地下水模拟详解
第三讲 地下水数值模拟原理及建模方法和步骤_xiugai
矩形网格 多边形网格
方法一：差商代替微商
1、网格划分的基本类型
（1）先划格线，格点位
均
于网格中心
衡
网
格
（2）先规定格点位置，
再垂直平分两相邻结点的连
节
线作格线，形成的网格即为 水均衡区
H (x0
x, t0 )
2H (x0 , t0 ) (x)2
H (x0
x, t0 )
一维控制方程差分格式
方法一
控制方程
T
2h( x, t ) x2
h( x, t ) t
网格剖分nx个
显式差分格式
H (x0 x, t0 ) 2H (x0 , t0 ) H (x0 x, t0 ) H (x0 , t0 t) H (x0 ,t0 )
(x) 2
t
Hn i 1
2
H
n i
Hn i 1
(x)2
H
n1 i
H
n i
t
i 2,3,, nx 1
隐式差分格式
H (x0 x, t0 t) 2H (x0 , t0 t) H (x0 x, t0 t) H (x0 , t0 t) H (x0 , t0 )
(x) 2
t
H n1 iБайду номын сангаас1
数值方法很多，但是最简单实用的是有限差分法：
✓ 有限差分法
✓ 有限单元法
✓ 积分有限差分法
✓ 半解析半数值法
✓ 边界元法
✓ 有限体积法
只讲有限差分法
一、有限差分法的基本原理
《地下水数值模拟》课件
CHAPTER 04
地下水数值模拟的案例分析
案例一：某地区地下水污染模拟
总结词
该案例展示了如何运用地下水数值模拟技术 预测和评估某地区地下水污染情况。
详细描述
该案例首先介绍了该地区的地下水分布和流 向，然后通过建立数值模型，模拟了不同污 染源对地下水的影响，并预测了污染扩散的 范围和程度。最后，根据模拟结果，提出了 相应的污染防治措施。
VS
有限体积法适用于不规则的网格系统 和复杂的边界条件，能够得到相对准 确的结果，计算量适中，适用于较大 的模型规模。
CHAPTER 03
地下水数值模拟的步骤
建立数学模型
01
确定研究区域和边界条件
02
描述地下水流动和物质传输过程
03
建立数学方程，包括连续性方程、动量方程、源汇 项等
模型离散化
1
地下水数值模拟的应用
地下水数值模拟广泛应用于水资源管理、环境保护、地质 灾害防治等领域。
通过模拟地下水动态变化，可以预测未来地下水资源量、 评估地下水污染风险、研究地下水与地质灾害的关系等， 为相关决策提供科学依据。
CHAPTER 02
地下水数值模拟的基本方法
有限差分法
有限差分法是一种将偏微分方程离散 化为差分方程的方法，通过在时间和 空间上将偏微分方程近似为差分方程 ，从而将连续的物理量离散化为离散 的数值。
随着数值计算技术的发展，地下水数值模型将越来越复杂，能够 模拟更多的物理过程和化学反应。
参数优化和数据同化
通过人工智能和机器学习技术，对模型参数进行自动优化和数据同 化，提高模拟精度和可靠性。
多尺度模拟
从微观到宏观的多尺度模拟将成为一个重要方向，能够更好地揭示 地下水系统的复杂性和规律性。
地下水数值模拟基础
地下水数值模拟基础
地下水数值模拟是指通过建立数学模型，模拟地下水流动和污染传输
的过程，以预测和评估地下水资源的利用和保护。
在地下水资源管理
和环境保护中，地下水数值模拟是一种重要的工具。
地下水数值模拟的基础是地下水流动方程和质量传输方程。
地下水流
动方程描述了地下水的流动过程，包括水流速度、水位变化等；质量
传输方程描述了污染物在地下水中的传输过程，包括污染物浓度变化等。
通过建立这些方程的数学模型，可以模拟地下水的流动和污染传
输过程。
地下水数值模拟的过程包括模型建立、参数确定、模拟计算和结果分
析等步骤。
模型建立是指根据实际情况，建立地下水流动和污染传输
的数学模型。
参数确定是指确定模型中的各项参数，包括地下水的渗
透系数、孔隙度、水头等参数，以及污染物的扩散系数、降解速率等
参数。
模拟计算是指利用计算机对模型进行数值计算，得到地下水流
动和污染传输的结果。
结果分析是指对模拟结果进行分析和评估，以
确定地下水资源的利用和保护策略。
地下水数值模拟在地下水资源管理和环境保护中具有重要的应用价值。
它可以预测地下水资源的开发和利用情况，评估地下水资源的可持续
利用性，指导地下水资源的合理开发和利用。
同时，它也可以预测地下水污染的扩散和影响范围，评估污染物的风险和危害程度，指导地下水环境的保护和治理。
