《地下水数值模拟》作业
地下水数值模拟
一、模型概化-源汇项
1、含水层垂向量作为模型的源或汇，一般可直接量化，但要根据 实际水文地质条件，决定具体量化和处理方式。
2、潜水蒸发强度随潜水位埋深而产生变化时，可建立受潜水极限 蒸发埋深约束的潜水蒸发子模型。 存在间歇性的河流、以及由于开采促使地表水体与含水层间的 水量交换发生明显改变时，应考虑建立地表水入渗子模型。
可暂且处理为 水面蒸发
ET
蒸发强度随 潜水埋深的
z
加大而减弱
ET = 0
模块及其作用
**河流边界(RIV)模块 通过河床与地表水交换 河流水位必须已知
简化处理
地下水排泄：q= C(Hcell Hriv) 河流渗漏：q=C(Hriv Hcell)
渗透系数宽度长度
导水系数C= 沉积物厚度
模块及其作用
水运动，大都是层流，符合达西定律。只有在极少数大溶洞和宽裂隙中的地 下水流，才不符合达西定律，呈紊流。 （2）平面流和三维流
在开采状态下，地下水运动存在着三维流，特别是在区域降落漏斗附近及 大降深的井附近，三维流更明显，故应用地下水三维流模型。若三维流场的 水位资料难以取得，可将三维流问题按二维流处理，但应考虑所引起的计算 误差是否能满足水文地质计算的要求。
数的空间分布规律，常采用离散化的参数概化方法（即参数分区
或参数化）来确定。
查明计算含水层与相邻含水层、隔水层的接触关系，是否有“天 窗”、断层等沟通。
一、模型概化-内部结构
1、含水介质 2、含水层空间分布 3、地下水运动状态 4、水文地质参数 1）时间概化 2）空间概化
地下水数值模拟gms应用基础和实例
地下水数值模拟gms应用基础和实例
《地下水数值模拟: GMS应用基础与实例》这本书介绍了地下水数值模拟的基本原理和应用。
以下是关于这本书的详细信息：
首先，这本书介绍了地下水运动的基本方程，包括水流运动方程、非水相流体（NAPL）运动方程和地下水中化学组分迁移方程。
其中，非水溶性液体运动方程与GMS采用的方程一致。
其次，这本书以实例为基础，详细介绍了在GMS环境下进行地下水数值模拟的全过程。
这个过程包括水文地质模型概化、几何模型建立、边界条件设定、参数赋值和反演，以及计算模拟与结果分析。
通过这本书的学习，读者可以较为深入地掌握地下水数值模拟的技术方法。
此外，这本书还介绍了地下水数值模拟中常用的模块，如TIN、Solids、Modflow2000/2005、MT3DMS、MODPATH、PEST、SEAWAT等，并详细阐述了这些模块在模拟地下水流动、地下水溶质运移、质点运移和海水入侵等过程中的应用。
最后，这本书强调了三维地质结构建模、水文地质模型概化、边界条件设定、参数反演和模型校核等关键环节在地下水数值模拟中的重要性。
此外，还介绍了如何处理GMS模型输出数据、编制相关图件以及如何进行模拟结果的三维可视化展示等内容。
总的来说，《地下水数值模拟: GMS应用基础与实例》是一本介绍地下水数值模拟
的综合性教材，适合环境、地矿、城建、水利等部门从事地下水研究的技术人员阅读，也可作为环境、地矿、城建、水利等专业的高年级本科生及研究生的教学用书。
地下水系统模拟与数值模拟方法
地下水系统模拟与数值模拟方法地下水系统是指地下水的流动、贮存和分布所构成的地下水环境系统。
地下水资源是人类生存所必需的一种重要自然资源，对生态环境和社会经济发展有着重要意义。
在地下水资源的管理和保护过程中，需要对地下水系统进行模拟和数值模拟，以便更准确地预测和评估地下水系统的水文地质特征，判断地下水资源的开发潜力和合理利用方案，为实现地下水资源的可持续利用奠定科学依据。
地下水系统模拟方法地下水系统模拟是指通过对地下水系统进行数学模型的建立和仿真，以预测和分析地下水流动、污染传递等水文地质过程的方法。
常用的地下水系统模拟方法有分析模型和数值模型两种。
分析模型是基于对地下水流动或污染物扩散方程的解析求解，分析模型简单、易懂，计算速度快，但只适用于简单的地下水流动或污染扩散问题。
其主要方法包括平衡分析法、线性和非线性回归分析法、空间分析法等。
