水文地质 剖面图 钻孔分布图 及柱状图
顶底板标高 结构模型 含水层厚度
水文地质概念模型——含水层和边界
含水层水力特征和介质特征的概化 侧向边界：根据地质、水文地质条件、地下水系 统特征等确定 水头边界、流量边界和混合边界（通用水头、 河流、沟渠等） 顶部边界：潜水面、含水层顶板等 底部边界：基岩顶板或根据水循环深度、开采深 度等确定
侧向补给
小计 人工开采 人畜生活 湖淖排泄
2151.69
4316.11 -681.07 -17.04 -281.94 -754.17 -63.52
49.85%
100.00% 17.45% 0.44% 7.23% 19.33% 1.63%
均衡分析
排泄
侧向流出 深循环量
蒸发
小计 补排差
-2104.52
模型应用
评价和预测 预测方案=>预测结果=>保证程度分析等
GMS特点
整合了MODFLOW、MODPATH、MT3D、 FEMWATER、RT3D、SEEP2D、SEAM3D、 UTCHEM、PEST、UCODE等模型和程序包，等可进 行水流、溶质运移、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 适用于孔隙介质三维地下水模拟，是目前国内最常用 的软件地下水流和溶质运移模拟软件 概念化方式建立水文地质概念模型 与GIS接口好，前、后处理功能更强 软件升级快
的二维有限元稳定流模型。可以用于模拟承压和无压流问 题，也可以模拟饱和和非饱和带的水流；对无压流问题， 模型可以只局限于饱和带。根据SEEP2D的结果可以作出 完整的流网
GMS各模块介绍
3D Mesh，包括FEMWATER模块，用来模拟 饱和流和非饱和流环境下的水流和溶质运移的 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。
数值模拟理论的发展
常用软件 HST 3D 是一个三维热及溶液运移模型 ( 3DHeat &Solute T rasport 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。
地下水流模型——数据准备 观测孔
资料：长观孔、统测孔等原始水位数据 软件：vba 数据格式：
地下水流模型——数据准备 边界条件
资料：水位、流量和相应参数 软件：arcview（arcgis）、vba 数据格式：
水头边界 ： 流量边界：.well文件 三类边界：.ghb文件
地下水流模型——数据准备 参数：
地质数值模拟,使得数值法的应用更加方便快捷,从而
促进了数值法在解决地下水问题的应用发展。
数值模拟理论的发展
模拟任务 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。 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。 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。
地下水流数值模拟的一般步骤
收集整理资料，水文地质条件分析
水文地质概念模型
地下水流模型
模型应用
收集整理资料，水文地质条件分析
资料的收集（文档） 水文地质条件分析
基本条件的分析 水均衡分析 源汇项处理 定解条件处理
水文地质概念模型
结构模型 含水层和边界 参数 源汇项
水文地质概念模型——结构模型
地下水流模型——数据准备
数值模型 模拟软件（GMS,VM,Feflow，PMV等） 空间离散
网格大小、活动单元格数目
时间离散
模拟期、应力期和时间步长
地下水流模型——数据准备
源汇项处理——与GIS相结合
recharge子程序包：降雨入渗、面状农业开采、 灌溉回渗 wells子程序包：开采、侧向 ET子程序包：蒸发 Drain子程序包：排水沟、湖淖
地下水流模型——数据准备 结构模型
资料：钻孔、剖面、高程等值线、厚度等值线等 软件：线上提高程、mapgis、arcview和surfer 数据格式： x、y、z
地下水流模型——数据准备 初、末刻水位
资料：流场图，长观孔、统测孔等原始水位数据 软件：mapgis、arcview、surfer 数据格式：x、y、z
地下水数值模拟简介
二零一五年二月
目录
数值模拟的发展及建模 步骤 主要内容
GMS各模块功能介绍
GMS基本操作
数值模拟理论的发展
1956年斯图尔曼(R· W stallman)开始将数值法应用于 地下水计算,但是其发展受制于其所需的大量运算, 60 年代华尔顿(WC· W alton)首次将电子计算机引入水文
