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地下水模拟软件软件介绍

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第一讲地下水流数值模拟软件介绍

第一讲地下水流数值模拟软件介绍

第一讲地下水流数值模拟软件介绍地下水流数值模拟软件是一种可以模拟地下水流动过程的计算工具。

它通过建立数学模型，基于地下水流动方程和物质输移方程，计算地下水流动的速度、压力、水位等参数，并提供可视化结果展示。

地下水流数值模拟软件广泛应用于水资源开发与管理、环境保护和地下水污染治理等领域。

它可以帮助工程师和科研人员预测地下水的流动规律，评估地下水资源的可利用性，优化水资源的开发利用方案，指导地下水环境保护和污染治理措施的设计。

目前市场上有多种地下水流数值模拟软件，如MODFLOW、FEMWATER、Visual MODFLOW、GMS等。

这些软件通常具有以下几个主要特点：1.建模能力：地下水流数值模拟软件能够建立复杂的地下水模型，包括地下水系统的几何形状、边界条件、材料性质等。

用户可以根据实际情况进行地下水模型的建立，以反映真实的地下水系统。

2.求解能力：地下水流数值模拟软件可以通过数值方法求解地下水流动的物理方程。

它使用迭代算法和数值计算技巧，计算得出地下水流动的速度、压力、水位等参数。

求解过程通常需要考虑地下水系统的复杂性和计算效率的平衡。

3.可视化能力：地下水流数值模拟软件可以将计算结果以可视化的方式展示出来。

用户可以通过图表、图像和动画等形式，直观地了解地下水流动的变化趋势和空间分布。

同时，软件还能够提供各种数据统计和分析功能，辅助用户对地下水系统进行定量分析。

4.模型优化能力：地下水流数值模拟软件可以使用模拟结果对地下水模型进行优化。

用户可以根据实际观测数据和模型结果进行比较，进一步改进地下水模型的参数和边界条件，提高模拟结果的准确性和可靠性。

由于地下水流数值模拟软件在不同应用领域具有不同的需求，因此市场上存在多种不同功能和特点的软件。

一些软件具有更高的计算效率和更精确的模型求解能力，适用于大规模地下水系统的模拟。

另一些软件则更加简单易用，适合初学者或小规模地下水系统的模拟。

总之，地下水流数值模拟软件是一种重要的计算工具，能够帮助人们研究地下水流动规律、预测地下水资源变化趋势、评估水资源利用方案和设计环境保护措施。

地下水模拟软件GMS中文使用手册

地下水模拟软件GMS中文使用手册

地下水模拟软件GMS中文使用手册地下水模拟是一种基于数学模型的水文学研究方法，通过模拟不同地下水流动情况，可以更好地了解地下水资源分布和变化规律，为工程建设和保护提供科学依据。