数值模型则是通过计算机技术，以数值方法求解数学模型的过程，将地下水系统划分成有限的离散单元，通过离散化的方法，将求解大型、复杂的地下水流动或污染扩散方程转化为大量小规模的计算，从而得到地下水流动或污染传输的详细状况。
常用的数值模型包括有限差分法、有限元法、边元法等。
数值模拟方法的分析优势相比分析模型，数值模型在复杂的地下水流动和污染扩散问题中表现出更强的分析优势。
一是用途广泛。
数值模型可以应用于各种类型的地下水问题，如地下水资源、污染物传输、地下水入渗、河流与地下水交互作用、地下水流场演变分析等。
二是精度高。
数值模型可以准确地反映地下水系统的水文地质特征，得到非常细致的地下水流动和污染扩散情况，为分析和预测地下水资源的分布和变化趋势提供了更多的信息。
三是可视化强。
数值模型的结果可以通过数据处理和可视化技术轻松呈现，利用图表、三维可视化等手段，可以帮助决策者更加直观地了解地下水系统、掌握地下水资源的动态变化。
四是模型灵活性高。
数值模型可以对不同地区、不同时间段的地下水系统进行模拟和分析，从而更好地应对不同地区、不同年份的地下水管理、调控和保护问题。
地下水数值模拟论文
地下水数值模拟[摘要]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。
[关键词]地下水；数值模拟；GMS1 地下水数值模拟的一般步骤1．1 水文地质条件分析研究和了解计算区域的地质和水文地质条件，是运用数值法进行地下水资源评价的基础。
根据评价区的地质、水文地质条件、评价的任务及取水工程的类型、布局等。
合理地确定计算区域以及边界的位置和性质。
此外，对区域水文地质条件的了解，还有助于下一步进行模型识别。
为此，应查明含水介质条件、水的流动条件及边界条件等三方面。
(1)查明含水层在空间上的分布情况；含水介质厚度；含水介质透水性、储水性变化情况，做出含水层非均质分区图，即根据渗透系数K和给水度进行分区；查明主含水层与其它含水层的水力联系。
对于条件复杂的地区，应进行适当的概化。
(2)查明是承压水还是无压水；是层流还是紊流；地下水流是一维，二维，还是三维。
(3)区域边界定义了计算区域的范围，而边界条件的给定对于地下水资源的评价结果有着较大的影响。
因而查明边界空问分布形状以及边界的性质，给出边界值，是运用数值法进行地下水资源评价的重要工作。
当边界条件复杂，要给出定量数据有团难时．应通过专门的抽水试验来了解，也可以留待识别模型时来验证或修正边界条件。
在应用数值法计算之前，要用均衡法对全区进行均衡计算。
这样可以在总体上把握地下水的均衡情况，使数值计算结果更趋合理。
把地下水的各均衡项分配到各抽水时期和各剖分单元或节点上。
在均衡分析中，要特别注意与地下水位有关的均衡量的确定，如降雨人渗量、蒸发量、越流量等。
1．2 建立水文地质概念模型和数学模型实际的水文地质条件是十分复杂的，要想完善地建立描述计算区地下水系统的数值模型是困难的。
因此，应根据水文地质条件和地下水资源评价的目的．对实际的水文地质条件进行简化。
地下水数值模拟模型识别和验证方法与标准
地下水数值模拟模型识别和验证方法与标准一、数据收集与整理在进行地下水数值模拟之前，需要收集大量的数据，包括地下水水位、水质、气象、地形地貌、地质构造等信息。
这些数据需要进行整理、筛选、格式化等处理，以便用于模型的建立和验证。
二、模型建立与选择根据收集的数据和问题需求，选择合适的地下水数值模拟模型。
常见的地下水数值模拟模型包括有限差分法、有限元法、边界元法等。
模型建立时需要考虑模型的精度、计算效率、稳定性等因素。
三、模型参数识别模型参数的识别是地下水数值模拟的关键步骤之一。
参数的识别需要基于已知数据和观测数据，通过反演等方法确定。
参数识别的准确性直接影响模型的准确性和可靠性。
四、模型验证与校准模型验证是评估模型精度和可靠性的重要步骤。
通过将模型预测结果与实际观测数据进行比较，可以评估模型的精度和可靠性。
如果模型预测结果与实际观测数据存在较大差异，需要对模型进行校准或修正。
五、模型预测与评估在模型验证和校准的基础上，可以对模型进行预测和评估。
