确保数据的安全性、通用性和标准 化； 7）可自动地阅读每次模拟结果，可输出等值线图、流速矢量图、 水流路径图、区段水均衡和打印并可借助Visual Groundwater 软件进行三维显示和输出。
注意问题
3.1 Visual MODFLOW
1）模型中没有为第二类边界条件赋值的菜单，可在第二 类边界单元上通过Wells菜单加上注水井或开采井来 实现地下水的侧向补给或排泄；
2）在输入数据文件时，如计算目的层的顶底板标高数据 文件，模型自动插值得到各单元的相应数据，在一个 单元的各点上数据是相等的。因此，为提高模拟的精 度，剖分单元不能过大；
3.1运行模块
3.1 Visual MODFLOW
允许用户修改MODFLOW、MODPATH 和MT3D 的各类参数 与数值,包括初始估计值、各种计算方法的控制参数、激活 疏干—饱水软件包和设计输出控制参数等, 这些均已设计 了缺省背景值。用户根据自己模拟计算的需要,可分别单独 或共同执行水流模型(MODFLOW )、流线示踪模型 (MODPATH ) 和溶质运移模型(MT3D)。
3）模型的计算步长依输入源汇项中最小的时间间隔来确 定。
3.1 Visual MODFLOW
注意问题
4）在MODFLOW目前的所有版本中均没有

Groundwater课件详解

Chapter 5
Introduction to Visual MODFLOW
2020/9/25
1
1.软件安装；
2.软件介绍：MODFLOW是英文Modular Three-dimensional Finite -difference Ground-water Flow Model（模块化三维有 限差分地下水流动模型）的简称.
环境、水利、城乡发展规划等方面。
2020/9/25
6
Introduction to Visual MODFLOW
Visual MODFLOW is the most complete, and user-friendly, modeling environment for practical applications in three-dimensional groundwater flow and contaminant transport simulation. This fully-integrated package combines powerful analytical tools with a logical menu structure. Easy-to-use graphical tools allow you to:
➢quickly dimension the model domain and select units
➢conveniently assign model properties and boundary conditions
➢run model simulations for flow and contaminant transport
9
Introduction to Visual MODFLOW

第二讲(2)MODFLOW直接建模-PPT精选文档


第三步：MODFLOW模型的创建


3D几何模型建立后，就是初始化MODFLOW， 并建立MODFLOW模型。这一步骤非常重要， 切记。 选择MODFLOW | New Simulation，建立 MODFLOW模型。
第四步：全局变量的赋值
模块选择
几种边界条件概化的解释
第五步：边界条件赋值
第七步：含水层顶底板高程
GMS中上层底板与下层顶板为同一高程，所以我们赋 值中仅需要对第一层的顶板和各层底板高程赋值。点 击Top Elevation进入界面，如图3-5-5所示。选择第一 层，点击Constant Layer按钮，赋值200。点击OK关 闭顶板赋值软件包。 点击Bottom Elevation按钮进入底板高程赋值界面， 分层对第一、二、三层各赋值为-150、-400和-700。 点击W was designed to have a modular structure that facilitates two primary objectives: ease of understanding and ease of enhancing. Ease of understanding was an objective because U.S. Geological Survey technical managers generally believe that modelers should understand how a model works in order to use it properly. Ease of enhancement was an objective because experience showed that there was a continuing need for new capabilities.

MODFLOW介绍

1.3 线性方程组解法 （Solution of equations）
有限差分方程组建立起来之后，下面一个重要步骤就是对该线性方程组联立求解。一 般来说，求解的方法可以分为直接求解方法和迭代求解方法。直接求解不用进行迭 代，可直接求得线性方程组的解。常用的直接求解方法如高斯消元法、逆矩阵法等。 但由于直接求解方法需要大量的内存，故并不常用于工程计算。迭代求解的方法也有 许多。它们的共同特点是通过一系列的迭代运算，使每次迭代得到的近似解逐渐趋于 真实解。当解的变化量(有时为残差的变化量)小于一个事先设定的收敛指标时，则称 迭代已经收敛，而得到的结果则称为原线性方程组的解。
计算单元的编号由单元所在的行、列、层的下标确定。MODFLOW 计算中使用行 间距、列间距和层厚，并不需要知道单元(i,j,k)在空间上的绝对坐标。
3
MODFLOW 基础
¾ 单元中心系统与结点中心系统 单元中心系：水头计算沿单元中心位置进行，单元边界构成该计算单元的流量均衡 区。 结点中心系统：水头计算沿结点进行，结点流量均衡区由相邻单元的中心点连线构 成。
(1.5)
2
MODFLOW 基础
1.2 差分方程 空间离散化（单元中心系统）
图 1.1 含水层的空间离散
¾ 单元编号(i,j,k) 行：行的延伸方向与 x 轴平行，行下标 i 随 y 值降低而增加； 列：列的延伸方向与 y 轴平行，列下标 j 随 x 值增加而增加； 层：模型的第一层规定为最顶层，层的下标 k 随高程降低而增加。
应当说明的是，通过迭代法所得到的解，仅仅是差分方程的近似解。其精度受很多因 素的影响，如选定的收敛指标以及所用的迭代方法本身。即使每个时间段所得到的解 是精确的，也仅仅是相对于在该时间段内所建立的差分方程组而言。对于偏微分方程 公式来说，它的数值解也是近似解而已。因为通过有限差分法所得到的解与对应的解 析解相比，总带有截断误差。一般来说，这种截断误差会随网格间距和时间段的增加 而增加。最后值得说明的是，即使是获得了对基本偏微分方程的精确解，对于野外条 件而言，这种解仍然是近似解而已。因为野外观测的水文地质参数总带有误差。另 外，水文地质边界的确定，也常常带有很大的人为因素和不确定因素。

