GMS地下水模拟软件软件介绍ppt课件
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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。
LPF的参数赋值与含水层性质无关，所赋参 数为Kh、Kv、弹性贮存率（storage)等。
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HUF用于网格剖分后垂向上的某层网格包括 数个含水层的情况，不常用。
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（3）源汇项包 面状源汇项：降雨入渗、蒸发 点状源汇项：抽灌井 线状源汇项：河流、排水渠 一般水头源汇项：湖泊、水库等
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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
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Modaem模型实例
在MODAEM模型实例中，练习如下内容： 1、学习图像坐标配准； 2、练习point、arc和polygon的生成和使用 3、建立概念模型及各属性图层； 4、运行模型 5、等水位线的设置
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图层设置：
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数学模型及地层结构模块介绍
1、Modaem（地下水流） 2、Modflow-Grid Approach（地下水流） 3、地层结构生成 4、Modflow-Conceptual Approach（地下水流） 5、Modpath（粒子示踪） 6、MT3DMS（溶质运移）
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面状源汇项 降雨补给(Recharge):软件中赋予补
给强度 (m/d) 点状源汇项
抽灌井：软件中赋值方式为抽灌量 (m3/d)
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线状源汇项
河流 河流与地下水的关系主要有三种方式。 A.地下水补给河流
河流水位h
地下水水位H
补给量为Q
河床厚度M 河床渗透系数K
河流宽度为W，河流长度为L
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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❖计算单位
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❖ 坐标系投影设置 1、定义模型的坐标系 2、实现不同坐标系之 间的转换
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❖导入底图
可导入GIS、 CAD 格式的底图；
导入图片，用 2-3个已知点 配准研究区底 图的坐标。
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❖建立概念模型
研究区边界
流量边界
抽水井
湖泊
河流
水头边界
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Arcs(流量边界)
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；
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。
地下水渗流模型区别：
1、Modaem 单一含水层 稳定流计算 研究区边界不规则。 含水层厚度原则上不变，但可以按厚度分区。 含水层渗透系数原则上不变，但可以按参数分区 2、Modflow-Grid Approach 多层含水层 稳定流和非稳定流计算 研究区边界为规则矩形 每含水层厚度不变 各含水层渗透系数等参数原则上不变，参数分区繁琐。 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
Point(抽水井)
Polygon (一般水头边界)
Arcs(河流)
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Arcs(定水头边界)
特征对象类型：
Point代表抽水井和回灌井
Node(结点） Vertex(弧线中的顶点）
polygon polygon
Arc(弧线）
Node(结点）
代表边界、河流、排水渠等
Polygon 代表一般水头边界 和面状补给、蒸发等
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。
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。
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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。
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建模准备工作
收集研究区的工作底图，可以是TIF、GPG、 DWG、DXF、GIS格式等；
收集研究区的钻孔资料，反映地层结构； 收集研究区大气降雨等气象资料； 收集观测孔的水位等相关资料； 收集研究区的河流湖泊的水位等属性信息； 收集抽水井的抽水量等数据。
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建模基础
选择计算单位； 定义坐标系； 导入地图 建立概念模型
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在Map模块中，*.tiff、*.jpg格式文件可以被调入GMS中做为底图 使用。
对于较复杂地区，由于Map模块本身的原因，这种方法不太适用， 一般都采用下面的方法建立概念模型。
2、外部GIS数据输入 与Map模块有相似之处，也是用特征体来表示用户需要的概念模型，
不同的是，这种方式的数据可以不依靠GMS，利用别的GIS软件，如 Arcgis、Arcview等独立完成。GMS所需要的数据为.shp格式。这种方 式实现了软件与数据间的无缝连接，用户可以更加自如的利用GIS软 件建立自己的概念模型，对于复杂的地区，这种方式就更有优越性。 当然，GMS还可兼容如CAD，sufer、Dem/Grid等文件，由于利用较 少，只介绍shp文件数据。
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（2）含水层信息包(FLOW PACKAGE) BCF (Block-Centered Flow) LPF (Layer Property Flow) HUF (Hydrogeologic Unit Flow)
BCF视含水层（潜水、承压水、潜水和承压 兼备）的性质赋予相应的渗透系数、含水 层底板标高、越流系数、导水系数等参数。
辅助模块包括Pest、Ucode、Map、 Tins、 Borehole、Solid、T-progs、2D-Scatter points、3D-Scatter points等。
下面将对各模块进行简要介绍。
精品课件Hale Waihona Puke Baidu
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。
Q=K (h-H) WL/M Q为负值，表示水流出。
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B、河流补给地下水
河流水位h
地下水水位H
补给量为Q 河流宽度为W，河流长度为L
河床厚度M 河床渗透系数K
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概念模型对象：
可供选择的数学模 型包括： MODFLOW FEMWATER MODAEM SEEP2D ART3D等
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图层概念： 根据点、线、面等特征对象可以建立许多图层 每个图层代表用户定义的研究区的特性：
可包括：研究区的范围图层 研究区边界条件、源汇项图层 含水层特征图层等；
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。
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Modflow-Grid Approach模型
1、网格剖分
3D网格 单元中心为计算结点 Xy平面上网格为直角
矩形 垂向上网格反映的地层厚
度均一。
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2、计算包介绍
（1）基本信息包(BASIC PACKAGE) 初始水位(Starting Heads)； 边界类型(IBound) ibound = 1为流量边界 ibound = 0 为隔水边界 ibound ＝－1为定水头边界
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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。
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。
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。
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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。