预测内容包括地下水水位、水质、流向等，评估内容包括预测结果的精度和可靠性等。
通过预测和评估，可以对模型进行不断完善和优化。
六、模型不确定性分析地下水数值模拟中的不确定性主要来源于数据的不确定性、模型参数的不确定性、模型结构的不确定性等方面。
需要进行不确定性分析，以了解模型预测结果的可靠性和精度。
七、模型适用性分析在应用地下水数值模拟模型时，需要考虑模型的适用性。
不同地区、不同地质条件下的地下水系统存在差异，需要针对具体问题进行模型的选择和应用。
同时，需要考虑模型的计算效率和稳定性等因素。
八、模型改进与优化在进行地下水数值模拟时，需要对模型进行不断的改进和优化。
改进和优化的方向包括提高模型的精度、降低计算量、提高稳定性等。
同时，需要考虑改进和优化后的模型是否适用于具体问题。
九、模型应用与决策支持地下水数值模拟模型的应用广泛，可以为决策提供科学依据。
例如，在城市规划中，可以通过模拟预测城市发展对地下水的影响，为决策提供支持。
地下水污染物迁移数值模拟分析
地下水污染物迁移数值模拟分析
近年来，随着工业化和城市化的发展，地下水污染问题得到了广泛的
重视。
地下水污染物的迁移可分为多个空间和时间尺度，但都存在很大的
不确定性。
这一不确定性对污染物的迁移是一个重要限制因素，而地下水
污染物的迁移数值模拟分析已成为识别污染物的潜在迁移路径和衰减影响
的有效方法之一
地下水污染物的迁移数值模拟分析主要采用以下几种方法：一种是采
用模型模拟地下水流动，将污染物的迁移模拟挂钩在模型上，以识别污染
物的迁移路径；另一种是采用分析技术来研究污染物的迁移特性，结合地
下水流动分析结果，推断污染物的潜在迁移方向；还能够采用实验分析技术，建立污染物的运动过程模型，并基于模型的建模结果进行估算。
通常，地下水污染物的迁移数值模拟分析包括空间处理、时间处理以
及地下水污染物的迁移处理。
在空间处理中，必须考虑地下水位变化和地
下水流的影响，并在这些参数基础上确定污染物的迁移空间范围。
而时间
处理则需要考虑污染物的持续时间，以及污染物的释放时间间隔和释放量，以推断污染物的迁移趋势。
论述岩溶地下水数值模拟
论述岩溶地下水数值模拟1 概述随着会泽铅锌矿区转入深部开采，矿床深部水文地质条件渐趋复杂，开展矿区深部地下水渗流场及矿坑涌水量动态变化的研究对矿山的生产与安全极为重要。
根据矿山厂水文地质条件，利用GMS软件对矿床不同深度的渗流场及涌水量进行数值模拟，建立矿区岩溶地下水三维数值模型进行模拟，而获取深部矿床开拓各水平涌水量的相关因素以及矿床开采地下水渗流场及涌水量变化规律为矿山计划深部的开采提供依据。
2 概化矿区水文地质条件，建立水文地质模型本次结合会泽矿山厂已有水文监测数据，概化矿区水文地质条件，建立水文地质概念模型。
矿山厂西部边界为海口组（D2h）弱透水层，具有隔水性质。
东部边界为东头压扭性断层，具隔水性质，海口组（D2h）弱透水层与东头断层在北东部相交，使北部封闭。
马坪组（C3m）紫红色泥岩层构成了矿床的南部隔水边界。
西南边为矿山厂含水层、张扭性断层，视为定水头边界。
模拟范围内矿床的充水含水层为中部碳酸盐岩含水层组（D3zg——C2w），根据矿区溶蚀裂隙含水层的组合特点及地下水动力条件可概化为非均质各向异性的无压-承压三维流。
地下水源汇项有：地下水开采量、垂直入渗补给量、蒸发量。
在对模拟区水文地质条件概化后，其物理模型可归结为：非均质各向异性无压-承压裂隙岩溶非稳定流含水系统。
3 数学模型模拟区虽然溶蚀裂隙发育不均匀，但地下水流具有统一的地下水面，水流运动基本服从Darcy定律，可以近似地运用等效双重介质渗流理论模型对其进行描述和模拟。
建立会泽矿区潜水含水层、承压水含水层数学模型。
3.1 潜水含水层数学模型3.2 承压水含水层数学模型式中为研究范围相应水文地质参数和已知条件。
矿山厂研究范围约为1.25km2，利用GMS软件实现三维网格生成7500个，节点10404个。
利用GMS软件建立三维有限差分模型。
据矿坑历年观测数据整理分析来进行模拟研究。