地下水动力学第一章PPT课件

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2020年11月13日星期五
概化后的理想渗流
颗粒 孔隙
图1-1-0b 在一般管道中的普通水流
颗粒
孔隙
图 1-1A -3a 地 下 水 实 际 流 线
颗粒 孔隙
11
B 2020年11月13日星期五
二、地下水实际流速、渗透流速
地下水实际流速—质点流速在以P点为中 心REV体积上的平均值称为地下水在P点 的实际流速。
三、水头与水力坡度
总水头 Hz pu2
2g
u2《z p
2g
Hp
测压水; 头Hp
H
某砾石含水层中，u = 1.65cm/s
u2 1.652 0.000c1m 4 2g 2980
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2020年11月13日星期五
潜水含水层压强与水头
图1－1－4a 潜水含水层的压强与水头
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2020年11月13日星期五
0 V=1个 颗 粒 的 体 积
1. 若P点取颗粒中心且V只取小于颗粒体积时孔隙率n=0；
V
V0
2. 若P点取孔隙中心且V只取小于孔隙体积时孔隙率n=1；
3. 当V取值由一个颗粒或一个孔隙逐渐放大时，n值会因随机划进的颗粒或孔 隙体积而产生明显的波动，但随着V取值再增大，n值波动逐渐减小。
4. 当V取至某个体积时，孔隙率趋于某一平均值n，此时的V称为典型体元 (REV)，记为V０
5
2020年11月13日星期五
一、典型体元
(Representative elementary volume)
在水力学中引进质点的概念，把水看成连续介质， 则可用连续函数描述运动要素。
为了把渗流场概化为多孔介质连续体，用连续函 数描述，引进典型体元的概念。
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2.模拟软件发展趋势
(2)遥感、地理信息系统和全球定位系统与地 下水数值模拟软件的耦合
遥感、地理信息系统和全球定位系统在地下水数 值模拟中的进一步应用，地下水模型需要一个专业的G 璐数据结构，当前国际上的主流地下水模拟软件都提 供了与GIS(如ARCYm2FO)的数据接口，随着GIS 在水文地质领域中的应用日益广泛和深入，它们之间 的联系会更加密切。GIS与地下水模拟模型紧密集成 技术将是将来的主要研究方向。
近几年来，随着GIS技术的发展和普及，GIS已被广泛接受为管理、 存储、查询分析有关地理空间分布信息的成熟的工具和技术。随着其 本身空间分析功能和相关学科的迅猛发展，应用领域不在拓宽。随着 信息化成为当今社会发展的潮流和趋势，地下水动态模拟评价信息化 已成为水文地质工作的工作方向。如何充分利用GIS在数据采集、存 储、处理和可视化表达等地下水模拟重要环节上的优势，把GIS与地 下水模型结合起来，为地下水模拟工作提供更为简单适用的新方法和 统一高效的GIS平台环境，已成为目前地下水动态评价信息化建设的 关键步骤，也是GIS在地下水研究应用中向深层次发展的瓶颈问题。
2.模拟软件发展趋势
(1)各模拟软件只侧重某一方面，功能层次不齐。
模拟软件的发展取决于地下水数学模型及计算机软件技术的发展 两个方面。模型是地下水模拟软件的内在核心，模拟软件是模型实现 的技术手段。模型的发展将会扩大软件的适用范围，提高模拟的精确 度。软件技术的应用将大大提高模拟软件的速度、质量及现代化水平。 尽管世界上地下水及其相关模拟软件多达数百个，但由于地下水系统 的复杂性，到目前为止，还没有任何一种地下水软件能解决一切地下 水问题。模拟者应根据自己所从事的研究领域及模拟任务选择合适的 软件。上述的GMS、Visual MODFLOW、Visual Groundwater等软件都是比较流行的软件。
三维有限单元地下水流的溶质运移模拟并可模拟热运移
HST3D GUIPIE
