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。     

基于GMS的北京市朝阳区地下水环境数值模拟与预测分析

为研究北京市朝阳区地下水压采过程中硝酸盐污染发展趋势,基于近年来地下水观测资料及钻孔资料,利用地下水数值模拟软件GMS,建立地下水水流和溶质运移耦合模型,对研究区地下水硝酸盐的迁移扩散进行了数值模拟,并分别预测了5 a后在丰水年、平水年和枯水年三种情景下硝酸盐的分布状况和浓度变化趋势.研究表明:地下水压采过程中,研究区...     

改进的新安江模型多目标参数优化 ——以临涣集流域为例

平原灌区水文过程受人类开采灌溉影响较大,地表水与地下水物质能量交换频繁,单目标率定方法难以同时有效模拟该区流量和地下水埋深过程。对此,在新安江模型基础上加入地下水蓄水库,构建地表-地下水耦合模型,建立包含流量与地下水埋深信息的多目标函数。采用MCAT分析流量和埋深单目标以及多目标下的参数敏感性,用SCE-UA算法率定遴选出的敏感参数,比较单目标和多目标率定结果。结果表明,该多目标参数优化方法显著提高了工作效率,解决了单目标率定中无法同时达到流量与地下水埋深过程模拟高精度的问题。模型在临涣集流域的耦合模拟中取得较好效果,为平原灌区地表水与地下水动态模拟和水资源评价提供参考。     

汾泉河平原水文模型在防洪除涝水文计算及水资源评价方面的应用

汾泉河平原水文模型设置了模拟平原区水分下渗运动特点的产流机制,运用土壤水非饱和水分运动理论模拟潜水蒸发机制,运用非线性水库模拟地下水出流机制。模型运用降雨及蒸发资料,可以模拟全年逐日河川径流过程、降雨入渗补给地下水过程、地下水出流过程、土壤植物蒸散发、潜水蒸发过程及地下水过程四方面的实测资料来检验,模型参数合理可靠。模型在淮北平原七个流域进行了扩大检验均取得了好的效果。由于模型的功能较全面,该模     

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。     

地下水数值模拟与可视化建模系统框架研究

针对现有孔隙地下水有限元数值模拟在三维可视化与空间分析等方面存在的不足,以有限元数值计算方法和3D GIS平台为基础,结合GIS空间分析算法和计算机图形学理论,提出了孔隙地下水有限元分析过程的概念模型的构建、含水层介质的空间离散、水文地质参数提取与赋值等关键步骤,给出了孔隙地下水有限元数值模拟过程在3D GIS下的实现方法和技术框架。该技术框架旨在简化有限元分析流程、优化模型计算效率、实现地下水有限元数值模拟过程及计算结果的三维可视化。结果表明:基于3D GIS构建的三维水文地质模型,可充分反映地下水系统在3D空间上的分布特征,形成合理的水文地质概念模型,所提出的自适应格网动态生成机制,能够有效改进有限元数值模拟精度和效率。     

基于三维非稳定渗流分析的隧洞开挖地下水环境影响评价

水利工程中隧洞施工通常采用全部开挖完成再衬砌的方法。如针对开挖施工的短暂状态采用稳定渗流计算分析其对地下水环境的影响,并不符合实际,且往往会夸大地下水位降落的幅度和影响范围,因此采用非稳定渗流数值模拟技术来评价将更为合理。以某水电站发电引水隧洞施工为例,采用饱和-非饱和非稳定渗流理论,建立了引水隧洞区域的三维有限元模型,对隧洞开挖过程中区域地下水非稳定渗流场进行了数值模拟,总结分析了隧洞从开始挖掘到贯通过程的地下水变化规律并进行地下水环境影响评价。结果表明:采用三维非稳定渗流分析预测隧洞开挖过程中地下水位降落和降落漏斗扩大的过程是可行的;该工程引水隧洞开挖对该区域地下水影响较小,地下水补排关系总体无变化。     

Processing Modflow软件在地下水污染防治中的应用

ProcessingModflowforWindows是国际上较为先进的模拟地下水流动和污染物在地下水中输移的软件，它操作简便，界面良好，可用来模拟多种地下水流动和污染情况．介绍了该软件的原理、功能和使用方法，针对海河流域普遍存在的排污河，运用该软件对地下水污染的范围和程度进行了估算和预测。     

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。     

地下水典型连通示踪模型的数值模拟

地下水连通示踪试验总是直接体现地层中强导水带（区）的介质和水动力特征,包括强导水带（区）的结构特征、地下水渗流速度和弥散度等。通过建立地下水连通示踪试验4类20个代表性的地质模型,并用Visual MODFLOW模拟它们的示踪剂运移过程及对模拟结果进行分析,总结出了地下水连通示踪试验的适用条件,给出了示踪剂使用量、观测周期的建议值,获得了地下水连通示踪曲线的一般规律,这对地下水连通示踪试验的实施及示踪成果的解译具有一定的指导意义。     

塔里木河流域中游绿洲地下水资源评价——以沙雅县为例

地下水资源是我国西部地区水资源的主要组成部分,对地下水资源全面科学的调查和评价,是解决水资源问题的基础性工作。本文尝试采用水均衡方法的同时进行数值模拟的方法对塔里木河流域中游绿洲沙雅县地下水水资源进行评价。结果表明:通过地下水资源均衡计算,绿洲地下水处于正均衡状态,通过数值模拟法计算,绿洲地下水处于负均衡状态。水均衡方法对较大区域地下水资源评价方便易行,但是局部地区精细化计算能力不足,由于多数补给项采用补给系数法计算,结果误差偏大;数值模拟方法对各种尺度研究区均可以进行模拟计算,但是对已有基础资料要求较高,模拟过程充分考虑实际水文地质条件及地下水位动态拟合精度,各源汇项计算精度优于水均衡评价方法结果。两种方法结合应用可更好地用于地下水资源评价。对沙雅县的地下水资源进行评价和分析,目的是科学合理开发利用地下水,保持水土平衡,促进沙雅县经济可持续发展。     

GMS在地下水污染质运移数值模拟预测中的应用

利用地下水模型系统软件GMS,对研究区污染物在地下水中污染运移进行数值模拟.根据模拟结果,规划基地的防渗减小了对地下水的污染影响.建议加强监测,在做好防渗的同时,开展水力调控措施研究,降低地下水污染应急处理的技术难度.     

SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算及应用

为了准确模拟区域地下水动态变化,将地表水SWAT模型与地下水MODFLOW模型进行耦合计算。根据SWAT分布式模型的特点,以其水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型的有限差分网格(cell)作为基本交换单元,将SWAT模型计算的地下水补给量和潜水蒸发量引入MODFLOW模型的地下水补给(RCH)模块和潜水蒸发(EVT)模块中,并将其应用于徐州市张集地区的地下水模拟计算。结果表明,SWAT模型与MODFLOW模型的耦合计算能准确模拟和预测该地区的地下水水情及其地表水和地下水之间的相互作用。     

地表水与地下水的联合调蓄及其供水风险性分析

本文阐述了年调节水库与地下水联合调蓄的模拟分析方法,并通过对石佛寺水库地表水与地下水联合调蓄模拟计算,提出了石佛寺平原水库地表水与地下水联合调蓄的供水规模及其运行方式。建立风险分析模型,进行了供水系统的风险性分析。     

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。     

Application of Genetic Algorithms and Artificial Neural Networks in Conjunctive Use of Surface and Groundwater Resources

Abstract

In this paper, a methodology for conjunctive use of surface and groundwater resources is developed using the combination of the Genetic Algorithms (GAs) and the Artificial Neural Networks (ANN). Water supply to agricultural demands, reduction of pumping costs and control of groundwater table fluctuations are considered in the objective function of the model. In the proposed model, the results of MODFLOW groundwater simulation model are used to train an ANN. The ANN as groundwater response functions is then linked to the GA based optimization model to develop the monthly conjunctive use operating policies. The model is applied to the surface and groundwater allocation for irrigation purposes in the southern part of Tehran. A new ANN is also trained and checked for developing the real-time conjunctive use operating rules.

The results show the significance of an integrated approach to surface and groundwater allocation in the study area. A simulation of the optimal policies shows that the cumulative groundwater table variation can be reduced to less than 4 meters from the current devastating condition. The results also show that the proposed model can effectively reduce the run time of the conjunctive use models through the composition of a GA-based optimization and a ANN-based simulation model.     

坝址区渗流场模拟的可靠性分析

本文针对坝址区渗流场模拟结果的可靠性问题，简要介绍了渗流随机模拟方法，以拉西瓦坝址区为例，采用条件模拟的顺序指示模拟方法，对岩体渗透系数作了大量模拟，建立了描述三维渗流场的数值模拟模型，进行了渗流场的100次模拟，并进一步对渗流模拟的结果作了统计分析。结果表明，渗透系数的条件模拟很好地表征了坝址区岩体渗透性特征，渗流随机模拟可定量分析模拟结果的可靠性，可为重大工程设计提供切实可行的依据。     

Method of coupling 1-D unsaturated flow with 3-D saturated flow on large scale

A coupled unsaturated-saturated water flow numerical model was developed. The water flow in the unsaturated zone is considered the one-dimensional vertical flow, which changes in the horizontal direction according to the groundwater table and the atmospheric boundary conditions. The groundwater flow is treated as the three-dimensional water flow. The recharge flux to groundwater from soil water is considered the bottom flux for the numerical simulation in the unsaturated zone, and the upper flux for the groundwater simulation. It connects and unites the two separated water flow systems. The soil water equation is solved based on the assumed groundwater table and the subsequent predicted recharge flux. Then, the groundwater equation is solved with the predicted recharge flux as the upper boundary condition. Iteration continues until the discrepancy between the assumed and calculated groundwater nodal heads have a certain accuracy. Illustrative examples with different water flow scenarios regarding the Dirichlet boundary condition, the Neumann boundary condition, the atmospheric boundary condition, and the source or sink term were calculated by the coupled model. The results are compared with those of other models, including Hydrus-1D, SWMS-2D, and FEFLOW, which demonstrate that the coupled model is effective and accurate and can significantly reduce the computational time for the large number of nodes in saturated-unsaturated water flow simulation.     

Integrated Modeling of Global Change Impacts on Agriculture and Groundwater Resources

The GLOWA-Danube research cooperation has developed the integrated simulation system DANUBIA to simulate water-related influences of global change in different spatial and temporal contexts. DANUBIA is a modular system comprised of 17 dynamically-coupled, process-based model components and a framework which controls the interaction of these components with respect to space and time. This article describes approaches and capabilities of DANUBIA with regard to the simulation of global change effects on agriculture and groundwater. To the agriculture-groundwater-relation, the direct effects that climate change has on the water balance are just as important as decisions made by land managers about land use and farming intensity. This article provides firstly a brief review of the research efforts which have been undertaken in the field of integrated modeling of agriculture and groundwater under conditions of global change. Then, the DANUBIA simulation framework and the associated DeepActor-framework for simulation of decision-making by agricultural actors are presented together with the model components which are most relevant to the interactions between agriculture and groundwater. The approach for developing combination climate and socio-economic scenarios is explained. Exemplary scenario results are shown for the Upper Danube Catchment in Southern Germany. Finally issues related to integrated simulation of global change effects on agriculture and groundwater are discussed.