Visual MODFLOW及其在地下水模拟中的应用

Visual MODFLOW是目前国际上最盛行、且被各国一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件,它具有强大的可视化与模拟功能。本文介绍了Visual MODFLOW可视化三维地下水流动模拟软件的特点及设计理论基础,并探讨了在地下水模拟应用中应注意的几个问题。     

LUSAS软件包在水工建筑物分析中的应用

最新开发了一套模拟软件LUSAS以测试各类建筑物，包括复杂的水工建筑物，并介绍了该软件包应用于几座大坝所获得的经验。     

SAPTIS:结构多场仿真与非线性分析软件开发及应用(之四)

本文重点介绍大型结构多场仿真与非线性分析软件SAPTIS的水管冷却模拟功能及其在工程的应用情况,SAPTIS软件可提供等效算法和精细算法两种模拟水管冷却效果的功能,文中分别从平面二维和空间三维的角度对比分析了等效算法和精细算法的异同点所在,等效算法可以从平均意义上模拟水管冷却效果,具有计算简单、规模较小的特点,而精细算法则可以以较高的精度模拟出水管周边的温度分布,但需要进行精细网格剖分,计算工作量大。因此,相对而言,等效算法在工程中的适用性更好,应用也更为广泛;文中最后简要介绍了水管冷却模型在国内几个特高拱坝中应用的实例。     

分布式水文模型软件系统MWEasyDHM 简介

本文介绍了分布式水文模型EasyDHM模型的软件系统MWEasyDHM,主要由4个部分组成：（1）面向水文分析的通用GIS软件;（2）前处理模块;（3）模拟模块;（4）后处理模块。其中面向水文分析的通用GIS软件以开源GIS软件MapWindow为基础开发,并包括了其他模块所涉及的基本GIS功能;前处理模块包括基于DEM的水文分析组件,模型参数推求模块和降水量、气象数据插值模块;模拟模块提供了实时计算功能,能实时查看模拟结果;模型后处理模块包括了模型参数自动识别、运算结果统计分析及以表格、图表等方式对模拟结果的展示。MWEasyDHM的开发解决了分布式水文模型快速建模及率定的难题,并为将来升级开发及大范围推广应用奠定了基础。     

水环境数学模型与人工湿地模拟

水环境数学模型这种高效、经济、简便的模拟工具有了长足的发展,欧美国家开发出QUAL,MIKE,WASP,SWM,FEFLOW等多种水环境模拟软件,并在河流、湖泊、河口、海岸等水环境预测和水污染控制中得到广泛应用。人工湿地是一种借鉴天然湿地净化污水功能的生态技术措施,近年来在世界各地逐渐得到广泛研究与应用;人工湿地数学模型与数值模拟也正在成为一项重要的研究内容。由于人工湿地处理污水技术内在机理复杂,目前尚未形成通用的人工湿地数学模型与应用程序。鉴于水环境模拟软件的广泛成功应用及模型结构的开放性,利用成熟的水环境模型工具进行人工湿地数值模拟是一种有效途径;模拟应用时需结合湿地特性对模型程序进行适用性分析、并作必要的前后处理。     

FeFlow和MODFlow在地下水动态模拟中的应用对比

地下水作为我国城市发展和工农业发展的重要物质基础,对地下水流动进行动态模拟分析是地下水合理利用和科学管理的重要内容。本综述将FeFlow和MODFlow地下水模拟软件在地下水动态模拟预测的应用作对比,分析比较两者之间的优缺点以及存在的局限性,为在地下水研究领域中选取应用适当的模拟软件提供理论参考。     

对栾城地区降雨蒸发条件下的土壤水分运动模拟研究

数值模拟方法是评价地下水资源量、模拟自然界一些水文地质过程发生和发展的主要方法和手段之一。 HYDRUS－1D 是用于模拟变量饱和孔隙介质中水流和溶质运移的模型软件。本文应用 HY－DRUS－1D 软件,模拟了河北省栾城县实验地在降雨蒸发条件下的土壤水分运动情况。通过对模型的校正与识别,得出了栾城地区的水分运动形式。     