总之，地下水数值模拟是一种重要的工具，它可以为地下水资源管理和环境保护提供科学依据和技术支持。
在未来的发展中，地下水数值模拟将继续发挥重要作用，为地下水资源的可持续利用和环境保护做出更大的贡献。
地下水数值模拟的研究与应用进展
地下水数值模拟的研究与应用进展1. 引言1.1 地下水数值模拟简介地下水数值模拟是指利用数学模型和计算机技术对地下水系统进行模拟和预测的方法。
通过模拟地下水系统的水文地质特征、水文动力过程和水文化学过程，可以更好地理解地下水运动规律，预测地下水资源的变化趋势，指导地下水资源的合理开发和利用。
地下水数值模拟的基本原理包括建立地下水数学模型、确定模型参数、选择数值计算方法、进行模拟计算和模拟结果分析。
地下水数值模拟常用的模型包括地下水流模型、地下水热盐模型、地下水污染迁移模型等，可以根据实际问题的不同选择合适的模型进行建模。
地下水数值模拟在水资源管理、环境保护、地质灾害防治等领域有着重要的应用价值。
通过地下水数值模拟，可以预测地下水位变化、地下水资源补给和排泄规律，为科学合理地开发利用地下水资源提供参考依据。
地下水数值模拟还可以用于评估地下水污染风险、指导地下水污染防治，保护地下水资源环境。
地下水数值模拟是一种强大的工具，为研究人员提供了深入理解地下水系统运行机制和分析地下水问题的方法。
通过不断地研究和应用，地下水数值模拟将在未来发展中发挥更加重要的作用。
1.2 地下水数值模拟的重要性地下水作为重要的水资源之一，对人类生存和发展具有重要意义。
地下水数值模拟是研究地下水流动规律和预测地下水变化的重要手段。
其重要性主要体现在以下几个方面：1.优化地下水资源管理：地下水数值模拟可通过对地下水流动模式的研究和模拟，优化地下水资源的开发和利用。
通过模拟可以更好地预测地下水位变化、水质变化等情况，有助于科学合理地规划地下水资源的开发和利用方案。
2.保护地下水环境：地下水数值模拟可以帮助研究人员识别地下水受到威胁和污染的情况，从而采取合适的措施进行保护和修复。
通过模拟可以及时发现地下水受到污染的源头和扩散路径，指导环境保护工作的开展。
3.灾害预警和防范：地下水数值模拟可以用于预测地下水位变化、地下水涌出、地下水泛滥等情况，为灾害预警和防范提供科学依据。
地下水流场研究与模拟研究
地下水流场研究与模拟研究地下水是人类重要的生命资源，其运移流场研究及模拟是地下水水文学和地下水动力学的重要研究领域。
地下水穿透性差，分布广阔，流动复杂，因而地下水流场的研究非常重要。
地下水流场的研究过程中要考虑多种参数，例如地下水的渗透性，地下水的比流量，地下水的压力等。
本文将从地下水的运动规律、地下水流场的研究与模拟等方面进行探讨。
一、地下水的运动规律地下水是一种在地下岩层空隙和裂隙中运动的水，其运动的规律与地下岩层的特性有关。
地下岩层包括了各种不同类型的岩石、土壤和沉积物。
它们的渗透性不同，因此影响了地下水的运动。
岩层的渗透性可通过绝对渗透率和相对渗透率进行衡量。
绝对渗透率指的是岩层中单位时间内通过固定面积的水的体积，而相对渗透率是指单位面积内的流通面积的比例。
相对渗透率和绝对渗透率越高，地下水的渗透能力就越强，相应的，地下水的运动也就越快。
地下水的流动规律主要受到物理和化学因素的影响。
例如，在地下岩层中，地下水需要克服摩擦和惯性力的作用，才能顺着流向流动。
此外，地下水的流动方向主要受到地形、岩石层位、渗透性、毛细管力和地下水压力的影响。
从土壤层向地下水流动的水通常会进行物质交换，例如水中的溶解物会与土壤、根系和地下细菌发生反应。
此外，地下水的水质特征还能反映地下水所经过的地质和化学环境。
二、地下水流场的研究地下水的流场研究是一个较为复杂的过程，涉及到地质、水文、地球化学等多方面。
地下水流场由于流动液体的复杂性和下地材料的多样性，在研究过程中需要采用一系列多学科综合化的研究方法。
更具体地说，地下水流场的研究要包括以下内容：1.地下水体积：首先，需要确定地下水的体积，因为地下水丰度的改变可能会对整个区域造成影响。
确定地下水的体积需要了解水位、水压和渗透率的分布情况。
2.地下水流量：其次，需要对地下水流量进行测量，以了解地下水的运动方向和流速。
如果某个区域地下水流速过大或过小，可能会影响到下游地区的水文和地下水资源的分配。
地下水数值模拟任务步骤及常用软件