Visual Groundwater
Ken. Kipp博士
ＨＳＴ３Ｄ的可视化界面
加拿大Waterloo水 专门的可视化，包括钻孔、水位、地球化学资料的三维可视化，能够把其他软件
文地质公司
模拟的网络化离散数据三维可视化显示
Argus ONE 美国地质调查局 专门的可视化，可以作为ＭＯＤＦＬＯＷ、ＳＵＴＲＡ等模拟软件的可视化平台
集成了各种地下水模拟系统，包括ＭＯＤＦＬＯＷ、ＭＴ３ＤＭＳ、ＦＥＭＷＡ ＴＥ Ｒ、ＲＴ３Ｄ、ＳＥＥＰ２Ｄ等模型
集成了各种地下水模拟系统，包括ＭＯＤＦＬＯＷ、ＭＴ３ＤＭＳ、ＲＴ３Ｄ等 模型
PM
Chiang等
三维有限差分地下水流动模拟与分析，能够模拟抽水一起的地面沉降
Feflow
德国Wasy水资源 规划系统研究所
（二）离散方法简单
在空间离散上，MODFLOW 对含水层采用等距或不等距正交 的长方体剖分网格。 用户易于准备数据文件，便于输入文件的 规范化。MODFLOW 模拟系统中引入了应力期的概念。整个 模拟期可划分为若干个应力期，每个应力期内的外应力，如抽 水量、蒸发量、补给量等，保持不变， 每个应力期可再划分为 若干时间段。
InHM IGSM
Waterloo与 Stanford大学
Young Yoon博士
地下水与地表水流及溶质迁移耦合模型 地下水与地表水耦合模型
2.地下水数值模拟发展趋势
(1)模型反演求参时，解的不惟一问题 模型中参数的不确定性将导致计算的水头、流速的不
确定性，从而影响到模拟结果的可靠性。 (2)各学科之间难以沟通，侧重的时间或空间尺度存在较
3.MODFLOW主要功能和主要模块
MODFLOW是英文名称Modular ThreeDimensional Finite-difference Ground-water flow model (三维有限差分地下水流模型)的简称。由美 国地质调查局于80年代开发出的一套专门用于孔隙介质中 地下水流动数值模拟的软件。自问世以来, MODFLOW已 经在全世界范围内,在科研、生产、环境保护、城乡发展规 划、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛的应用,已经 成为最为普及的包
水井 补给 河流 沟渠 蒸发蒸腾 通用水头边界
模拟河流与含水层之间水力 联系
模拟由于抽水引起地面沉降
模拟水平流动障碍
3.MODFLOW软件的程序包
MODFLOW子程序包功能：
3.MODFLOW简介：特点
（一）采用模块化结构
MODFLOW将具有相似功能的子程序组合成子程序包,主要包 括水井、补给、河流、沟渠、蒸发蒸腾和通用水头边界 6 个子 程序包。同时用户也可按实际需要选用其中某些子程序包进行 地下水运动的数值模拟。这种模块化结构使程序易于理解、修 改，并为进行二次开发添加新的子程序包。
随着污染的加剧，地下水中痕量污染物在迁移过程中发生的物 化反应和有微生物参加的生物化学作用所造成的对人体健康的可 能影响将日益成为人们关注的焦点。因此，考虑物化反应和生化 作用的溶质迁移模型，特别是地下水中有机物质迁移模型将是另 一个研究趋势。
2.地下水数值模拟发展趋势
（5）尚未建立地下水动态模拟体系
大差异 地下水、地表状况、土壤、植被、气候变量和土地
利用等都存在时空变异性，模型的耦合集成存在较大 的难度。
2.地下水数值模拟发展趋势
(3)勘探技术水平还有待于进一步提高 随着计算机的广泛应用，计算机软浸实现了对大量水文地质学
及地下水动力学问题的模拟，其计算能力远远超过人们获取数值 模型所需野外资料的能力。因此，野外资料的准确性及全面性就 决定了数值模拟的精度。 (4)物化反应和生化作用的溶质迁移模型
MODFLOW地下水流数值模拟软件
提纲
目前国内外主要地下水模拟软件简介 地下水数值模拟发展趋势 MODFLOW主要功能和主要模块 一点体会和经验
1.主要地下水模拟软件简介
软件名称
作者
简介
GMS
Visual MODFLOW
Brigham young university
加拿大Watreloo水 文地质公司