而在地下水模拟中，GMS是一个常用的软件工具，它可以用来建立和分析多种类型的地下水流动模型。

本篇文章将详细介绍GMS软件的基本操作和常用功能，以及地下水模拟的一些注意事项。

一、GMS软件介绍GMS即Groundwater Modeling System，是一款专业的地下水模拟软件，拥有强大的建模分析能力。

GMS可以创建多种类型的地下水模型，包括层状模型、地下水盆地模型、地下水河道模型等。

同时，GMS还拥有强大的数据处理和可视化功能，可以方便地将地下水模型的结果呈现出来。

二、GMS基本操作1、软件安装和启动下载GMS软件后，按照提示进行安装即可。

启动软件后，可以选择新建、打开或最近使用的工程文件。

2、新建工程在GMS中，地下水模型被称为“工程”，因此需要新建一个工程来开始建模。

点击菜单栏的“文件”>“新建工程”，然后设置工程名称、模型类型等参数即可。

3、添加模型在新建工程后，需要添加一个地下水模型。

点击“地下水模型”>“新建”来创建模型，选择模型类型和分析区域范围，然后导入数据（如DEM图像、土壤信息等）。

4、设置材料属性在添加地下水模型后，需要为各个材料设置属性（如渗透系数、孔隙度等），以方便地进行模拟分析。

点击“属性”>“材料属性”来设置材料属性。

5、添加边界条件和压头在进行地下水模拟时，需要将分析范围分为不同的区域，并分别设置边界条件和压头。

点击“水头”>“边界条件”和“水头”>“压头”，在地图上分别添加边界条件和压头所在的点。

6、生成计算网格在设置好材料属性、边界条件和压头后，需要生成计算网格来进行模拟分析。

点击“计算网格”>“自动生成”来生成计算网格，并根据需要进行调整。

7、设置时间步长在进行地下水模拟时，需要设置时间步长和时间范围，以控制分析精度和时间范围。

地下水流模型MODFLOW简介

地下水流模型MODFLOW简介
（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应力期可再划分为 若干时间段。
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
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
设计新颖的菜单结构允许用户非常容易地在计算机上直接圈定模型区 域和剖分计算单元, 并可方便地为各剖分单元和边界条件直接在机上赋值, 做到真正的人机对话。用户可单独或共同运行MODFLOW、MODPATH和MT3D三 大部分。Visual MODFLOW的最大特点是将数值模拟评价过程中的各个步骤 有机的结合起来，从开始建模、输入和修改各类水文地质参数与几何参数、 运行模型、反演校正参数，一直到显示输出结果，使整个过程从头至尾规 范化、系统化。

GMS地下水模拟软件软件介绍[优质ppt]

GMS地下水模拟软件软件介绍[优质ppt]

2D-Scatter points和3DScatter points子模块 分别用来管理 二维和三维散 点数据。利用 散点数据，可 进行空间插值。
GMS软件模块多，功能全，几乎可以模拟与地下水有关的所有水流 和溶质运移问题，与其它同类模型软件相比，具有许多优点。
1、概念化方式建立水文地质概念模型
GMS具有直观的可视化效果。
一、GMS各子模块功能简介 二、GMS数据的输入方式 三、基于GMS的地下水模拟模型
一、GMS各子模块简介
GMS子模块可分为两种类型，一种是计算模块， 另一种是辅助模块。
计算模块主要包括Modflow、Femwater、 Mt3dms、Rt3d、Seam3d、Modpath、Seep2d、 Nuft、Utchem等。
可以计算2D和3D地下水动力场（ MODAEM、 MODFLOW）和污染物浓度场（MT3DMS）；
计算并展示污染质的影响范围及其捕获区 （MODPATH);
可以模拟计算包气带中的水流和溶质运移 (FEMWATER)；
可以根据钻孔资料生成三维地层ODFLOW，数学模型 的计算采用有限差分法；
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。

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。
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；
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。

当前应用于地下水模拟领域内的常用软件

当前应用于地下水模拟领域内的常用软件

当前应用于地下水模拟领域内的常用软件：1、MODFLOW (The modular finite –difference groundwater flow model)是由美国地质调查局(ＵＳＧＳ)开发的用来模拟地下水流动和污染物迁移等特性的计算机程序，MODFLOW使用有限差分方法。

其局限是仅在DOS模式下运行。

在MODFLOW的基础上，各国研究人员又开发了可视化的扩展型软件Visual MODFLOW。

Visual MODFLOW是由加拿大waterloo hydrogeologic Inc.在MODFLOW 软件基础上,应用现代可视化技术开发研制的,1994年8月首次在国际上公开发行，该系统目前国际上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。

可应用于评价地下水安全供水量、评价地下水修复系统、优化灌溉抽水量等方面。

Visual MODFLOW 的最大特点是功能强大同时易学易用，合理的菜单结构，友好的可视化交互界面和强大的模型输入输出支持，使之成为许多地下水模拟专业人员的选择对象。

2、MT3D99是郑春苗博士设计开发的模拟三维地下水溶质运移程序MT3D(1990)的升级版，MT3D99的易于使用、精确、快速的优良性能使得它获得了政府有关部门、地下水研究咨询公司以及用户的广泛认可，成为目前世界上首屈一指的溶质运移模拟软件。