地下水数值模拟任务步骤及常用软件地下水数值模拟是指通过建立数学模型和运用计算机方法，利用计算机模拟地下水的水文过程，预测地下水的动态变化，并定量分析地下水资源的开发利用。
地下水数值模拟在地下水资源管理、环境保护、地下水污染防治等领域具有广泛的应用。
1.建立地下水数学模型：根据地下水的特征和要研究的问题，建立合适的数学方程和边界条件，描述地下水系统的基本运动规律。
2.选择合适的计算方法：根据模型的特征和要求，选择合适的数值计算方法，如有限差分法、有限元法、边界元法等。
3.模型参数的确定：对于地下水数学模型中的一些参数，如渗透率、初始压力等，需要通过现场实测或实验室测试获得，并进行合理的插值和外推处理。
4.数值模拟的实施和验证：利用计算机软件进行数值计算，模拟地下水系统的动态变化，并通过对模拟结果的与实测数据的比较，验证模型的可靠性和准确性。
5.模型的应用和优化：在模型建立和验证的基础上，利用模型进行不同方案的对比研究，优化地下水资源的管理和利用方式。
1.MODFLOW：是美国地质调查局开发的地下水流动模型，是目前最常用的三维地下水数值模拟软件之一、具有强大的建模和计算功能，可以模拟各种地下水问题。
2. FEFLOW：是德国DHIGmbH公司开发的强大的地下水和污染物运移模拟软件，可模拟多孔介质中的多个相（水、气和污染物）的运动和相互作用，广泛应用于地下水资源管理和环境保护领域。
3.MODPATH：是美国地质调查局开发的地下水路径分析软件，可以模拟地下水流动路径，并用于评估污染物传输路径和确定水源保护区等。
4.SEAWAT：是美国地质调查局开发的海岸带地下水模拟软件，结合了MODFLOW和MT3DMS，可以模拟地下水和盐水的运动、混合和溶解反应等。
5. GMS（Groundwater Modeling System）：是美国Aquaveo公司开发的集成地下水模型软件平台，集成了多个地下水模型的功能和算法，提供了友好的图形界面和强大的后处理功能。
地下水数值模拟基础知识
地下水的赋存
➢(1)岩石中的空隙与水 ➢(2)包气带与饱水带 ➢(3)含水层、隔水层、弱透水层
精品课件
包气带
特点：
（1）岩石空隙未被水充满； （2）固、液、气三相介质并存； （3）水的存在形式多样：结合水、毛细水、重力水、
气态水。
包气带水的垂直分带：
（1）土壤水带 （2）中间带（过渡带）
精品课件
④
③
含水层
隔水层/弱透水层
②
①
隔水层与弱透水层（诺曼与威瑟斯庞）
精品课件
含水层,隔水层与弱透水层: 应用的相对性
岩性相同的地层根据不同研究目的可划分为含水 层或隔水层。
修水库时，要考虑建库后水库是否渗漏？ 供水时，考虑水量是否足够，是否为含水层？ 某组地层是含水层还是隔水层？其界定要灵活运 用！
现代水文地质模拟计算，不再简单地划分为含水 层、隔水层，而是把不同岩层附于不同渗透参数。
（3）弱透水层（Aquitard）：渗透性很差，给出的水量微不足道， 但在较大水力梯度作用下，具有一定的透水能力的岩层，例 如，各种粘土，泥质粉砂岩。
精品课件
含水层,隔水层与弱透水层：概念相对
性
定义中的“相当水量，微不足道，较大水力梯度” 是模糊的；含水层与隔水层的划分是相对的。从实际应 用来看，区分含水层与隔水层应考虑岩层给出的水量是 否具有实际意义。从理论意义来看，岩层是否透水还取 决于时间尺度。
基岩自流盆地中的承压水
②隔水顶板 ③隔水底板
⑦
⑧
⑨
④承压含水层厚 ⑤测压水位线
⑤
⑩
⑥承压高度-H ⑦补给区 ⑧承压区 ⑨排泄区
②
①
⑥
③
④Leabharlann ⑩自溢区精品课件承压水:主要特征
地下水数值模拟 第三讲 地下水数值模拟原理及建模方法和步骤_xiugai
数值方法很多，但是最简单实用的是有限差分法：
✓ 有限差分法
✓ 有限单元法
✓ 积分有限差分法
✓ 半解析半数值法
✓ 边界元法
✓ 有限体积法
只讲有限差分法
一、有限差分法的基本原理
有两种方法建立差分方程
➢ 方法一．以地下水流基本微分方程及 其定解条件为基础， 在渗流区剖分 基础上，用差商代替微商，将地下水 流微分方程的求解转化为差分方程 （代数方程）求解。适用于二维矩形 网格剖分、三维长方体网格剖分。
及其误差。
已知泰勒公式
f (x0 x)
f (x0 )
f '( x0 )x
f ' (x0 )
f ' (x0 )x
f '' () (x)2
2!