资料：前人资料（参数分区图等）、抽水试验资
料
软件：mapgis、arcview（arcgis） 数据格式：.shp文件
地下水流模型——数据准备 源汇项
资料：源汇项对应基础资料 软件：mapgis、arcview（arcgis）、
vba、access
数据格式：GMS子程序包对应格式或井文件
地下水流模型——模型后处理 长观孔拟合
浅层渗透系数分区图
地下水流模型——模型后处理 流场拟合
资料：GMS导出流场数据和实测数据 软件：arcview、suefer、mapgis或arcgis 数据格式
03年12月浅层地下水流场拟合图
地下水流模型——模型后处理
模型的识别检验——流场的拟合和长观孔的拟
合
补给
均衡项 降雨入渗 模拟量 2164.42 比例 50.15%
-3902.27 413.83
53.93%
100.00%
地下水数值模拟书籍
GMS各模块介绍
GMS各模块介绍
TIN(Triangulated Irregular Net-works），三角形不规 则网格)：该模块用来形成三角形不规则网格，用以表示 空间曲面，通常用来表示相邻地层的界面，多个TINs就可 以被用来建立实体(Solid)模型或三维网格。 Boreholes钻孔数据：用来管理样品和地层这两种格式的 钻孔数据。样品数据用来作等值面和等值线；地层数据用 来建立TIN、solid实体和三维有限元网格。
GMS各模块介绍
GIS(地理信息系统）：可以将shape文件导入 模型，在mapping中通过shapes to Feature Objects将文件和属性导入map模块。
Map模块：利用GIS导入的文件和属性建立水 文地质概念模型，或者以TIFF、JEPG等图件 为底图，在图上确定表示源汇项、边界、含水 层不同参数区域的点、曲线、多边形的空间位 置，快速建立起概ds实体模型：在不规则的三角形网络
(TIN)建立完成后，通过一系列操作产生的实际 地层的三维立体模型。
Scatter(散点)：二
维与三维Scatter主要 功能是导入和管理数 据，并进行插值，完 成TIN、Grid间的数据 传输。
GMS各模块介绍
2D Mesh：包括SEEP2D模块，用来计算坝堤剖面渗漏
资料：GMS导出的观测孔数据（实测和计算） 软件：excel直接处理或vba 数据格式
地下水流模型——模型后处理 均衡分析
资料：GMS6.0以上版本导出的均衡数据 软件：excel直接处理或vba 数据格式：
地下水流模型——模型后处理 参数
资料：GMS导出的参数分区和属性、 软件：arcview、suefer、mapgis或arcgis
常用软件 基于有限差分方法的Visual Groundwater、GMS、 Visual MODFLOW 、 Processing Modflow及Visual MODFLOW Flex 地下水数值模拟软件。 基于有限元方法的FEFLOW地下水数值模拟软件。
数值模拟理论的发展
常用软件 PHREEQC是用C 语言编写的进行低温水文地球化 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。
数值模拟理论的发展
模拟任务 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 模拟的发展方向。
数值模拟理论的发展
GMS各模块介绍
2D Grid模块：将控制点数据插值后分配 到二维网格
3D Grid，是计算模块，网格建模法即在 此模块中实现。包括MODFLOW模块， MODPATH模块，MT3D模块，UTCHEM 模块，ART3D模块。
GMS各模块介绍
MODFLOW用来进行地下水流数值模拟；包括wells、 recharge、river、drain、ET以及边界等子程序包 MODPATH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。它和MODFLOW一起使用，用来描 述给定时间内的截获区、质点运移路径的长度和到达指定 位置的时间。 质点追踪包括正向追踪和反向追踪。 MT3D是三维地下水溶质运移程序，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； UTCHEM是模拟多相流和运移的模型，主要应用于抽水和 恢复。 RT3D是模拟地下水中多组分反应的三维运移模型,适合于 模拟自然衰减和生物恢复。例如自然降解、重金属、炸药、 石油碳氢化合物、氯化组分等污染物治理的模拟。