基于HEC-RAS的面板坝溃口模拟研究

介绍了HEC-RAS软件的功能,着重分析了面板坝的溃决过程,并对溃口处流量、水位的变化规律进行了初步归纳。通过对面板坝溃决过程的分析研究,提出了一种基于HEC-RAS软件面板坝一维溃决的溃口发展模拟方法。拟定了基于传统方法和此溃口方法对大桥水库进行溃坝模拟,得到两种方法下溃口处的水位流量过程数据,对模拟结果进行了对比。结果表明,此溃口模拟方法更适合于面板坝的溃决过程模拟。     

地下水数值模拟研究与应用进展

工农业的快速发展,使得大量污染物随着降雨径流入渗进入地下水,对地下水资源产生了严重威胁。由于对地下水污染物的实时监测具有一定难度和较高的经济成本,地下水模拟软件应运而生。系统分析了GMS、FEFLOW、Visual MODFLOW、Visual groundwater、MT3DMS、TOUGH2等地下水模拟软件的结构、模型求解方法、功能及优缺点等,总结了软件在水流、地下水水位和污染物运移数值模拟的应用进展。最后,进行了展望,提出地下水数值模拟软件与3S技术集成、与人工神经网络等系统预测方法结合、气候变化模型与多相模型及地表水-地下水模型等耦合开发以及结构优化等发展趋势。以期为地下水动力学和污染物运移模拟及海绵城市建设提供参考。     

水利高性能计算的进展

针对水利信息化对精细模拟与高性能运算提出的愈来愈高的要求,在简单介绍高性能计算的硬件、软件环境及其在水利上的几个应用实例后,着重介绍了并行有限元法、并行边界元法的一些进展以及网格技术的最新进展。指出从网络到网格是高性能计算发展的最新方向,应以网格平台支持、促进水利信息化进程。     

地下水数值模拟的建模方法及应用

地下水数值模拟作为预测、评价地下水资源的工具在解决具体的水文地质问题过程中起着日益重要的作用。本文通过地下水模拟软件中具有代表性的GMS,阐述了它的一些基本特点,以及它在地下水模拟过程中的建模方法,并给出了一个计算实例。     

基于Monte Carlo方法的地表水地下水耦合模拟模型不确定分析

为分析参数的不确定性对地表水地下水耦合模拟模型输出结果的影响,本文运用Monte Carlo方法对地表水地下水耦合模拟模型进行不确定性分析,并根据不确定性分析结果进行生态恶化风险评估。以石头口门水库上游饮马河汇水流域为例,建立地表水地下水耦合模拟模型,并运用HydroGeosphere(HGS)软件求解。利用局部灵敏度分析方法甄选出耦合模拟模型中灵敏度较高的参数,作为随机变量。最后,运用Monte Carlo方法对耦合模拟模型进行不确定性分析。为了减少不确定性分析过程中的计算负荷,应用Kriging方法,建立耦合模拟模型的替代模型。结果表明:地表水地下水耦合模拟模型中灵敏度较高的参数为渗透系数、孔隙度和曼宁粗糙系数,其中渗透系数的变化不仅对耦合模型中地下水水位产生影响,也对地表水流量产生影响;Kriging替代模型可以在保证一定精度的条件下大幅度减少计算负荷;风险评估结果表明,在当前的水资源开发利用条件状态下,研究区地下水生态环境恶化风险的概率为6%,地表水生态环境恶化风险概率为15%。     

应用数值技术揭示开采地下水对河道径流量的影响

利用VisualMODFLOW软件,模拟河流基流的减少、河流入渗的增加两个过程在抽水期间和抽水后期的地下水位场变化,直观的揭示了开采地下水对河道径流量的影响.得出:开采是导致研究区下游地下径流排泄量呈现逐年减小的趋势.从整体水均衡来看,模拟区含水层2001年至2004年都处于负均衡状态,说明该区地下水已出现超采现象.     