3.3 参数分区根据抽水试验资料或实际开采的流量和水位资料等，进行数值计算，求得水文地质参数，从而验证数学模型的真实度。
选修地下水数值模拟共43页文档
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来
地下水数值模拟课程复习
?
——任意四边形单元与典型正方形
单元之间的坐标变换所用的参数与 单元内水头插值所用的参数一致， 都是相同的单元基函数，故该方法 称为等参有限元法。
水头的近似表达式 x ? xi Ni?? x j N ?j ? xk Nk? ? xm Nm?
第五章
? 边界单元法的基本思想
? 将微分方程的基本解化为边界积分方程，将边界剖分 为有限个单元，在离散的区域边界上将边界积分方程 化为代数方程求解。
三种有限差分格式的对比
差分 方程
显式差分
隐式差分
中心式差分
hk i?1
?
2 hik
?
(? x)2
hk i ?1
?
?*
T
hk?1 i
?
?t
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h k ?1 i?1
?
2hik ?1
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(? x)2
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?
?* T
hk?1 i
?
hik
?t
1 2
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?
2hik ?1 (? x)2
有限单元方程的组成
导水矩阵
[ [ D]{H} ?
P]?? ?
dH dt
? ? ?
?
{F}
给水矩阵
基函数的积分运算
??eNi
N
j dxdy
?
? 12
??e
N
2 i
dxdy
?
? 6
??eNi dxdy
?
? 3
?il
N l ds
?
lil 2
源汇项列阵 边界列阵
等参有限元
坐标变换式：
?? x ? xi N i?? x j N ?j ? xk N k? ? xm N m?
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课后作业
（请把几次作业装订成册）
要求：1、独立完成；2、答题要求正确运用所学本课程知识，同时联系实际进行分析；
3、 逻辑清晰，内容完整，文字流畅；4、抄袭、雷同均记0分。
第一次 （小论文）:
请查阅国内外文献，就地下水数值模拟在专业领域内的前沿或应
用状况写一篇读书报告并作相关评述。
第二次：
叙述用数值模拟进行地下水资源评价的方法步骤，并阐述用数
值模拟进行地下水资源评价时对水文地质资料的要求。
第三次：
参照教材算例，运用所学计算机编程语言完成第16页 第1题
或2题（选做），给出程序和计算结果。
第四次：
1．考虑无垂向补给、排泄、均质、各向同性、等厚的二维承压
非稳定流动问题，并且边界条件为第一类，渗流区为矩形，即可用下
述定解问题描述
请运用有两种方法（一是用差商代替微商，将地下水流微分方程
问题转化为差分方程；二是直接由达西定律和水均衡原理出发建立地
下水流差分方程）分别建立地下水流动问题差分方程，并写清过程。
2．在二维承压含水层数值模拟过程中，当某局部区域水头值低于承
压含水层顶板底面高程时，原来的数值模型（原确定的方程及参数等）
还适用吗？如果不适用，应该如何修改？
0,,0,,00,000210210002222ttxHtxH
ttyHtyH
by
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by
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tHyHx
H
T
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t
s
第五次：
1. 试述解析法的缺点？
2. 试述矩形单元基函数的性质？