方法一
A
B
① 由A得：
f (x0)
f (x0 x) x
f (x0) O(x)
称
f (x0 x) x
Hi1, j Hi, j xi xi1
y j1
2
y j1
(KM
)i1/ 2, j
Hi1, j Hi, j xi1 xi
y j1 y j1 2
+
(KM )i, j1/ 2
Hi, j1 Hi, j y j y j1
xi1
2
xi1
(KM
)i, j1/ 2
Hi, j1 Hi, j y j1 y j
(i,j+1)
法：以二维承压水流为例（续5）
(i-1,j)
(i,j) (i+1,j)
当网格是等距时，即
x xi xi1 , y y j y j1
地下水系统模拟与数值模拟方法
地下水系统模拟与数值模拟方法地下水系统是指自然界中地下岩层中的水体及其运移、储存和分布的过程。
地下水作为一种重要的水资源，已被广泛应用于工农业生产和城市生活中。
为了更好地了解地下水系统的运行规律及其对环境的影响，研究人员通常采用模拟和数值模拟方法来模拟地下水系统的运动。
地下水系统模拟是指通过建立地下水系统的数学模型，来模拟其各种运动规律和特性。
常见的模拟方法包括：定态模型、非定态模型以及多相模型等。
定态模型主要用于模拟地下水系统的长期平衡状态，通过假设系统处于稳定状态下，推导出地下水位、水流速度和地下水流方向等参数的分布规律。
非定态模型则用于模拟地下水系统的动态演变过程，考虑时间变化对地下水系统的影响。
多相模型则是考虑了地下水与其他介质之间的相互作用，如水与土壤、水与岩石等。
数值模拟方法是指利用计算机技术对地下水系统的各种运动进行模拟和计算。
通过数值模拟，可以更加方便地观察地下水系统的条件下各参数之间的关系，以及掌握地下水系统的运动规律。
数值模拟方法的优势在于可以直观快速地展示地下水系统运动过程，并且可以进行大规模的模拟计算。
地下水系统模拟和数值模拟方法在实际应用中有着广泛的应用。
例如，地下水的储存和净化可以通过地下水系统模拟来实现；地下水系统对地下结构的影响也可以通过地下水系统模拟来评估。
同时，数值模拟方法还可以应用于地下水资源的开发和管理中，可以更好地指导地下水资源的开发和利用。
总的来说，地下水系统模拟和数值模拟方法在研究地下水系统的运动规律和特性中发挥着重要作用。
通过模拟和计算，可以更好地理解地下水系统的运行机制，从而指导地下水资源的开发和利用，实现对地下水资源的合理管理和保护。
希望未来能够进一步完善地下水系统模拟和数值模拟方法，为地下水资源的可持续利用提供更多支持和保障。
地下水数值模拟任务、步骤及常用软件
地下水数值模拟任务、步骤及常用软件1 地下水模拟任务大多数地下水模拟主要用于预测，其模拟任务主要有4种：1)水流模拟主要模拟地下水的流向及地下水水头与时间的关系。
2)地下水运移模拟主要模拟地下水、热和溶质组分的运移速率。
这种模拟要特别考虑到“优先流”。
所谓“优先流”就是局部具有高和连通性的渗透性，使得水、热、溶质组分在该处的运移速率快于周围地区，即水、热、溶质组分优先在该处流动。
3)反应模拟模拟水中、气-水界面、水-岩界面所发生的物理、化学、生物反应。
4)反应运移模拟模拟地下水运移过程中所发生的各种反应，如溶解与沉淀、吸附与解吸、氧化与还原、配合、中和、生物降解等。
这种模拟将地球化学模拟(包括动力学模拟)和溶质运移模拟(包括非饱和介质二维、三维流)有机结合，是地下水模拟的发展趋势。
要成功地进行这种模拟，还需要研究许多水-岩相互作用的化学机制和动力学模型。
2 模拟步骤对于某一模拟目标而言，模拟一般分为以下步骤：1)建立概念模型根据详细的地形地貌、地质、水文地质、构造地质、水文地球化学、岩石矿物、水文、气象、工农业利用情况等，确定所模拟的区域大小，含水层层数，维数(一维、二维、三维)，水流状态(稳定流和非稳定流、饱和流和非饱和流)，介质状况(均质和非均质、各向同性和各向异性、孔隙、裂隙和双重介质、流体的密度差)，边界条件和初始条件等。
必要时需进行一系列的室内试验与野外试验，以获取有关参数，如渗透系数、弥散系数、分配系数、反应速率常数等。
2)选择数学模型根据概念模型进行选择。
如一维、二维、三维数学模型，水流模型，溶质运移模型，反应模型，水动力-水质耦合模型，水动力-反应耦合模型，水动力-弥散-反应耦合模型。
3)将数学模型进行数值化绝大部分数学模型是无法用解析法求解的。
数值化就是将数学模型转化为可解的数值模型。
常用数值化有有限单元法和有限差分法。
4)模型校正将模拟结果与实测结果比较，进行参数调整，使模拟结果在给定的误差范围内与实测结果吻合。
地下水数值模拟
j
i
~ fij
j
j1
Gi
d
,
gij
j1 Gi d , j n
g~ij
j1 Gi d , j n
Ei
D
W T
Gi dxdy
iHi
n j 1
1 j1 j
j1gij
g~ij
Hj
g~ij j gij
H
j 1
j1
fij
~ fij
H n
j
~ fij
j
fij
iHi
n j 1
M j M j1
H
Gi n
Gi
H n
ds
W DT
Gi dxdy
n j 1
j1 j
j1 j1
j
H
j j j1 j
H
Gi
j1
n
j1 j1
j
H n
