modflow地下水模拟工作流程
第五章 地下水流模型MODFLOW简介xiugai(1)
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
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
2.模拟软件发展趋势
(2)遥感、地理信息系统和Leabharlann 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。
Visual MODFLOW主要处理模块：
Visual MODFLOW 界面设计包括三大彼此 联系但又相当独立的模块:
a)输入模块 b)运行模块
c)输出模块
3.1 Visual MODFLOW
输入模块
允许用户直接在计算机上赋值所有必要的输入参数以便自动生成 一个新的三维渗流模型。输入菜单把MODFLOW 、MODPATH 和MT3D 的数 据输入作为一个基本建模块,这些菜单以逻辑顺序排列并显示, 指导用 户逐步完成建模和数据输入工作。允许用户直接在计算机上定义和剖 分模拟区域, 用户可随意增减剖分网格和模拟层数, 确定边界几何形 态和边界性质,定义抽(排) 水井的空间位置和出水层位以及非稳定抽 排水量。参数菜单允许用户直接圈定各个水文地质参数的分区范围并 赋值相应参数,同时上、下层所有参数可相互拷贝。可预先定义水位校 正观测孔的具体空间位置和观测层位, 并输入其观测数据, 以便在后 续的模型识别工作中模拟使用。
Visual MODFLOW中文指南
Visual MODFLOW Pro 4.0指南这个说明书包含一步步的使用指南，指导你运用Waterloo Hydrogeologic的 Visual MODFLOW Pro 4.0 Demo版本的整个过程。
这个指南将指引你按以下所要求的步骤去做：（1）建立网格模型，然后给定其特征值以及边界条件；（2）使用Visual MODFLOW来模拟地下水的流动，水质点的示踪，以及大量物质的运移模拟；（3）可以用二维和三维的可视化图形显示结果；为了方便起见，Visual MODFLOW Demo安装程序自带安装一组完整的数据输入文件，以及你将要建立的模型示例的模拟结果。
这个使用指南独立清晰地显示每个步骤，这可以让你在调试过程中就能选择感兴趣的方面，而不用完成整个练习。
对示例模型的描述该地区位于Waterloo河外的飞机场附近。
该地区表层的地质条件是由上、下两层沙土以及砾石组成的含水层，中间以粘土和泥沙作为隔水层组成的。
相关的地貌特征包括一个飞机加油站，一个市内的供水井区域，以及一个不连续的隔水层。
如下图所示：这个供水区有两口供水井。
东面的井以550m3/d的定流量抽水，而西部的井以400m3/d的定流量抽水。
在过去的十年里，飞机燃料已经周期性地泄露到加油站区，而且经过自然渗透导致一部分污染物进入到上层含水层。
这个指南将会指导你建立该地区的地下水流动和溶质运移模型的必要步骤。
这个模型还会显示燃料污染物对市内供水井的潜在影响。
当研究该地区时，从平面图上看，指定该区的上部为北面，下部为南，左面为西，右面为东。
地下水在这个三层的含水层系统中是从北向南流动（从上到下）。
该含水层系统是由顶层潜水含水层、中间一个弱透水层以及底部的承压含水层组成的，如下图所示。
上下含水层的渗透系数为2e-4m/sec，而弱透水层的渗透系数为1e-10m/sec。
怎样使用这个指南这个指南分为四个模块，每个模块都包含一系列组成部分。
设计这个指南是为了让使用者可以从任何一个模块开始，这样就能选用Visual MODFLOW的某些特定模块。
modflow实验报告
modflow实验报告Modflow实验报告引言：地下水是地球上重要的自然资源之一，它对于人类的生存和发展起着至关重要的作用。
地下水的合理利用和管理对于维护生态平衡和人类的可持续发展至关重要。
为了更好地了解地下水的流动规律和预测地下水资源的变化，许多地下水模型被开发出来，其中Modflow是最为常用和广泛应用的一种。
1. Modflow的概述Modflow是由美国地质调查局（USGS）开发的一种三维有限差分地下水流模型。
它可以模拟地下水的流动、水位变化和水量交换等过程，从而帮助我们更好地理解地下水系统的动态变化。
Modflow的应用范围广泛，包括水资源管理、地下水污染监测和地下水资源评估等领域。
2. Modflow的基本原理Modflow的基本原理是基于流体力学和质量守恒定律的。
它将地下水系统划分为一系列的网格单元，通过求解流体力学方程和质量守恒方程，模拟地下水的流动和水位变化。
在模型中，地下水系统的边界条件、材料属性和水文过程等参数需要通过野外调查和实验获得，以确保模型的准确性和可靠性。
3. Modflow的应用案例3.1 地下水资源评估Modflow可以用于评估地下水资源的可持续性和优化地下水开采方案。
通过构建地下水流模型，可以模拟地下水系统的水位变化和水量交换，进而预测地下水资源的变化趋势和响应。
这对于水资源管理者和决策者来说是非常重要的，可以帮助他们合理规划和管理地下水资源。
