1、2022-7-41GMSGMS及其基本功能簡介及其基本功能簡介一、一、GMS簡介簡介二、各數值模型及功能二、各數值模型及功能三、三、GMS的建模模塊的建模模塊四、四、GMS的后處理的后處理2022-7-42一、一、GMSGMS簡介簡介GMS是地下水模型系統（是地下水模型系統（Groundwater Model System）的英文縮寫。）的英文縮寫。GMS由由Brigham Yong University的環境模型實驗室和美國軍工水道的環境模型實驗室和美國軍工水道實驗站合作開發。實驗站合作開發。GMS是具有功能強大的圖形界面、綜合化的地下水模型構建和數值是具有功能強大的圖形界面、綜合化的地下水

2、模型構建和數值模擬環境的軟件包。模擬環境的軟件包。GMS按模型前處理（建模、初值和邊界條件給定），數值模擬計算，按模型前處理（建模、初值和邊界條件給定），數值模擬計算，和后處理（數據處理、計算結果圖形圖像及動畫顯示等）結構設計。和后處理（數據處理、計算結果圖形圖像及動畫顯示等）結構設計。GMS的數值模型是由其他大學或研究機構開發，的數值模型是由其他大學或研究機構開發，GMS為這些數值模為這些數值模型提供了前處理和后處理開發程序。型提供了前處理和后處理開發程序。GMS實現了程序間的無縫聯結，而實現了程序間的無縫聯結，而所有這些程序都是開放的，提供了所有這些程序都是開放的，提供了FORTRAN程序

3、源代碼，使用戶可在程序源代碼，使用戶可在GMS基礎上進行二次開發。基礎上進行二次開發。GMS不斷更新發展，不斷更新發展，2000年推出了年推出了GMS4.0版，版，2003年新的年新的GMS5.0已通過測試，投放市場。已通過測試，投放市場。2022-7-43二、各數值模型及功能二、各數值模型及功能GMS可使用的數值模型有可使用的數值模型有11個，將其功能簡介如下：個，將其功能簡介如下：1.MODFLOW：由美國地質勘探局的：由美國地質勘探局的McDonald 和和 Harbaugh在在 1988開開發，發， 2000年推出年推出MODFLOW_2k版。版。MODFLOW用可變有限差分用可變有限

4、差分網格，單元中心算法，可求解飽和地下水的穩定和非穩定流動問題三網格，單元中心算法，可求解飽和地下水的穩定和非穩定流動問題三維數值模型。可分析的地下水流動影響因素的水文地質特性有維數值模型。可分析的地下水流動影響因素的水文地質特性有（1）各）各類地理層滲透系數；（類地理層滲透系數；（2）點源或匯（反映了潛水層及承壓層的井流特）點源或匯（反映了潛水層及承壓層的井流特性）；（性）；（3）面源或匯（反映了地表入滲或蒸發特性）；（）面源或匯（反映了地表入滲或蒸發特性）；（4）線及面）線及面元屬性（反映河渠及水庫等滲透、水位）。元屬性（反映河渠及水庫等滲透、水位）。2. MODPATH：由美國地質勘探局

5、為由美國地質勘探局為MODFLOW開發的后處理軟件，其開發的后處理軟件，其將將MODFLOW的輸出生成質點軌跡并將其顯示出來。該軟件可用于分的輸出生成質點軌跡并將其顯示出來。該軟件可用于分析污染源的擴散問題、演示污染影響區域。析污染源的擴散問題、演示污染影響區域。3.FEMWATER：是由美國環境保護署的：是由美國環境保護署的Athens實驗室和美國軍工水道實驗室和美國軍工水道實驗站在實驗站在1990年分別開發后經整合而成的三維有限元地下水數值模型。年分別開發后經整合而成的三維有限元地下水數值模型。該模型可分析地下飽和狀態和非飽和狀態下的地下水流動和輸運問題該模型可分析地下飽和狀態和非飽和狀態

6、下的地下水流動和輸運問題中的穩定、非穩定問題；還可模擬密度相關問題，這為分析海水入浸中的穩定、非穩定問題；還可模擬密度相關問題，這為分析海水入浸問題提供了有力的分析工具。問題提供了有力的分析工具。2022-7-444。 SEEP2D：是二維有限元穩定流動模型。主要用以模擬土壩、防滲樁墻區域內的二維滲流流場分析。5。 MT3DMS：是三維有限差分數值模型，用于分析地下水中的溶質間的對流、擴散和化學反應的數值模擬。MT3DMS是在完成了MODFLOW模擬后進行的，它需要MODFLOW提供網格水頭值和網格間通量值。6。 RT3D：為多物種三維模型，用于模擬自然衰減和生物恢復過程。7。 SEAM3D：

7、用于模擬復雜的生物衰減問題中的反應輸運模型。由Virginia Tech University的Mark Widdowson開發。8。 NUFT：用于模擬三相非等熱的流動、輸運模型。由Lawrence Livermore National Laboratory （國家實驗室）的John Nitao開發。9。 UTCHEM：是多相流動和輸運問題的3維有限差分模型。由德州大學 Geosystems 工程和石油中心開發。10。ADH：是3維有限元流動和輸運模型。除能模擬地下水的流動、輸運外，它還可以模擬3維 Navier-Stokes 表面流動，且具有水文自適應能力。11。ART3D ：是3維反應輸

8、運問題的解析幕景模型。用戶可隨意設置觀測點， ART3D可準確計算每一觀測點的每種物質的集度。ART3D可進行前進計算，反向計算和隨機計算。2022-7-45三、三、GMS的建模模塊的建模模塊1.TINs：不規則三角形網絡；2.Borehole Module：探孔地質資料；3.Solid Module：地理層實體；4.2D Scatter Module：2維散點；5.3D Scatter Module：3維散點；6.2D Grid Module：2維有限差分網格；7.3D Grid Module：3維有限差分網格；8.2D Mesh Module：2維有限元網格；9.3D Mesh Modul