j j j1 j
H n
j 1
Gi
d
D
W T
Gi dxdy
令：fij
G d , j1
地下水数值模拟
一、基本原理
• 基本思想
——将微分方程得基本解化为边界积分方程, 将边界剖分为有限个单元,在离散得区域边 界上将边界积分方程化为代数方程求解。
• 边界元 ——区域内满足控制方程,边界上近似满足边界条件
• 有限元、有限差 ——区内近似满足控制方程,边界上满足边界条件
一、基本原理
• 特点
u x
v x
u y
v y
dxdy
v
2u x 2
2u y 2
dxdy
v
u n
ds
Rocscienceslide地下水模拟
输入参数：包括 地下水水位、渗 透系数等
输出参数：模拟 结果，如地下水 流速、流向等
参数调整：根据 实际情况调整参 数，以获得更准 确的模拟结果
参数敏感性分析： 分析不同参数对模 拟结果的影响，为 模型优化提供依据
模型验证与校准
模型验证：通过与实际观测数据进行对比，检验模型的准确性和可靠性
数据校准：调整模型参数，使模拟结果与实际数据更加接近
敏感性分析：评估模型对不同参数的敏感性，确定关键参数 模型不确定性分析：分析模型的不确定性来源，提高模型的可靠性和预 测精度
模型应用与结果分析
模型应用领域：地下水污染、水资源管理、地质工程等 模型输入：地形、地质、气象、水文等数据 模型输出：地下水位、水流速度、水质分布等模拟结果 结果分析：对比实际观测数据，评估模拟精度和可靠性
地下水模拟的目的和意义
评估地下水污染的风险和影 响
制定合理的地下水管理策略
预测地下水资源的可持续利 用
为地下水科学研究提供支持
地下水模拟的基本原理
地下水模拟的概念：模拟地下水流 动、转化和污染的过程，预测其对 环境和人类活动的影响。
地下水模拟的步骤：建立模型框架、 确定模型参数、数据输入与模型验 证、模拟运行与结果分析。
案例建模过程
确定研究区域和边界条件 收集地质、水文地质数据 建立地下水流模型和溶质运移模型 模型验证与参数校准
案例模拟结果分析
模拟结果与实际数 据的对比分析
模拟结果的可靠性 评估
模拟结果的不确定 性分析
模拟结果的应用前 景与局限性
案例结论与建议
案例分析： Rocscienceslide地 下水模拟在不同情景 下的表现
添加标题
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地下水模拟技术及应用培训
地下水模拟技术及应用培训第一部分：地下水模拟技术地下水资源是地球上最珍贵的水资源之一，对于地下水的模拟和研究对于地下水资源的管理和保护至关重要。
地下水模拟技术是指利用水文地质学、水文地理学和现代计算机技术，对地下水的流动、补给、补给和污染传输过程进行模拟和预测的一种技术手段。
它通过数学模型模拟地下水的运动规律，预测地下水位、水质及流向等重要参数，为地下水资源的合理开发和管理提供科学依据。
地下水模拟技术主要包括地下水数值模拟、地下水模型参数估计、地下水模型灵敏度分析和地下水模型不确定性分析等方面。
通过数值模拟，可以实现对地下水埋藏形态、水文地质条件、污染物扩散等过程进行真实、定量地模拟和预测，有效地指导地下水资源的管理和保护。
第二部分：地下水模拟技术应用培训1. 意义与目的地下水模拟技术能够对地下水系统进行全面、纵深模拟，为地下水资源的科学利用、保护和管理提供技术支持和决策依据。
因此，开展地下水模拟技术应用培训具有重要的现实意义。
培训旨在提高从事地下水资源调查、开发、利用和管理等工作人员的地下水水文地质和水文地质模型应用能力，提高地下水模拟预测的科学性和准确性。
2. 内容与方法地下水模拟技术应用培训内容包括但不限于地下水数值模拟原理、地下水模型参数估计方法、地下水模型灵敏度分析与不确定性分析等。
通过讲解、案例分析、实地操作和综合训练等多种培训方法，使学员能够理解和掌握地下水模拟技术的基本原理和方法，具备地下水模型建立和预测的基本能力。
3. 课程设置（1）地下水数值模拟基础知识（2）地下水数值模型参数估计方法（3）地下水模型灵敏度分析（4）地下水模型不确定性分析（5）实例分析与综合应用4. 培训对象本课程面向地下水资源、水文地质、水文地理等相关专业的从业人员，包括但不限于地下水勘察、地下水开发、地下水管理、地下水环境保护等单位的工程技术人员、管理人员和科研人员。
5. 结束语地下水模拟技术应用培训对于推动地下水领域科学与技术的融合与创新，推进地下水资源的可持续利用和保护，具有重要的战略意义。
地下水地球化学模拟的原理及应用
地下水地球化学模拟的原理及应用1. 原理介绍地下水地球化学模拟是指利用数值模型来模拟地下水中的化学物质的迁移和转化过程。
通过模拟，可以预测地下水中的化学物质的分布、浓度和变化趋势，有助于理解地下水污染的来源和传播机制，以及评估污染物对环境的潜在风险。
1.1 模拟过程地下水地球化学模拟的过程主要包括以下几个步骤：1.收集数据：收集与模拟相关的地下水、岩石和化学物质的数据，包括地下水流速、温度、pH值、离子浓度等。
2.构建模型：根据收集到的数据，构建数学模型来描述地下水流动和化学物质的运移转化过程。
常用的模型包括反应输运模型、饱和非饱和模型等。