3.2 地下水污染监测Modflow还可以用于模拟地下水中的污染物传输和扩散过程。
通过建立污染物传输模型，可以模拟污染物在地下水中的迁移路径和浓度分布，从而评估地下水污染的程度和影响范围。
这对于环境保护和污染治理具有重要意义。
3.3 地下水补给研究Modflow还可以用于研究地下水的补给过程和补给机制。
通过建立地下水补给模型，可以模拟降雨入渗和地表水与地下水之间的相互作用，从而揭示地下水补给的规律和影响因素。
这对于水文学研究和水资源管理具有重要意义。
基于 Visual Modflow的地下水污染模拟预测
基于 Visual Modflow的地下水污染模拟预测地下水是地球上最重要的自然资源之一，它供应了人类生活和工业生产所需的淡水资源。
随着城市化和工业化的加剧，地下水污染问题也日益突出。
地下水污染不仅会对人类健康造成严重影响，还可能导致生态系统的破坏。
科学家们一直在努力寻找有效的方法来预测和防止地下水污染。
基于Visual Modflow的地下水污染模拟预测技术便是其中的一种有效手段。
1. 地下水污染状况地下水污染是指外源性污染物渗入地下水中，破坏地下水的质量和可利用性的现象。
地下水受到污染后，不仅会对人类饮用水、农田灌溉和工业生产造成影响，还会对生态环境造成破坏。
地下水污染源主要包括城市生活污水、工业废水、农业化肥和农药等。
工业生产废水中的有机物、重金属和化学物质对地下水造成的危害最为严重。
2. Visual Modflow技术简介Visual Modflow是一种基于地下水数值模拟的软件平台，它能够帮助工程师和科学家们分析和模拟地下水流动、地下水位和地下水质量。
Visual Modflow具有直观的用户界面和强大的数值计算能力，可以对地下水系统进行三维可视化建模和污染传输模拟。
Visual Modflow还可以与GIS数据进行集成，更加方便用户获取地下水系统的空间信息。
基于Visual Modflow的地下水污染模拟预测流程包括模型建立、参数设定、模拟运行和结果分析等步骤。
a. 模型建立：需要收集并整理地下水系统的基础数据，包括地下水位、水文地质条件、地表地形等信息。
然后，使用Visual Modflow的建模工具，依据实际情况建立地下水数值模型，包括模拟区域的边界、计算网格和地下水系统的初始状态。
b. 参数设定：在建立地下水数值模型后，需要对模型的参数进行设定。
参数设定包括地下水系统的水文地质参数、流动参数、污染物传输参数等。
这些参数的设定直接关系到模拟结果的准确性和可靠性。
c. 模拟运行：完成模型建立和参数设定后，即可进行地下水污染传输模拟的运行。
地下水流模型MODFLOW简介课件-页 (一)
地下水流模型MODFLOW简介课件-页 (一)地下水流模型是一种计算机模型，用于研究地下水流的运动。
为了更好地了解和应用地下水流模型，我们首先需要了解该模型的常用软件，其中一种叫做MODFLOW。
本文将会对MODFLOW进行详细介绍。
1. MODFLOW是什么？MODFLOW是一种流行的地下水流计算机模型软件，由美国地质调查局（USGS）开发而来，自1979年开始使用。
MODFLOW是一种模块化软件，意味着不同的模块可以组合使用以应对不同的地下水问题。
2. MODFLOW的使用MODFLOW可以用于以下方面：- 地下水流动力学研究- 水文地质研究- 地下水管理- 地下水资源研究3. MODFLOW的特点- 模块化设计：不同的模块可以组合使用，而且每个模块都有其独立的输入和输出。
- 开放源代码：MODFLOW的源代码已经被公开，用户可以基于其开发新的模块，或是基于现有模块进行改进。
- 灵活性：用户可以根据实际情况调整模型中的参数，并进行敏感性分析和不确定性分析。
- 数据处理能力：MODFLOW可以处理多种文件格式，包括地理信息系统（GIS）数据。
4. MODFLOW模型输出- 地下水流量：模型可以计算不同地点和时间水量的流量。
- 水头数据：模型可以计算每个时间点的水头，这对于了解地下水水文和地下水资源管理都是非常重要的。
- 地下水位分布：模型可以显示地下水位变化，这对于地下水资源管理和地下水污染研究非常有用。
- 土壤水分分布：MODFLOW还可以计算并显示土壤水分的分布，这对于农业和生态系统研究都是非常重要的。
总结：MODFLOW是一种流行的地下水流模型软件，开放源代码，模块化设计，具有灵活性和数据处理能力，并能够提供地下水流量、水头数据、地下水位分布和土壤水分分布等输出数据。
如果您需要在地下水管理、地下水资源研究和水文地质研究方面进行研究，那么MODFLOW 这个工具将是一个非常可靠的选择。
实例1——MODFLOW操作说明new
实例1——MODFLOW操作说明一、前言MODFLOW是一种用于地下水流动模拟的计算机模型，它是世界上最流行的地下水模拟软件之一，也是经常被用于环境工程和地下水资源管理的工具。
本文档旨在提供对MODFLOW的基本了解，以及针对实例1的操作说明。
二、MODFLOW简介1. MODFLOW的基本概念MODFLOW是一种水文地质模型，它可以通过使用数学模型来描述地下水流动过程。