MT3D99能够模拟地下水系统中的平流、扩散、衰减、溶质化学反应、线性与非线性吸附作用等现象，能够对承压含水层，不承压含水层，承压与不承压交替的含水层以及倾斜的和单元厚度变化的含水层进行空间离散。

MT3D99提供了丰富的求解方法。

一个隐含求解方法是基于带高效Lanczos/ORTHOMIN加速格式的广义共轭梯度法的迭代求解方法，能够花费比传统方法少得多的机时来求解范围广泛的问题。

MT3D99采用了三阶TVD(total-variation-diminishing)格式用于求解对流项，具有保持质量守恒和使数值弥散和人为振动最小化的特点，在其它求解技术失败时，此格式往往是有效的。

GMS地下水模拟软件软件介绍归纳.ppt

GMS地下水模拟软件软件介绍归纳.ppt

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二、GMS数据的输入方式
由于GMS软件是由众多模块综合而成， 因而GMS软件数据的输入方式有很多种， 归纳起来，有三种方式：模块Map数据 输入、外部GIS数据输入、工具性辅助 模块数据输入。
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2D-Scatter points和3DScatter points子模块 分别用来管理 二维和三维散 点数据。利用 散点数据，可 进行空间插值。
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GMS软件模块多，功能全，几乎可以模拟与地下水有关的所有水流 和溶质运移问题，与其它同类模型软件相比，具有许多优点。
1、概念化方式建立水文地质概念模型
辅助模块包括Pest、Ucode、Map、 Tins、 Borehole、Solid、T-progs、2D-Scatter points、3D-Scatter points等。
下面将对各模块flow子模块是由美国地质调查局于80年代开发出的一套 专门用于模拟孔隙介质中地下水流动的三维有限差分软件。 由于其结构的模块化、离散方法简单及求解方法的多样化 等特点，已广泛用于模拟各类地下水流系统，并在应用中 不断发展，目前已发展到Modflow2k，GMS4.0所采用是这一 最新版本。
GMS具有直观的可视化效果。
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一、GMS各子模块功能简介 二、GMS数据的输入方式 三、基于GMS的地下水模拟模型
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一、GMS各子模块简介
GMS子模块可分为两种类型，一种是计算模块， 另一种是辅助模块。
计算模块主要包括Modflow、Femwater、 Mt3dms、Rt3d、Seam3d、Modpath、Seep2d、 Nuft、Utchem等。
可以计算2D和3D地下水动力场（ MODAEM、 MODFLOW）和污染物浓度场（MT3DMS）；

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

FEFLOW有限元地下水系统模拟软件介绍

客观模拟的含水层多为各向异性,即在空间某一点上不同方向上的 含水层参数不同,在这种情况下,要求给出每个小单元的主导水系数 与整体坐标系x轴之间夹角 θ 于是建立了局部坐标系,这样使它与该单元 导水系数的主方向共线,接下来要将每个单元导水矩阵叠加起来形成 整体导水矩阵,因此需要将不同局部坐标系中给出的导数系数矩阵 化为整体坐标系中的形式 利用坐标系变换关系
系统模型求解特点
FEFLOW采用加辽金法为基础的有限单元法来控制和优化求解过程, 内部配备了若干先进的数值求解法来控制和优化求解过程: (1)快速直接求解法, 如PCG,B ICGSTAB, CGS, GMRES. (2)灵活多变的up-wind 技术, 如流线up-wind, 奇值捕捉法Shock capturing,以减少数值弥散. (3)皮卡和牛顿迭代法求解非线性流场问题,据此自动调节模拟时 间步长. (4)模拟污染物迁移过程包括对流,水动力弥散,线性及非线性吸 附,一阶化学非平衡反应. (5)为非饱和带模拟提供了多种参数模型,如指数式,Van Genuchten 式和多种形式的Richard 方程. (6)变动上边界(BASD)技术处理带自由表面的含水系统以及非饱和 带的模拟. (7)有限单元自动加密或放疏技术. (8)实时显示非稳定流模拟过程中的水位和污染物动态变化值.
图2 沿河流边界的不考虑时间的一维线性插值 内插的数值用编号i表示 Fig.2 Results of linear 1D interpolation without time levels alone the river line. Interpolated "internal "power functions are marked with "i" in the mesh graphic