3.设定边界条件：设置模拟的边界条件，包括模拟区域的边界、初始条件、边界条件和模拟时间。
4.运行模拟：利用计算机程序运行地下水地球化学模型，得到模拟结果。
5.分析结果：对模拟结果进行分析和解释，比较模拟结果与实际观测数据的吻合程度，评估模型的可靠性。
1.2 模拟方法地下水地球化学模拟可以采用多种方法，常用的方法包括：1.物理模型：基于物理原理和现象构建模型，如流体力学、质量平衡等。
此方法用于描述地下水的流动和化学物质的迁移过程。
2.数值模型：利用数值方法对地下水流动和化学物质迁移过程进行离散化处理，然后求解模型方程。
常用的数值方法包括有限元法、有限差分法等。
3.统计模型：基于统计学方法构建模型，通过对历史数据的统计分析来预测未来的地下水化学物质变化。
此方法适用于数据不完备或者难以取得的情况。
2. 应用领域地下水地球化学模拟在许多领域具有重要的应用价值。
2.1 地下水资源管理地下水地球化学模拟可以帮助管理者预测地下水中的污染物浓度分布和变化趋势，从而制定相应的管理措施。
例如，在地下水水源地保护区，可以通过模拟预测地下水中污染物的迁移路径和速度，进而确定污染源的位置和扩散范围，以便采取相应的保护措施。
2.2 地下水污染治理地下水地球化学模拟可以用于评估地下水污染物的潜在风险，并指导治理工程的设计和实施。
地下水数值模拟蒸发量计算公式
地下水数值模拟蒸发量计算公式
（原创版）
目录
1.引言
2.地下水数值模拟的概念和方法
3.蒸发量的计算公式
4.影响蒸发量的因素
5.结论
正文
1.引言
地下水是中国水资源的重要组成部分，对地下水的研究具有重要的实践意义。
地下水数值模拟是研究地下水的一种有效方法，可以通过模拟地下水的运动和变化规律，预测地下水的未来发展趋势。
在地下水数值模拟中，蒸发量是一个重要的参数，其计算公式对于模拟的准确性具有重要影响。
2.地下水数值模拟的概念和方法
地下水数值模拟是指通过数值方法，求解描述地下水流动和变化规律的偏微分方程组，从而模拟地下水的运动过程。
地下水数值模拟的方法包括：有限差分法、有限元法、有限体积法等。
3.蒸发量的计算公式
蒸发量是指在一定时间内，地下水由液态变为气态的量。
蒸发量的计算公式为：
蒸发量 = 地下水质量 * 蒸发系数
其中，地下水质量可以通过地下水数值模拟求得，蒸发系数是一个与
地下水相关的常数，与地下水的物理性质有关。
4.影响蒸发量的因素
蒸发量的大小受多种因素影响，主要包括：
（1）地下水的温度：温度越高，蒸发量越大。
（2）地下水的含盐量：含盐量越高，蒸发量越大。
（3）气候条件：温度、湿度、风速等都会影响蒸发量。
（4）地表覆盖情况：地表植被、建筑物等都会影响蒸发量。
5.结论
地下水数值模拟蒸发量的计算公式是一个重要的参数，其准确性对于模拟结果具有重要影响。
岩土中的地下水流动规律与模拟
岩土中的地下水流动规律与模拟地下水是地球上的重要水资源之一，对人类生活和经济发展具有至关重要的作用。
而在岩土中，地下水的流动规律则是影响地下水资源开发利用的关键因素之一。
本文将探讨岩土中的地下水流动规律，并介绍地下水流动的模拟方法。
一、岩土中的地下水流动规律岩土中的地下水流动规律受到多个因素的影响，包括岩土层的渗透性、地下水位差、岩土层的水分吸收能力等。
首先，岩土层的渗透性是影响地下水流动的重要因素之一。
渗透性较高的岩土层可以更快地传导地下水，而渗透性较低的岩土层则会限制地下水的流动速度。
此外，地下水位差也是影响地下水流动的重要因素之一。
地下水位差越大，岩土中的地下水流动速度越快。
当地下水位差较小时，地下水流动的速度较慢，流动距离也相对较短。
另外，岩土层的水分吸收能力也会对地下水流动规律产生影响。
水分吸收能力较强的岩土层能够吸收更多的地下水，并促进地下水的流动。
相反，水分吸收能力较弱的岩土层则会限制地下水的流动。
二、地下水流动的模拟方法为了研究岩土中地下水的流动规律，科学家们开发了多种地下水流动模拟方法。
其中比较常用的方法包括有限元法、有限差分法和格网法等。
有限元法是一种常用的地下水流动模拟方法。
该方法通过将岩土区域划分为无数个小单元，并建立方程组来描述每个单元内的地下水流动情况。
通过求解方程组，可以得到地下水流动的速度分布图。
有限元法适用于复杂的岩土地质情况，但计算量较大。
有限差分法是另一种常用的地下水流动模拟方法。
该方法通过将岩土区域划分为网格，并在每个网格点上建立方程来描述地下水流动情况。
通过迭代计算，可以得到地下水流动速度的分布图。
有限差分法较为简单直观，计算量相对较小。
格网法是一种利用统计学方法进行地下水流动模拟的方法。
该方法通过对岩土中的地下水流动进行采样，并对数据进行统计分析，得出地下水流动的规律。
格网法适用于数据较为充分的情况，但对地下水的精确度较低。
三、地下水流动模拟的应用地下水流动模拟在实际工程领域中有着广泛的应用。
地下水模拟
地下水模拟dixiashui moni地下水模拟groundwater analogy利用地下水现象与某些物理现象之间的相似性，用人工制作的模型研究地下水实际运动(原型)的技术。
虽然，在原型和模型中出现的可能是不同的两种物理现象，如水流和电流，但它们的运动规律有相似之处，可以用同一型式的数学方程式（变量含义不同的）来描述。