这种模型可以帮助我们预测地下水位、渗透率和水流速度等参数，从而对地下水资源进行评估和管理。
2. MODFLOW的主要功能MODFLOW具有多种地下水流动过程中所需的模型，包括均匀流动、非均匀流动、非饱和-饱和流动、多孔介质输运、热传递等。
此外，MODFLOW也提供了一系列可视化和数据处理工具，方便用户从数据的角度对模型进行优化和调整。
3. MODFLOW的应用范围MODFLOW常被用于地下水资源管理、水文地质建模、地下水源热泵技术等领域。
此外，还可以用于模拟污染物在地下水系统中的传输和分布情况。
三、实例1——操作说明本实例基于MODFEOW中的单层稳态模型，目的是模拟一处地下水流流出的水源的情况。
以下为具体操作步骤。
1. 模型建立首先，需要在MODFLOW中创建相关的文件，包括模型输入文件、模型控制文件、模型数据文件等。
模型控制文件通常包括以下基本信息：•模型描述与标题•模型的计算规格（如时间步长、上限时间、和计算方法等）•输入输出文件的名称和路径•模型计算参数（如最小计算增量、最小收敛值、最大迭代次数等）等模型数据文件则描述了地形和水源的情况。
根据实际情况，可以选择导入COM 文件或手动输入数据。
2. 模拟计算完成模型建立后，可以开始进行模拟计算。
MODFLOW通常是使用迭代算法进行求解，计算结果会在控制文件中显示。
为了使计算结果更加准确，通常需要进行多次迭代。
在这个过程中可以根据需要对参数进行调整，如调整时间步长、收敛值等。
基于 Visual Modflow的地下水污染模拟预测
基于 Visual Modflow的地下水污染模拟预测地下水是地球上重要的淡水资源之一，而地下水污染对人类健康和生态环境造成严重影响。
地下水污染的模拟预测成为地下水管理和保护的重要工具。
本文将介绍基于Visual Modflow的地下水污染模拟预测方法，并探讨其应用价值。
一、Visual Modflow简介Visual Modflow是一款专业的地下水模拟软件，主要用于数值模拟地下水流动和污染传输的过程。
该软件具有界面友好、功能强大、计算精确等特点，被广泛应用于地下水资源管理、地下水污染控制等领域。
Visual Modflow的核心功能包括建模、网格生成、模拟计算等，能够帮助用户快速准确地进行地下水数值模拟，为地下水管理和保护提供科学依据。
1. 地下水模型建立利用Visual Modflow软件建立地下水模型。
在建立地下水模型时，需要考虑地下水流动的基本特征、水文地质条件、地下水污染来源等因素，确定模拟范围、边界条件、模型网格等参数。
通过模型建立，可以准确描述地下水系统的物理过程，为地下水污染的模拟预测奠定基础。
2. 污染物传输模拟在地下水模型建立好后，利用Visual Modflow进行污染物的传输模拟。
需要确定模拟的时间范围、模拟的污染物种类、初始条件等参数。
然后，通过模拟计算，可以得到地下水中污染物的浓度随时间和空间的变化规律，从而对地下水污染的扩散和影响进行预测分析。
3. 模拟结果分析利用Visual Modflow得到的模拟结果，可以进行进一步的分析和评估。
可以对地下水中污染物浓度的时空分布进行可视化展示，找出污染源、污染物传输路径和受影响区域，在此基础上评估地下水污染对水资源和生态环境的影响，为地下水污染的治理和修复提出科学建议。
1. 提供科学依据基于Visual Modflow的地下水污染模拟预测能够准确模拟地下水流动和污染物传输的过程，为地下水管理和保护提供科学依据。
通过模拟预测，可以发现地下水污染的规律和趋势，辅助决策者制定合理的地下水管理和保护措施。
Modflow计算地下水流程式原理
1.1 Modflow 計算地下水流程式原理運用PMWIN(processing modflow)程式中之Modflow 來地下水模擬，模式採用有線差分法(FDM )來求得近似數值解。
模擬之前需將模擬區域劃分成網格(Cell )，每一網格假設為均勻物質，以網格節點或網格中心之水頭代表網格水頭，含水層厚度在水平方向上可以變化，但在數值上會有較大的誤差。
在Modflow 中使用的固定密度(Constant Density)地下水流偏微分方程式(McDonald and Harbaugh ，1988，p.2-1)如下所示： th S W z h K z y h K y x h K x s zz yy xx ∂∂=+∂∂∂∂+∂∂∂∂+∂∂∂∂)()()( 式1-1 式中xx K 、yy K 、zz K 分別為沿著x 、y 、z 座標軸的水力傳導係數。
h=壓力水頭(Potentiometric Head)W=地下水每單位體積的體積流量(Volumetic Flux)的補注源(Sources)或輸出源(Sinks)。
當W<0.0表示流出地下水系統(Out Flow of Ground-Water System)，反之，W>0.0表示流進地下水系統。
Ss=孔隙介質之儲水率。
t = 時間(T)。
當式1-1結合邊界及初始條件時，描述在非均質性及非等向性介質(提供主軸方向的水力傳導係數)中的暫態三維地下水流。
