地下水建模软件横向评比

2015-03-31朱海宝

地球 2015年10期

关键词：运移含水层可视化

■朱海宝

（广东省地质局第七地质大队广东惠州 516001）

地下水建模软件横向评比

■朱海宝

（广东省地质局第七地质大队广东惠州 516001）

水文工作中常遇到地下水建模问题。对常用的建模软件GMS、Visual MODFLOW等进行横向评比。

地下水数值模拟建模软件评比

0 引言

在水文工作中常遇到地下水建模问题，如深基坑开挖排水、地下水环境影响评价以及矿山的矿坑涌水量预测等。模拟目的是预测地下水未来动态，为水质和水量的评价提供理论依据。我们在实际工作中常用到的软件主要有GMS、Visual MODFLOW、Groundwater、PHREEQC及HST3D。现针对上述软件进行评比。

1 GMS

Groundwater Modeling System，简称 GMS，是美国 Brigham Young University的环境模型研究实验室和美国军队排水工程试验工作站在综合各主要地下水模型而开发的可视化三维地下水模拟软件包。

软件模块多，功能全，几乎可以用来模拟与地下水相关的所有水流和溶质运移问题。其可进行水流模拟、溶质运移模拟、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；可视化和打印二维(三维)模拟结果。同其它类软件相比，GMS软件除模块更多之外，各模块的功能也更趋完善。其优点包括：概念化方式建立水文地质概念模型；前、后处理功能更强；优良的三维可视化效果；版本不断更新，功能不断完善。

2 Visual MODFLOW

是综合已有的MOD-FLOW、MODPATH等地下水模型而开发的可视化地下水模拟软件，可进行三维水流模拟、溶质运移模拟和反应运移模拟。软件最大的特点是易学易用。合理的菜单结构、友好的界面和功能强大的可视化特征和极好的软件支撑使之成为许多地下水模拟专业人员选择的对象。

Visual MODFLOW分为输入模块、运行模块和输出模块。这些模块之间紧密连接以建立或调整模型输入参数、运行模型、显示结果(以平面和剖面形式)。Visual MODFLOW的特别设计将模拟的复杂性降到最小，用户的工作效率达到最高。输入模块包括网格设计、抽水井、参数、边界条件、质点、观察井、区段预算等。输出模块可自动地阅读每次模拟结果，可输出等值线图、流速矢量图、水流路径图、区段预算和打印，并可借助Visual Groundwater软件进行三维显示和输出，如三维等值面和三维路径。其优点包括：软件主界面较人性化；提供了更为强势的输入、修改、分析、显示等功能；国际通用性较好。

3 Visual Groundwater

由加拿大Waterloo水文地质公司开发的地下数据和地下水模拟结果三维可视化与动画软件，是唯一的一个主要用于地下水模拟后处理的三维可视化软件包，它将图形技术与专业工具有效结合，用于处理、显示、动画包括地层、土壤污染带、地下水高程、地下水浓度、地下水模拟结果等在内的复杂的地下水表面数据。与模拟软件集成使用，就可以构建可视化功能强大的地下水模拟平台环境。

软件有一个钻孔数据管理系统，用于方便地输入和处理地形、地质、土壤化学，地下水高程以及地下水化学数据等。

它提供了一个屏幕交互环境来显示、操纵、解译二维和三维图形对象数据，这些对象数据包括外形对象、线对象、变形切片、体表面等。它提供了一个专业的数据操纵系统，这种系统能够很容易地对带有异步时间步长的多重数据集同时旋转和动画，这种实时动画目前用绝大多数其它的三维可视化软件还无法实现。它还可以让使用者对每一个切片和对象选择颜色和透明级别。其优点主要在于强大的可视化能力。

4 PHREEQC

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。正向模拟能根据给定的反应机理来预测水的组分和质量的转移，可进行下列计算：配分和饱和指数计算；一次投药反应和一维运移计算，包括可逆和不可逆反应，双重介质的对流、弥散(扩散)和反应耦合。

软件输入是由关键词数据块组成的。每一数据块都是从带有关键词(和其它可能附加数据)的行开始的，以后各行都是与关键词有关的数据。每一个数据块都是按一定的句法组成的自由格式。在运行开始时，PHREEQC从数据文件中阅读关键词及其相关数据，以确定元素、交换反应、表面配合反应、矿物相、气体组分和速率表达式。其优点主要在于强大的热力学数据库供输入和运行使用。

5 HST3D

HST3D是一个三维热及溶液运移模型 (3DHeat&Solute Transport 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。

功能主要有：评价井的性能，包括井孔类型；分析密度和粘变可变的饱和区水力驱动流、热和溶液运移；进行地下水水流、热或溶质运移耦合模拟或单独进行地下水流模拟；预测化学组分迁移，包括填埋场污染物运移；预测废物向盐水含水层的注入；分析盐水含水层中淡水及滨海含水层盐水入侵；分析含水层中液相地热系统和热储藏；模拟原生水中海水处置及迁移；模拟复杂的三维含水层中单组分污染物的迁移；模拟水障、底垫和水质保护系统。其优点主要是通过VC++编程实现了热运移模拟程序前后可视化处理,提高了其模型的易用性。