水文地球化学模拟研究与应用

简要介绍了水文地球化学模拟中饱和指数以及质量平衡模拟的概念,并以宁夏泾源县10个地下水样点为例,采用质量平衡模拟方法,运用PHREEQC地球化学模拟软件,计算了各水样点矿物的饱和指数及模拟路径上矿物(气体)的溶解(沉淀)量。结果表明:泾源县地下水水化学成分主要由钠长石、白云石、石膏和岩盐的溶解及方解石和钠蒙脱石的沉淀物组成。通过水文地球化学模拟,可以深入了解某一地区的水化学演化规律,对缓解水资源短缺矛盾,保护水资源与水环境等具有重要的意义。     

南水北调供水前后京杭运河梁济段沿岸地下水埋深变化预测研究

运用地下水模型软件Visual Modflow建立了地下水数值模拟模型,并利用模型对梁济运河沿岸南水北调受水区进行了地下水数值模拟和趋势的预测。预测结果表明,在预测过程中降水及蒸发量未做改变,河流水位相应提高。在数值模型模拟期末,地下水埋深在京杭运河济宁段的西岸附近在7 m~8m左右,而在预测末期,地下水埋深变为1 m~2 m左右,变化幅度超过5 m,地下水埋深等值线相对密集,说明河流水位的抬升,对地下水位的影响不容忽视。     

深埋煤层采动覆岩渗透能力变异与地下水响应模拟

针对西部深埋矿区煤炭资源开发对地下水扰动的相关研究不足的问题,依据弹塑性相关理论,利用多物理场数值模拟软件(COMSOL),研究了深埋煤层采动覆岩渗透能力变异与地下水的响应规律,模拟得出案例矿井在不同采动应力状态区覆岩渗透能力变化具有差异性:采动覆岩应力拉伸区岩体的渗透率相对增大,在采掘空间的直接顶渗透率增大26%,在地表沉陷盆地边缘增大3%;覆岩压缩区渗透率相对减小,在煤岩柱两侧渗透率减小43%,在采掘空间正上方约300m处渗透率减小18%。由于采掘后井下采掘空间直接与大气联通,形成了以导水裂缝带范围为中心的水压降落漏斗,导致垂向水力梯度与流速加剧;而在煤层顶板300m以上范围,水压水头基本为原始状态。研究成果为我国干旱与半干旱矿区煤-水资源合理开发、科学管控提供技术依据。     

间歇性输水条件下塔里木河下游地下水时空变化模拟

为确定适宜的输水策略以实现塔里木河下游地下水位的快速抬升,提高生态系统的恢复力,运用GMS软件构建了塔里木河下游地下水动态模拟模型,设计单阶段、双阶段和多阶段输水情景模拟预测了地下水对不同输水情景的时空响应特征。结果表明：制定输水策略时应保证年输水量大于有效水量,当输水总量一定时,延长输水时间、扩大输水间隔有助于地下水位的快速抬升;最佳输水策略是以1月和3—11月为输水期分两个阶段输水4 500万m³;地下水埋深和水位变化量沿河道对称分布,地下水埋深与距河道两侧距离成正比,地下水位变化量和抬升量与时间成反比。     

某厂区防渗工程地下水数值模拟

根据某厂区的水文地质条件,在建立水文地质数学模型的基础上,运用有限差分数值计算软件对该厂区地下水的渗流规律进行数值分析,并运用其跟踪模拟子模块对该厂区地下水的水质点进行了粒子示踪模拟。通过研究区埋设的孔隙水压力计测试成果的验证,该模型模拟结果与厂区地下水渗流场的实际情况较为吻合,即厂区地下水会从西北部地区向西南部和南部的梅坝溪及东北部的下道湖溪渗流。模型可用于该厂区地下水动态模拟和预测,及污染物运移途径研究,可以为厂区的防渗工程提供可靠依据。