左側代表含水層在不同方向之入滲與水頭變化及地下水補給與抽水造成之三向度地下水流動模式；在均向性穩定流含水層系統中，因為流率為一常數，多孔介質之儲水量為定值，此式即為Laplace 方程式，可由給定之含水層流況、初始水位狀況與邊界條件獲得正確解。
惟在大多數非穩定流系統中，含水層之水位變化在整個模式中是個變數，因此需將水層系統分隔成小區塊，以求得滿足各小區塊間之解與整個系統之近似解；在此假設環境下每一小區塊在單位時間內體積流率即可設定是一常數(McDonald and Harbaugh ，1988)。
分布式地下水模拟模型MODFLOW介绍与应用
摘要：MODFLOW 是由美国地质调查局开发出来的三维地下水模拟模型，在科研、环保、水资源规划等方面得到了广泛的应用。
本文介绍了MODFLOW 地下水模型的概念、原理，并结合一个具体实例进一步说明了模型的使用方法。
关键词：模型 MODFLOW 水资源中图分类号 TV121+.3 文献标识码 A 文章编号 1672-2469(2011)03-0030-03DOI 编码 103969/ j issn.1672- 2469-2011-03-010地下水是人类及一切生物赖以生存的必不可少的重要物质，是工农业生产、经济发展和环境改善不可替代的极为宝贵的自然资源。
随着国民经济的发展，地下水资源供需矛盾日渐突出。
为了更好地管理与利用地下水资源，地下水资源量的计算与评价是非常重要的一项基础工作。
地下水资源量计算与评价有水均衡法、数值计算法等多种方法，在我国常用的是水均衡法。
随着科学技术尤其是计算机技术的迅速发展，基于计算机的模拟模型已经可以描述水循环的各个阶段，如气候和天气、暴雨系统、降水、蒸散发、地下水等。
流域水文模型可分为集总模型和分布式模型两种。
集总模型不考虑各部分流域特征参数在空间上的变化，把全流域作为一个整体; 分布式模型则根据流域水文地质特征将流域划分为若干个水文模拟单元，在每一个单元上用一组参数反映该部分的流域特征。
下面介绍的MODFLOW 地下水模型就是一分布式模型。
1 MODFLOW 地下水模型介绍地下水模型是建立在计算机基础上的，使用数学方法来表述自然水文地质系统的基本特征。
应用时需要建立概念模型和数学模型。
概念模型是我们对某一区域水文地质特征的模拟或描述，数学模型是一系列方程式，受限于一定的假定条件量化模拟含水层内蓄水的实际过程。
地下水模型提供一个科学的方法将相关的数据纳入地下水系统的数字化特征中，预测地下水的动态变化。
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，由美国地质调查局开发出来的三维地下水模拟模型。
MODFLOWFlex2015.1教程（部分）
MODFLOWFlex2015.1教程（部分）硬件要求要运行最新版本的Visual MODFLOW Flex，您需要以下最低系统配置：一旦Visual MODFLOW Flex安装到您的计算机上，只需双击位于您计算机桌面上的Visual MODFLOW Flex快捷方式图标（）即可。
或者，您可以通过单击“开始”/“程序”/“开始”菜单访问软件Visual MODFLOW Flex是一个图形用户界面，用于开发，运行和可视化地下水模拟，将地下水流量和污染物传输的行业标准代码，基本分析和校准工具以及令人惊叹的3D可视化功能集于一身，易于使用软件环境。
使用地理数据Visual MODFLOW Flex支持以下坐标系：地理坐标系（仅限数据导入）投影坐标系统：UTM，StatePlane本地笛卡儿使用网格无关数据从各种数据类型导入空间和属性数据，包括：点（.XLS，.TXT，.CSV，.MDB，.SHP，.DXF，.TRP）多边形（.SHP，.DXF）多义线（.SHP，.DXF）3D网格数据（.HDS，.DAT）光栅图像（.BMP，.TIF，.JPG）时间表（.XLS）表面（.DEM，.GRD，.TXT。
，.ASC）Hydro GeoAnalyst（HGA）横截面（.3XS）垂直和水平井（.XLS）查看和修改导入数据的设置：查看数据对象元数据，包括源文件名，字段映射和本机坐标系在电子表格视图中查看原始属性数据对数据应用数学运算，例如，将属性设置为常量值，将井顶转换为点数据对象，然后将HGA 横截面模型图层转换为点数据对象将光栅图像放置在曲面数据对象上，例如数字高程模型使用各种样式选项为点，多边形，多段线和显示标签设置符号属性使用分类或拉伸的颜色方案，通过属性值颜色渲染形状特征显示轮廓线并为表层设置颜色渲染选项添加，移除和修改井和相关井数据，包括筛选间隔，潜水员观测点，井顶，井道（仅适用于水平）和抽水计划从点数据对象创建曲面：使用一个或多个点数据对象，使用反距离，克立格或自然邻居插值方法生成表面图层?