只要建立了这两种现象各物理量之间的一一对应关系，如水头与电位，渗流量与电流密度等，按照原型的形状和边界条件来制作模型，就可根据给定的条件在模型中研究地下水的运动。
地下水模拟主要应用于地下水资源评价，矿山疏干和含水层水文地质参数的确定，水工建筑物中的渗流计算，农田灌溉及排水中的地下水计算，井的水力学和河渠影响下地下水动态计算等。
地下水模拟的方法很多，主要有电模拟、粘滞流模拟和薄膜模拟等。
电模拟由导电元件（或导电材料）组成模型，用电场中的电流运动比拟渗流场中的水流运动，称为地下水的电模拟。
1918年由苏联科学院院士H.H.帕夫洛夫斯基提出。
电模拟又分以下两种。
连续介质模拟用导电液或导电纸为导电介质。
用水或硫酸铜溶液水为导电介质的称为导电液模拟，用导电纸作为导电介质的称导电纸模拟。
在导电液模拟中，渗流场中地下水稳定流动时的水头和稳定电流场中的电位都可以用拉普拉斯方程[156-01]来描述，所不同的是，U 值在渗流场中代表水头而在电流场中代表电位。
渗流场中水流用达西定律:[156-02]描述在电流场中，导体（或导电介质）中的电流则用欧姆定律：[156-03]描述。
比较两者可以看出，它们之间运动规律是相似的，其比拟关系为：地下水的单位渗流量q 对应于电流密度J;渗透系数K对应于电导率κ,水头H 对应于电位U ；沿渗流方向的长度对应于沿导电体流动方向的长度。
因此，按照地下水渗流区域的形状和边界条件并根据一定比例尺建立电模型（图1[ 坝基渗流的导电液模拟]）。
从电模型测得的电位分布相当于渗流场中的水头分布，某一断面的电流量值则相当于相应断面的渗流量值。
Rocscience-slide-6地下水模拟知识讲解
总水头等值云图
孔隙压力等值云图
总水力梯度等值云图 流动矢量
添加流线 流线
后续演示边坡稳定性计算
添加地层属性
地下水模型不涉及基质吸力等等的计算，一般不需要输入不饱和抗剪强度。 一般实验室提供不了类似数据。
滑动面属性
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Rocscience-slide-6地下水模拟
选择对地下水进行有限元分析后，出现一个分析选项：边坡稳定性和 稳态地下水。两者的图形菜单是不一样的。
第2步：外边界
外边界和内边界只可以在边坡稳定性选项下操作。模型仅一个地层，只 需外边界就可以了。
第3步：地层属性 在这里，我们学习下导入属性。导入第9讲中边坡的地层参数。
被导入模型和在建模型的地层名称一样的话，如果只有一个地层则不需要专门指定 参数；模型有多个地层需要给每一个地层指定参数。
第4步：对地下水模型进行离散和网格化 确保模型处在稳态地下水选项才能分网。
先配置网格参数（数量和类型），同一界面上就可以离散和分网。
单元的大致数量
就是拐点、复杂区域 会更精细一点。
单元类型
改善离散等级
点击Add定义一块具有特 定单元长度的离散区域
离散
分网
最终网格
第5步：定义地下水模型的边界条件
②
①
第6步：定义地层的水文属性
Simple模型的属性
饱和渗透系数
K1与X轴的夹角 K2与k1正交，两者的比例系数
Brooks和Corey模型的属性
孔隙尺寸指数 泡点压力
Fredlund and Xing模型的属性
Gardner模型的属性
地下水数值模拟重要知识点
一. 解析法: 1）用数学上的积分方法或积分变换等方法求得数学模型的解析表达式2）解的精度高，通常称为解析解或精确解3）适用于含水层几何形状规则、性质均匀、厚度固定、边界条件单一的理想情况数值法：1）把刻画地下水问题的数学模型离散化，解出渗流域有限个结点上的数值解 2）解是数学模型的近似解或数值解 3）适用性广、通用性强、可程序化，修改模型方便二．常用的数值方法：有限差分法有限元法边界元法离散单元法三．地下水数值模拟的基本步骤：1）确定模拟范围，收集有关资料 2）建立地下水系统的概念模型 3）建立地下水系统的数学模型 4）建立数值模拟模型 5）模型的识别和调参 6）预报四．有限差分法的基本思想：1）从物理现象引出相应微分方程（方程+边界条件）； 2）用差分网格离散求解域； 3）用差分公式将基本方程转化为差分方程（代数方程）； 4）用差分方程的解作为微分方程的近似解。
五．有限单元法的基本思想：1）把连续系统离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体；2）选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律；3）建立用于求解节点未知量的有限元方程组六.加权余量法：对n个未知数来说只有一个方程无法求解，故引入相互线性独立的权函数取权函数，使得余量的加权积分为零，从而求得微分方程近似解的方法称为加权余量法。
伽辽金方法将权函数取为基函数七．边界单元法的基本思想：将微分方程的基本解化为边界积分方程，将边界剖分为有限个单元，在离散的区域边界上将边界积分方程化为代数方程求解边界单元法的优缺点：优点：1、降低问题求解的空间维数2、计算精度高3、适合处理无限域或半无限域问题4、输入数据少，前处理简单缺点：1、系数矩阵不对称 2、非均质问题、非线性问题处理较难八．反求水文地质参数的适定性条件：存在性唯一性稳定性反求水文地质参数的间接法：基本原理试估校正法。