9、e：3維有限元網格；10. Map Module：與GIS相接的水文地質概念化建模地圖模塊。2022-7-461、TINs模塊功能模塊功能TINs可將離散的點按Delauney法構建三角形網絡，可表示3維空間曲面（如地質構造層面，潛水面等）并可選用立體圖、等值線或色層圖表示；由TINs面可拉出Solid實體；兩個TINs面可填充出Solid實體；TINs可構造2D和3D有限元網格；TINs和Scatter聯用可按給定插值規律對曲面進行插值、對網格加密；可將TINs上的線段、等值線或區域轉化為Map中的弧與復蓋以表示河流及湖泊等。 TINs例子2022-7-472、Borehole 模塊的功能模

10、塊的功能Borehole用于將勘探所得水文地質資料輸入模型；Borehole可以反應潛水面；Borehole可以構造地理層次圖；Borehole可構造Horizons，進而可構造Solid實體和HUF（水文單元模型）；HUF能將Solid實體的地質參數輸入給數值計算模型。2022-7-483、Solid模塊的功能模塊的功能構造好的Solid實體可任意切割，以檢查地質地層是否滿足要求；對Solid給定的地質參數可轉換到MODFLOW中，用于計算；可將Solid實體參數轉化為HUF;Solid實體參數可轉化為網格層參數。Solid Modul 例子2022-7-494、2D和3D Scatter模

11、塊該模塊提供了多種插值方法，為其它模塊所用，如TINs、Grid和Mesh等。2022-7-4105、3D有限差分模塊有限差分模塊該模塊集成了建模、初值與邊界值給定、數值模擬計算及輸出顯示等功能；有限差分網格為可調尺寸的矩形網格；邊初值條件按點源（匯）、面源（匯）給定到網格單元上；值的給定和計算結果都可按網格的行、列、層觀察或顯示；網格具有切割顯示功能和增減行、列、層功能；在3D有限差分模塊下運算的數值模擬模型有MODFLOW、MODPATH、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、NUFT、ART3D和UTCHEM。2022-7-4116、2D及及3D有限元網有限元網格模塊格模塊 2D和3D

12、Mesh 模塊用于構建、運行和顯示有限元網格計算模型，是基本的模型計算模塊；FEMWATER、ADH和SEEP2D（2D 模型）可在該模塊下運行；在該模型下除可設置水文地質參數外還可設置不同流體性質參數；可根據求解問題，選用三棱錐、三棱柱、六面體單元；該模塊邊界條件給定方便、準確，可對單元節點和面元給定水位和通量條件，可模擬井流和給定點匯源，可分析渠道流動；在該模塊下可進行飽和和非飽和狀態下的地下水流動、輸運和軌跡跟蹤分析；模擬結果可以在有限元網格上或給定切割面用等值線、色層圖顯示 。2022-7-4127、Map 概念化模塊概念化模塊 Map 模塊提供了一組將 GIS 數據、CAD圖形文件（

13、DXT）、掃描圖文件（TIFF）、圖像文件（ JPEG）及由TINs構建的圖形轉化為地下水分析概念化模型工具；Map 為大流域地下水建模提供了強有力的工具；由Map構建的模型可直接轉化為有限差分格（3D Grid和2D Grid）和有限元網格（3D Mesh 和2D mesh）計算模擬模型；在Map中水文地質資料的輸入是以孤立點（Points）、節點（Nodes）、弧點（Vertices）、弧與弧族（Arc and Arc Group）、多邊形（Polygons）和覆蓋（Coverage）來表示；孤立點表示井流與觀測站；弧段表示河渠的滲透、位置與流向（由弧點細化）；節點表示河渠的底高和水位；多

14、邊形表示湖泊及污染源堆放地區；覆蓋表示地質屬性；上述屬性都是3維的。2022-7-413四、四、GMS的后處理的后處理GMS的后處理功能由菜單和工具窗實現；輸出結果顯示基本形式為：等值線，軌跡線，色層圖，圖像動畫；可以以平面、曲面和立體圖形顯示；輸出結果可沿X、Y、Z分層顯示，也可在隨意切割的面上顯示分析計算結果。2022-7-414第二部分第二部分 北京市地下水分析模型構想北京市地下水分析模型構想2022-7-415一、地下水資源一、地下水資源地下水資源可分為： 深層礦藏水 可開采地下水，包括： 承壓地下水 潛水地下水土壤水毛細管水重力水2022-7-416二、北京市地下水分析需解決的問題二

15、、北京市地下水分析需解決的問題可開采地下水的儲量與分布；水文周期內地下水量的平衡分析；給定區域內的可開采水量及給定開采周期內的容許開采水量分析；地下水資源隨時變化分析及地下水的近期、中和長期預報；土壤墑情預測、預報；地下水資源保護，污染源對地下水質的影響預測。2022-7-417三、地下水資源模型實現的基本條件三、地下水資源模型實現的基本條件需要有一個適用的數值模型；需要有功能強大的計算機系統；需要有適量的地質勘探資料和一定數量的觀測井；地下水資源模型的建設和校正維護是一個長期工作，一個模型須經過一個或多個水文周期（枯水年、豐水年及正常降水年）的驗證，所以需要有一個固定的單位負責這項工作，需要有一定的資金保障。2022-7-418四、模型構想與展望四、模型構想與展望GMS系統對地下水資源分析是較為全面而適用、易用的軟件系統；將建設的并行計算機為地下水分析模型提供了硬件保證；近期計劃：在2005年底前，將GMS應