通过修改各种插值设置来配置插值方法将生成的曲面剪切到指定多边形数据对象的水平范围使用2D查看器对新数据对象进行数字化使用2D Viewer编辑工具，数字化新的折线，多边形或点数据对象点击展开/ collapse2D和3D可视化使用交互式2D和3D查看器来可视化数据对象和概念模型功能使用各种屏幕配置同时显示多个3D或2D查看器使用鼠标或键盘在查看器中缩放，旋转和移动数据修改查看器设置，包括背景颜色和垂直夸张（仅限3D查看器）在3D查看器中，通过沿X，Y和Z轴创建切点来移除部分显示的数据在2D查看器中，选择单个数据对象要素（点，线，形状），然后在电子表格视图中查看相应的属性数据，反之亦然在2D查看器中编辑数据对象几何通过手动数字化点，多义线和多边形来修改现有的数据对象旋转，缩放和删除形状“撤消”所有编辑并恢复到原始形状点击展开/ collapse定义多个概念模型创建多个概念模型：用不同的解释创建多个概念模型，或者复制现有的概念模型使用导入的数据对象定义概念模型几何使用导入的或数字化的多边形数据对象定义水平模型边界从要导入的曲面创建垂直水平面，或者通过插入原始XYZ点创建垂直水平面从不同的地平线类型中选择适应各种地质条件（尖刺，不连续层等）从定义的层位自动创建三维结构区域点击展开/ collapseProperty建模从导入或数字化的多边形数据对象或从生成的结构区域创建属性区域使用各种方法分配电导率，储存和初始磁头的属性值：使用一个常数值映射到导入的多边形shapefile属性映射到导入的3D网格数据属性使用曲面数据对象点击展开/折叠边界条件建模创建边界条件使用为概念模型定义的边界自动生成模拟域将边界条件应用于仿真模型域的顶部，底部，侧面或中间层支持以下边界条件：抽井指定的头河总负责人排水充值蒸散湖指定的通量不饱和区对于线性边界条件，使用交互式2D查看器窗口从线段定义局部区域对于线性边界条件，请在开始和结束时定义参数为了成为Visual MODFLOW Flex环境中最高效和最有效的方法，建议您熟悉一些简单的概念，术语以及可以在哪里找到和访问的东西。
实例1——MODFLOW操作说明new知识讲解
2.下一步，设置项目信息。
图3.2
3.下一步，水流类型、初始参数的设置
图3.3
3.下一步，导入底图，初始网格剖分
图3.4
4.下一步，模型坐标系的设置（将左图中蓝色的坐标系扩大，直到覆盖整个研究区如右图，见图3.5）
图3.5
5.下一步，点击ok，完成了项目文件的建立，同时进入了“模型输入（Input）”模块。
图3.6模型输入模块界面
3
3.2.1网格设置
3.2.1.1网格查看
当你首次进入输入模块时，Visual MODFLOW会直接进入网格（Grid）输入窗口。屏幕左边的最上面的六个按钮（View Column、View Row、View Layer、Goto、Next和Previous），这几个按钮可以让你从不同的角度查看现有的网格模型：查看横剖面上点击View Row，查看纵剖面点击View Column，查看平面点击View Layer，Goto、Next和Previous主要是用于选择层号。当Visual MODFLOW将模型的显示方式从平面变为剖面视图时，若网格的厚度与网格长度相比太小，层与层的界面不易区分时，你必须对剖面图进行垂向放大。在窗口底部选择：
10
11
12
降水补给
10
20
30
40
100
100
100
100
50
40
30
10
2
2.1
空间展布相关资料
地表高程、分层数据
边界位置
含水层参数：渗透系数，弹性释水系数（重力给水度），孔隙度等
源汇项：
大气降水入渗系数（分区、数值）
蒸发排泄系数
地表水体（河流、湖泊、水库等）水位、底面高程、底面岩性特征（厚度、渗透系数等）
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。
第五讲 地下水模拟软件Visual Modflow上机操作
Time-Drawdown Time-Drawdown with Discharge Specific Well Capacity
含水层
滤
水 Screen 管
单井结构示意图
井的分类
水头
承 压 完 整
线 隔水
层
滤
含水层 水
井
管
隔水层
越 水头
流 承
线
decline of hydraulic head 8. diameter of pumping well is very small so that storage
in the control well can be neglected 9. values of u are small
Cooper-Jacob solution
在讨论时，我们将该场地在平面上的视图指定为上北下南左西 右东。如图所示，地下水在一个由上部潜水含水层、中间弱透 水层和下部承压含水层所组成的三层系统中自北向南（平面图 上是从上到下）流动。上下含水层的水力传导系数为2e4m/s，弱透水层的水力传导系数为1e-10m/s。
模块I：模型输入
设置数值引擎 生成模型网格 细化模型网格 添加井位 设置模型的属性 设置模型边界条件 设置质点 设置模型的运移参数 MT3D96 标志污染源
Step Test Solution Methods
Theis (Confined) Cooper-Jacob (Confined) Recovery Test Theis-Jacob (Theis)
Slug Test Solution Methods
Hvorslev Bouwer-Rice Well Loss Solution Methods Hantush-Bierschenk