地下水模拟系统软件介绍

地下水模拟系统软件介绍
一、GMS数值模拟技术
GMS（Groundwater Modeling System，地下水模拟系统）是一款面向工程师、科学家和行政管理部门的全功能的地下水管理软件。

它能够解决各类地下水模拟问题，提供多样化的模型输入，能够处理任意空间配置的地下水模型并快速进行数值模拟，从而使模拟过程更加高效。

GMS模拟技术源自威斯康星（Wisconsin）大学里克·拉米尔（Rick Lamer）和史蒂文·夏皮罗（Steven Shapiro）在1991年开发的
“U.S.G.S. Groundwater Modeling System”（U.S.G.S.地下水模拟系统），后来在2002年，U.S.G.S.将其开发模型持续完善，形成了GMS数值模拟技术。

二、GMS软件功能
GMS软件主要用于处理非定向地下水模型的数值模拟，它的主要功能是：
（1）地下水模型可视化：GMS软件支持非定向地下水模型，用户可以使用GMS来可视化地下水模型，查看和修改模型的网格参数以及边界条件。

还可以根据地形数据生成三维地形模型，以帮助用户可视化模型并做出正确的抽水控制规划。

（2）数值模拟：GMS支持多种地下水模型数值模拟，其中包括基于时间步长运算、拉格朗日插值方法和拉格朗日格式等多种数学模型。

地下水模拟系统( GMS )软件介绍


• Solid子模块是利用钻孔数据建立实体模型，结合Tins 模块可产生实际地层的三维立体模型，并可任意方向 进行切割、旋转。 • T-progs子模块是利用钻孔地层数据，采用转移概率的 计算方法对区域地层进行模拟，以建立实际的三维立 体模型。 Solid、T-progs子模块均可与Modflow子模块联合使 用，建立真三维的地下水流模拟模型。
二、GMS数据的输入方式
• 由于GMS软件是由众多模块综合而 成，因而GMS软件数据的输入方式有很多 种，归纳起来，有三种方式：模块Map数 据输入、外部GIS数据输入、工具性辅助 模块数据输入。 • 1、模块Map数据输入利用Map模块所提 供的各种工具，直接在调入GMS中的栅格 图像文件上，做出用户需要的特征体 （点，线，面），如抽水井位置，河 流，各种分区等，然后调入GMS模型。
•
以层赋参 数的方法比 较简单，并 易于理解， 在确定模拟 层的底顶板 后，选择Map coverages中 的特征体， 将其属性设 为layer properties ，可给层赋 参数。
•
除此之外，GMS还可以岩性赋参数，与Solid或T-progs 形成的地质实体结构模型联合运用，在计算模型中，模拟 层的参数是以组成层的各岩性经过一系列计算得到的，应 用的是目前Modflow中最新的HUF软件包。
•
总之，基于GMS建立的模拟模型，其输入输出形式是多 样的。表中给出其输入所需要的数据格式。其输出格式 以第2－6行所示的格式类型为主。
实 例
• 采用以上 所述的数 据输入、 输出方式, 模拟East Texas某 一地区地 下水稳定 流场。区 内基本情 况如图所 示：
如图a所示，北边界石灰石出露，为隔水边 界，南部、东部是以河流为界，当做是定水头边 界；三条溪流在区内流过，有时干涸有时会得到 地下水的补给；另外区内还有两个抽水井。 • 图b，可将含水系统概化为两层，几何结构如 图所示。 •
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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。
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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。
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2、前后处理更强 结合GMS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，实现了计算结果的可视化。 3、版本更新快，功能不断完善
GMS软件不断升级，补充许多新的应用程序，不断完善 各模块的功能。在最新的5.0版本中，增加了GIS模块，加 强了Map模块的功能（4.0调入的仅仅是位置数据，属性数 据需用户在GMS中自己增加，5.0加强了这一功能），可以 更方便、快速的建立概念模型。
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。
Borehole子模块用来管理钻孔地层数据。多与Solid、Tprogs模块联合使用，用来建立地质结构模型。
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Solid子模块是利用钻孔数据建立实体模型，结合Tins模块可产生 实际地层的三维立体模型，并可任意方向进行切割、旋转。
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。