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地下水模拟在地下水研究中发挥着越来越重要 的作用。目前地下水模拟及其相关软件已达数 百个。GMS、VisualMODFLOW、 VisualGroundwater、PHREEQC、HST3D、 TNTmips等
什么是数值模拟？
数值模拟也叫计算机模拟。它以电子计算 机为手段，通过数值计算和图像显示的方 法，达到对工程问题和物理问题乃至自然 界各类问题研究的目的。
➢10)Hale Waihona Puke 续检查➢11)模型的再设计
常用模拟软件简介
地下水模拟系统(Groundwater Modeling System)，简称 GMS，是美国Brigham Young University的环境模型研究 实验室和美国军队排水工程试验工作站在综合已有地下 水模型MODFLOW、MODPATH、MT3D、FEMWATER、 RT3D、SEEP2D、SEAM3D、UTCHEM、PEST、 UCODE、NUFT等地下水模型而开发的可视化三维地下 水模拟软件包。可进行水流模拟、溶质运移模拟、反应 运移模拟；建立三维地层实体，进行钻孔数据管理、二 维(三维)地质统计；可视化和打印二维(三维)模拟结果。 其图形界面用起来非常便捷。由于GMS软件具有良好的 使用界面，强大的前、后处理功能及优良的三维可视化 效果，目前已成为国际上最受欢迎的地下水模拟软件。
✓ 2)危害图测绘，如边坡失稳、塌方、地震、火山爆发、 洪水、滨海入侵、环境污染、全球变暖等；
✓ 3)工程选址，如废物处置场(都市填埋场、核废物处置 井)、管道、公路与铁路、坝、建筑设计等；
✓ 4)不同空间数据组环境关联原因探讨，如与废石、土 壤、水中地球化学有关的植物、动物或人类疾病事件 (疾病可能与空间环境因素的复杂组合有关)；
地下水模拟任务
大多数地下水模拟主要用于预测，其模拟任 务主要有4种：
1)水流模拟 ➢ 主要模拟地下水的流向及地下水水头与时间
的关系。 2)地下水运移模拟 ➢ 主要模拟地下水、热和溶质组分的运移速率。
地下水模拟任务
3)反应模拟 ➢ 模拟水中、气-水界面、水-岩界面所发生的物
理、化学、生物反应。 4)反应运移模拟 ➢ 模拟地下水运移过程中所发生的各种反应，如
✓ 5)地质研究过程中数据组之间的内在空间关系的探讨， 如Ⅰ类和S类花岗岩区域地球化学标记和地球物理特 征的探讨，岩性和植被的卫星图像光谱特征的辨识。
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。
TNTmips
➢ TNTmips为图像处理系统，是用于地质空间 统计的最先进的软件，包括光栅、矢量、 TIN、CAD、地域、数据库和文本等目标模 块。可以制作地貌、地质、水文地质、地 形、地质构造、卫星遥感、土壤及农业等 图，定量刻画出模拟目标的体积、面积、 深度和形状等。
可用于：
✓ 1)矿产储量测绘及其它地质资源评估，如金属矿物、 水、砂与砾石、建筑石材、石油、天然气、煤、地热 等；
溶解与沉淀、吸附与解吸、氧化与还原、配合、 中和、生物降解等。
模拟步骤
对于某一模拟目标而言，模拟一般分为以
下步骤：
✓ 1)建立概念模型 ✓ 2)选择数学模型
➢6)模型验证 ➢7)预测
✓ 3)将数学模型进行数值化 ➢8)预测灵敏度分析
✓ 4)模型校正
➢9)给出模拟设计与结果。
✓ 5)校正灵敏度分析
地球化学计算的计算机程序，可进行正向 模拟和反向模拟，几乎能解决水、气、岩 土相互作用系统中所有平衡热力学和化学 动力学问题，包括水溶物配合、吸附-解吸、 离子交换、表面配合、溶解-沉淀、氧化-还 原。
HST3D ➢ HST3D是一个三维热及溶液运移模型
(3DHeat&Solute Transport Model)。可以模 拟三维空间地下水流及有关的热、溶液运 移，进行地质废物处置、填埋物浸出、盐 水入侵、淡水回灌与开采、放射性废物处 理、水中地热系统和能量储藏等问题的分 析。
模拟的关键是概念模型的建立和模型的校正与验 证。
任何模型都是建立在一定基础理论之上的，模型 的发展与完善也依据于基础理论的完善与发展。
Visual Groundwater ➢ Visual Groundwater是由加拿大Waterloo水文
地质公司开发的地下数据和地下水模拟结 果三维可视化与动画软件。可显示和打印 地层、土壤污染、水头、地下水物质浓度 和地下水模拟的三维结果，计算污染土壤 和地下水的体积。
PHREEQC ➢ PHREEQC是用C语言编写的进行低温水文
Visual MODFLOW ➢ Visual MODFLOW是综合已有的MOD-FLOW、
MODPATH、MT3D、RT3D和WinPEST 等地下 水模型而开发的可视化地下水模拟软件，可进 行三维水流模拟、溶质运移模拟和反应运移模 拟。Visual MODFLOW最大的特点是易学易用。 合理的菜单结构、友好的界面和功能强大的可 视化特征和极好的软件支撑使之成为许多地下 水模拟专业人员选择的对象。