Visual Modflow在地下水数值模拟研究中的应用介绍
Visual Modflow在地下水数值模拟研究中的应用介绍文章简单介绍了目前国内外地下水数值模拟的发展现状，如各类常用系数、地下水流模型、地下水污染模型等。
并对目前最常用的三维地下水流和溶质数值模拟的可视化专业软件Visual Modflow进行了简要说明，介绍了该软件基本原理、模型特点等以及其在国内各领域的应用，提出地下水数值模拟计算的发展前景，为地下水数值模拟计算提供一些的参考。
标签：地下水模拟；数值模拟；Visual；Modflow软件1 概述地下水和人们的生产生活十分密切，井水及泉水也是我们日常生产生活使用最多的，主要应用于居民生活用水、工业用水和农田灌溉用水。
地下水数值模拟是综合评价及合理开发利用地下水资源、优化地下水采发及防治地下水造成污染的重要数学模拟方法。
地下水系統数值模拟分析是对地下水环境和地下水资源变化定量分析的常用方法。
在一定区域范围内的地下水及水文地质条件，从设定的初始状态起，根据初始地下水水位及水位变化等因素，初步确定初始蒸发量、地表水入渗量及取水出溢量等参数，再由边界附近的初水力梯度来确定边界流量，然后通过上述给定条件对数学模型进行离散求解，求得下一时段各点的水位，再逐步计算求得计算值。
模拟分析要根据详细的地形地貌、地质、水文地质、地质构造、水文化学、岩石分布、水文气象、工农业利用情况等，来确定模拟的区域范围，地下水情况，维数（一维模型、二维模型、三维模型），水流情况（稳定流和非稳定流，饱和流和非饱和流），介质情况（均质和非均质、各向同性和各向异性、孔隙裂隙、流体的密度差等），边界范围和初始条件等。
并配合部分室内试验和野外现场试验，来取得第一手的有关数据参数，如弥散系数、渗透系数、分配系数、反应速率常数等。
地下水数值模拟计算的发展情况最开始，地下水模拟及预测多采用的是简单的水均衡法及水文地质比拟法。
上世纪60年代后期随着计算机技术的发展，数值模拟在地下水计分析算中得到了应用，计算理论和实测地下水分析能力都取得了很大的进步，先后有了二维流平面模型、三维流模型、准三维流模型、藕合模型等模拟方法。
modflow步骤
所需数据：DXF或者shp格式的底图一张、渗透系数和储水系数分区图（DXF或者shp格式）、水位数据、水位等值线图、长观孔数据、抽采水量及具体抽采部位、有关研究区域的补径排条件的描述、各分层标高、厚度数据、
1、导入底图
2、导入底板标高数据
3、导入渗透系数和储水系数分区图
4、对区域渗透系数与储水系数进行赋值
5、导入初始水头数据
6、加边界条件
7、加抽水井或注水井、观测井及数据
8、运行，查看各个时段等水位线和观测井的水位拟合情况。
9、调参进行拟合。
直到满意为止。
10、下一步可进行涌水量及离子运移预测，涌水量预测使预计区域
的底板完全疏干即可，离子运移则是将确定的一种或几种离子浓度在一定范围内达到一定的浓度即可。
水文模型边界。
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。
Visual MODFLOW在地下水模拟中的应用
检 验 过 程 采用 的方 法 为 试 估 一 校 正 法 ． ３ ． 模 拟 结果 分 析
属 于 反 求 参数 的 间接 方 法 之 一 参 数 选
取见表１
３ ． １污 水 处理 点正 常 工 况无 防渗 措 施 情 景 预 测 此 情 景 条 件 下 的 地 下 水 污 染 模 拟
联 合 求 解 水 流 方 程 和 溶 质 运 移 方 程 即可 获 得 污 染 物 空 间分 布 关 系 由于 水 动 力 弥 散 尺度 效 应 的存 在 ． 难 以 通 过 野 外 或 室 内弥 散 试 验 获 得 真
图２ １ ０年 影 响 预 测 图 （ 转第３ ５页 ）
Ｄ ｉ ｉ 一 水 动 力 弥 散 系数 张 量 ， ｍ ２ ／ ｄ ； ｖ 一 地 下 水 渗 流 速度 张量 ． ｍ ／ ｄ ：
Ｗ一 水 流 的源 和汇 ． １ ／ ｄ ： ｅ一 组 分 的 浓 度 ， ｍ ｇ ／ Ｌ 。
为 了建 立 地 下 水 系 统 数 值模 型 ． 对 计 算 区进 行 剖 分 在 模拟 计 算 区 的平 面 上采用矩形 网格 ６ ０ ｘ ６ ６剖 分 ．共 剖 分 网格 单 元 ３ ９ ６ ０个 ．计算 区 范 围 内全 部 为 有 效单 元 格 计 算 区 内 潜水 的主 要 补
科 技 创 新
Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ ＭＯＤ
口贾春 玲 张 哲
第四讲 地下水模拟软件GMS上机操作
C
turn on the options which we will need for this tutorial:
4) Defining the Specified Head Arcs（定义水头边界）
边界类型 Specified Head Specified flow general head