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；
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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。
LPF的参数赋值与含水层性质无关，所赋参 数为Kh、Kv、弹性贮存率（storage)等。
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HUF用于网格剖分后垂向上的某层网格包括 数个含水层的情况，不常用。
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（3）源汇项包 面状源汇项：降雨入渗、蒸发 点状源汇项：抽灌井 线状源汇项：河流、排水渠 一般水头源汇项：湖泊、水库等
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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
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Modaem模型实例
在MODAEM模型实例中，练习如下内容： 1、学习图像坐标配准； 2、练习point、arc和polygon的生成和使用 3、建立概念模型及各属性图层； 4、运行模型 5、等水位线的设置
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图层设置：
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数学模型及地层结构模块介绍
1、Modaem（地下水流） 2、Modflow-Grid Approach（地下水流） 3、地层结构生成 4、Modflow-Conceptual Approach（地下水流） 5、Modpath（粒子示踪） 6、MT3DMS（溶质运移）
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面状源汇项 降雨补给(Recharge):软件中赋予补
给强度 (m/d) 点状源汇项
抽灌井：软件中赋值方式为抽灌量 (m3/d)
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线状源汇项
河流 河流与地下水的关系主要有三种方式。 A.地下水补给河流
河流水位h
地下水水位H
补给量为Q
河床厚度M 河床渗透系数K
河流宽度为W，河流长度为L
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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❖计算单位
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❖ 坐标系投影设置 1、定义模型的坐标系 2、实现不同坐标系之 间的转换
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❖导入底图
可导入GIS、 CAD 格式的底图；
导入图片，用 2-3个已知点 配准研究区底 图的坐标。
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❖建立概念模型
研究区边界
流量边界
抽水井
湖泊
河流
水头边界
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Arcs(流量边界)
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；
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。
地下水渗流模型区别：
1、Modaem 单一含水层 稳定流计算 研究区边界不规则。 含水层厚度原则上不变，但可以按厚度分区。 含水层渗透系数原则上不变，但可以按参数分区 2、Modflow-Grid Approach 多层含水层 稳定流和非稳定流计算 研究区边界为规则矩形 每含水层厚度不变 各含水层渗透系数等参数原则上不变，参数分区繁琐。 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
Point(抽水井)
Polygon (一般水头边界)
Arcs(河流)
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Arcs(定水头边界)
特征对象类型：
Point代表抽水井和回灌井
Node(结点） Vertex(弧线中的顶点）
polygon polygon
Arc(弧线）
Node(结点）
代表边界、河流、排水渠等
Polygon 代表一般水头边界 和面状补给、蒸发等
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。
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。
精品课件
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。
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建模准备工作
收集研究区的工作底图，可以是TIF、GPG、 DWG、DXF、GIS格式等；
收集研究区的钻孔资料，反映地层结构； 收集研究区大气降雨等气象资料； 收集观测孔的水位等相关资料； 收集研究区的河流湖泊的水位等属性信息； 收集抽水井的抽水量等数据。
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建模基础
选择计算单位； 定义坐标系； 导入地图 建立概念模型
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在Map模块中，*.tiff、*.jpg格式文件可以被调入GMS中做为底图 使用。
对于较复杂地区，由于Map模块本身的原因，这种方法不太适用， 一般都采用下面的方法建立概念模型。
2、外部GIS数据输入 与Map模块有相似之处，也是用特征体来表示用户需要的概念模型，
不同的是，这种方式的数据可以不依靠GMS，利用别的GIS软件，如 Arcgis、Arcview等独立完成。GMS所需要的数据为.shp格式。这种方 式实现了软件与数据间的无缝连接，用户可以更加自如的利用GIS软 件建立自己的概念模型，对于复杂的地区，这种方式就更有优越性。 当然，GMS还可兼容如CAD，sufer、Dem/Grid等文件，由于利用较 少，只介绍shp文件数据。
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（2）含水层信息包(FLOW PACKAGE) BCF (Block-Centered Flow) LPF (Layer Property Flow) HUF (Hydrogeologic Unit Flow)
BCF视含水层（潜水、承压水、潜水和承压 兼备）的性质赋予相应的渗透系数、含水 层底板标高、越流系数、导水系数等参数。
辅助模块包括Pest、Ucode、Map、 Tins、 Borehole、Solid、T-progs、2D-Scatter points、3D-Scatter points等。
下面将对各模块进行简要介绍。
精品课件Hale Waihona Puke Baidu
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。
Q=K (h-H) WL/M Q为负值，表示水流出。
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B、河流补给地下水
河流水位h
地下水水位H
补给量为Q 河流宽度为W，河流长度为L
河床厚度M 河床渗透系数K
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概念模型对象：
可供选择的数学模 型包括： MODFLOW FEMWATER MODAEM SEEP2D ART3D等
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图层概念： 根据点、线、面等特征对象可以建立许多图层 每个图层代表用户定义的研究区的特性：
可包括：研究区的范围图层 研究区边界条件、源汇项图层 含水层特征图层等；
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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Modflow-Grid Approach模型
1、网格剖分
3D网格 单元中心为计算结点 Xy平面上网格为直角
矩形 垂向上网格反映的地层厚
度均一。
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2、计算包介绍
（1）基本信息包(BASIC PACKAGE) 初始水位(Starting Heads)； 边界类型(IBound) ibound = 1为流量边界 ibound = 0 为隔水边界 ibound ＝－1为定水头边界
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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。
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。
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。
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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。
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；