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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。