7对弧分段定义不同类型的边界 1）. Select the Select Vertices tool select thefirst vertex and then hold down the Shift key while selecting the othervertex. 2）. Select the Feature Objects | Vertices <-> Nodes command. 3 ）. Building a Local Source/Sink Coverage(最好对不同的 汇源项分别建立各自的Coverage) A Right click on the Boundary coverage and select the Duplicate
同样设置多个层.
1
3
2
4
13 Locating the Grid Frame Now that the coverage are complete, we are ready to create the grid.
1). Select the Feature Objects | Grid Frame command. 2). Select the New Frame button. 3). For the Z coordinate, change the Origin to (550) and the Dimension to( 200). This provides a set of initial values for the MODFLOW layer elevation arrays. Later, we will interpolate the layer elevations 4). Select the OK button to exit the Grid Frame dialog.
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模型预测
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模型预测
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模拟结果
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项目实例二
4 地下水模拟精细化操作流程
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地下水模拟标准化进程
4很多国家和地区已经出台了地下水模拟工作的标 准文档
are used in the simulations. 4 9. If a model is calibrated, present the calibration criteria,
procedure, and results. 4 10. Discuss the limitations of the model’s representation of
infiltration, river stage changes, leakage from other aquifers,
and source concentrations in transport models. 4 8. For transient models, describe the initial conditions that
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可视化模拟框图
原始信息
概化
水流 MODFLOW MODPATH Zone Budget
溶质 MT3D RT3D SEAWAT
USGS, USEPA
HydroGeo Analyst
概念模型
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Visual MODFLOW
3D Explorer 三维输出
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2D Graphical 二维输出
Limestone 17
Wetland Drain
Regional Gradient
DGiv/iWde
边界条件
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网格剖分
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有限元方法与有限差方法之比较
4同属于微分方程的数值解法 4有限元方法在处理空间剖分情况时更加灵活 4但是解法更复杂，对计算能力要求较高 4有限元法的初衷是解决ADE中的特定问题，但后
Source Area
Municipal Supply Well
Mason Esker
DGiv/iWde
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Upper Aquifer Aquitard
Lower Aquifer
?
?
Drain
Landfill
? Brown Till
Grey Till
?