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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。
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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；
可以计算2D和3D地下水动力场（ MODAEM、 MODFLOW）和污染物浓度场（MT3DMS）；
计算并展示污染质的影响范围及其捕获区 （MODPATH);
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可以模拟计算包气带中的水流和溶质运移 (FEMWATER)；
可以根据钻孔资料生成三维地层立体图和剖面 图等；
GMS的核心计算模块为MODFLOW，数学模型 的计算采用有限差分法；
GMS具有直观的可视化效果。
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一、GMS各子模块功能简介 二、GMS数据的输入方式 三、基于GMS的地下水模拟模型
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一、GMS各子模块简介
GMS子模块可分为两种类型，一种是计算模块， 另一种是辅助模块。
计算模块主要包括Modflow、Femwater、 Mt3dms、Rt3d、Seam3d、Modpath、Seep2d、 Nuft、Utchem等。
GMS软件介绍
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地下水模拟系统（Groundwater Modeling System）,简称GMS，是由美国Brigham young University的环境模型研究实验室在综合 Modflow、Modpath等已有地下水模型基础上 研发而成的，是一个具有综合性、用于地下水 模拟的图形界面软件。
Nuft子模块是用来模拟三维多相不等温水流和运移模型， 它适合用来解决包气带中的一些问题。
Utchem子模块是用来模拟多相流和运移的模型，它对抽水 和水位恢复的模拟较理想，是一个已经被广泛运用的成熟 模型。 以上是GMS所包括的九个子模块。下面简单介绍一下GMS 中的九个辅助模块。
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Pest和Ucode子模块一般在使用Modflow、Feflow等计算 模块时交替运用，来调整选定的参数，直到计算结果和 野外观测值相吻合。
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2D-Scatter points和3DScatter points子模块 分别用来管理 二维和三维散 点数据。利用 散点数据，可 进行空间插值。
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GMS软件模块多，功能全，几乎可以模拟与地下水有关的所有水流 和溶质运移问题，与其它同类模型软件相比，具有许多优点。 1、概念化方式建立水文地质概念模型 建立概念模型是地下水数值模拟中重要的步骤之一，它除了网格化 方式外，还有一种概念化的方式，即可利用Map模块，又可利用Gis中 的Shp格式文件，建立以点线面表示的概念模型，通过模型转换，可 将点线面所带有属性数据转换到相应网格的单元与节点上。与网格化 方式相比，无需对每个网格单元进行操作、方便、快捷、准确。
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二、GMS数据的输入方式
由于GMS软件是由众多模块综合而成， 因而GMS软件数据的输入方式有很多种， 归纳起来，有三种方式：模块Map数据 输入、外部GIS数据输入、工具性辅助 模块数据输入。
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。
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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。
T-progs子模块是利用钻孔地层数据，采用转移概率的计算方法对 区域地层进行模拟，以建立实际的三维立体模型。 Solid、T-progs子模块均可与Modflow子模块联合使用，建立真 三维的地下水流模拟模型。
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Tins是三维 不规则网格， 通常用来表 示相邻地层 的界面，多 个Tins可用 来建立 Solid模型 或三维网格。
辅助模块包括Pest、Ucode、Map、 Tins、 Borehole、Solid、T-progs、2D-Scatt 下面将对各模块进行简要介绍。
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Modflow子模块是由美国地质调查局于80年代开发出的一套 专门用于模拟孔隙介质中地下水流动的三维有限差分软件。 由于其结构的模块化、离散方法简单及求解方法的多样化 等特点，已广泛用于模拟各类地下水流系统，并在应用中 不断发展，目前已发展到Modflow2k，GMS4.0所采用是这一 最新版本。