Weathered Limestone
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模型预测以及结果展示
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模型预测以及结果展示
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模型预测以及结果展示
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模型预测以及结果展示
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模型实例一：美国比克超级基金项目
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污染场地
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4“虽然地下水模拟有时只是被当成一种漂亮的摆 设，但是假以时日，这一方法一定会变成真正有 用的手段。”
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Hall （1995）
4“Groundwater modeling should be used by every hydrogeologist in every groundwater investigation because it is such an integral part of conceptualizing and solving a hydrogeologic problem.”
4 2. Describe the hydrologic system under investigation. 4 3. Describe the mathematical methods used and their
appropriateness to the problem being solved. 4 4. Describe the hydrogeologic character of the boundary
h地质信息Î水文地质参数，地层空间信息 h水文边界Î模型的边界条件 h现场测量数据Î模型校正的依据
4完整的，精心校验过的地下水模型可以对未来进 行一定程度预测。
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知识要点回顾
4Junk in, junk out. 4All Models are wrong, some are useful.
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地下水模拟专业书籍
4Reilly 和 Harbaugh编写的美国地调局报告： 《Guidelines for Evaluating Ground-Water Flow Models》
h/sir/2004/5038/PDF.htm
4MDBC出版的图书：《Groundwater Models》
运行
运行 USGS 模块:
MODFLOW.EXE MODPATH.EXE ZoneBudget.EXE MT3D.EXE
正确使用Visual ModFlow
4Visual ModFlow可以帮助水文地质学者：
h做出更好的判断 h建立更好的概念模型 h更好的理解计算结果 h提高工作效率 h降低地下水模拟工作的成本
4但是，在进行地下水模拟 的时候一定要遵循正确的 操作规程。
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地下水模拟流程图
定义模拟目标
收集数据 建立概念模型
No
适合？
Yes
划分网格
给定边界条件 给定水文地质参数
Anderson and Woessner (1992)
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模型校准与灵敏度分析
No
适合？
Yes
模型验证
No
适合？
Yes
预测性模拟
No
适合？
Yes
模型后期验证
模拟目标
41、水源地模型 42、区域地下水模型 43、水库渗流模型 44、矿山排水数值模型 45、地热资源评价数值模型 46、地下水污染数值模型 47、水文地球水化学反应模型 48、核素迁移数值模型 49、地下水年龄模拟。。。
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地下水模拟精细化管理
4模型校准（40%工作量）
h网格剖分、边界划定、参数赋值 h利用实地数据校准模型 h完成模型分析
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地下水模拟精细化管理
4模型预测（20%工作量）
h分情景运行模型 h对运行结果进行分析 h完成模型分析 h数据后处理，可视化
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h 当地地层厚度以及岩性 h 地下水的赋存状态 h 地下水的流动状态 h 地下水的化学组成 h 地下水与地表水之间的动态关系
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知识要点回顾
4地下水模型是现实世界中真实水流系统的简单再 现，是一个高度概化的工具。
4能够将现实中直观可见的参数与性质转换为标准 的、面向高速计算工具的数据流。
conditions used in the simulation of the system. 4 5. If the method of simulation involves discretizing the
system (finite-difference and finite-element methods for example), describe and justify the discretized network used.
来发现有限元法存在同样的问题 4在解决高阶问题时，有限元代码执行速度更快
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网格剖分
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网格剖分
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赋值
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赋值
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赋值
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模型检验
4模型校准
h用长系列历史观测数据校准模型
4“地下水模拟已经成为解决水地质问题过程中一个 有机的环节，每一个水文地质工作者在解决每一 个水文地质问题时都应该用到它。”
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知识要点回顾
4 地下水模拟是水文地质以及水循环分析的重要手段。 4 地下水模拟的目的是描述研究区的地质、水文地质、和地
球化学属性。 4 地下水模拟所使用的主要源数据主要包括：
h澳大利亚、新西兰、美国、欧盟、英国
4在这些发达国家，地下水模拟已经成为一种固定 行业，有固定的流程和行业规范
4公众对地下水模拟也不再具有神秘感和不切实际 的幻想
4美国地调局地下水办公室于1975年制定了地下水 模拟报告规范，并于1996年发布了第二版。
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地下水模拟精细化管理
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模型精确性与复杂性的平衡
4功能越全的模型能解决的问题越多 4但是需要的参数也越多，模型变得不透明 4需要的维护工作量也越大 41983年，Anderson发表了一篇评论文章“皇帝没有
新装”，批评当时的地下水界在建模时过于简化， 数据过少。
4事隔15年，Anderson和Hunt又发表了一篇文章 “皇帝有太多新装”，指出当前模型工作者倾向于 使用过于复杂的模型，考虑过多的过程。