消防安全評(píng)估軟件地下水模擬

    近年來(lái)，地下水的研究，已經(jīng)成為我國(guó)城市化發(fā)展過(guò)程中的領(lǐng)域。地下水資源的保護(hù)與開(kāi)發(fā)，都關(guān)系著整個(gè)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，也與老百姓的生活息息相關(guān)。由于地下水污染與地表水污染有著明顯的不同，具有長(zhǎng)期性、復(fù)雜性、隱蔽性等。

        對(duì)地下水進(jìn)行數(shù)值模擬，已經(jīng)成為當(dāng)前行業(yè)內(nèi)解決地下水問(wèn)題的主要手段。上有上百種數(shù)值模擬軟件，但基于地下水系統(tǒng)的復(fù)雜性，截止到現(xiàn)在為止，還沒(méi)有一種地下水軟件能夠徹底解決地下水問(wèn)題。本文將為從業(yè)者介紹幾款主流的地下水行業(yè)軟件。

一、GMS 地下水模擬軟件

1、基本情況

GMS 軟件，全稱(chēng)為（Groundwater modeling system），是由美國(guó)Brigham Young University 的環(huán)境模型研究實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)軍隊(duì)排水工程試驗(yàn)工作站在綜合MODFLOW、FEMWATER、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、MODPATH、SEEP2D、NUFT、UTCHEM 等已有地下水模型的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的綜合性的、用于地下水模擬的圖形界面軟件。2007年4月，GMS軟件開(kāi)始轉(zhuǎn)由美國(guó)的Aquaveo, LLC.公司進(jìn)行研發(fā)及運(yùn)營(yíng)。GMS軟件在環(huán)境保護(hù)與評(píng)價(jià)、水資源利用與管理、建筑、采礦等行業(yè)廣受歡迎，其操作界面由下拉菜單、編輯條、常用模塊、工具欄、快捷鍵和幫助條六部分組成，截止至2017年01月，GMS軟件已經(jīng)至10.2版本。

2、GMS軟件的

1） 模塊多、功能全，幾乎可以用來(lái)模擬與地下水相關(guān)的水流與溶質(zhì)運(yùn)移問(wèn)題。

2）概念化方式建立水文地質(zhì)概念模型

3）含有制圖模塊，在不借助軟件的情況下，進(jìn)行邊界、參數(shù)分區(qū)、補(bǔ)給條件和排泄條件的繪制、復(fù)制等

4） 前處理和后處理功能都比較，與GIS接口較好。

5） 數(shù)據(jù)錄入方便，其格式可以用excel、文本等多種格式，要的錄入文件，也要進(jìn)行文件轉(zhuǎn)換。

6）自檢查“校正目標(biāo)”功能可便利的調(diào)試模型。

3、GMS軟件主要模塊介紹

• TINs–(Triangulated Irregular Net-works）, 三角形不規(guī)則網(wǎng)格：該模塊用來(lái)形成三角形丌規(guī)則網(wǎng)格，用以表示空間曲面，通常用來(lái)表示相鄰地層的界面，多個(gè)TINs就可以被用來(lái)建立實(shí)體(Solid)模型或三維網(wǎng)格。

• Boreholes-鉆孔數(shù)據(jù)：用來(lái)管理樣品和地層這兩種格式的鉆孔數(shù)據(jù)。樣品數(shù)據(jù)用來(lái)作等值面和等值線(xiàn)；地層數(shù)據(jù)用來(lái)建立TIN、solid實(shí)體和三維有限元網(wǎng)格。

• Solid-構(gòu)造好的Solid實(shí)體可任意切割，以檢查地質(zhì)地層是否滿(mǎn)足要求；對(duì)Solid給定的地質(zhì)參數(shù)可轉(zhuǎn)換到MODFLOW中，用于計(jì)算；可將Solid實(shí)體參數(shù)轉(zhuǎn)化為HUF; Solid實(shí)體參數(shù)可轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格層參數(shù)。

• 2D Mesh-SEEP2D模塊，用來(lái)計(jì)算壩堤剖面滲漏的二維有限元穩(wěn)定流模型。可以用于模擬承壓和無(wú)壓流問(wèn)題，也可以模擬飽和和非飽和帶的水流；對(duì)無(wú)壓流問(wèn)題，模型可以只局限亍飽和帶。根據(jù)SEEP2D的結(jié)果可以作出的流網(wǎng)。

• 2D Grid-模塊：將控制點(diǎn)數(shù)據(jù)揑值后分配到二維網(wǎng)格。

• 2D Scatter Point、3D Scatter Point：該模塊提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和多種揑值方法，為模塊所用，如TINs、Grid和Mesh等。

• 3D Mesh-FEMWATER模塊，用來(lái)模擬飽和流和非飽和流環(huán)境下的水流和溶質(zhì)運(yùn)移的三維有限元耦合模型，還可用于模擬咸水入侵等密度變化的水流和運(yùn)移問(wèn)題。

• 3D Grid -是計(jì)算模塊，網(wǎng)格建模法即在此模塊中實(shí)現(xiàn)。MODFLOW模塊，MODPATH模塊，MT3D模塊，UTCHEM模塊，ART3D模塊。

• Map -提供了一組將 GIS 數(shù)據(jù)、CAD圖形文件（DXT）、掃描圖文件（TIFF）、圖像文件（ JPEG）及由TINs構(gòu)建的圖形轉(zhuǎn)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(qiáng)有力的工具；由Map構(gòu)建的模型可直接轉(zhuǎn)化為有限差分格（3D Grid和2D Grid）和有限元網(wǎng)格（3D Mesh 和2D mesh）計(jì)算模擬模型；

• GIS - 允許用戶(hù)操作使用ESRI類(lèi)型的GIS數(shù)據(jù)，例如形文件。

4、GMS軟件界面及模擬效果展示

鉆孔、實(shí)體模型、插值及地層橫切面三維展示

MODFLOW計(jì)算水頭三維展示

MODPATH井篩管追蹤跡線(xiàn)三維展示

溶質(zhì)浐度三維展示

網(wǎng)格法地層的三維展示

Map-真實(shí)影像的地表高層覆蓋展示

3D Mesh-地表高程的三維展示

5、GMS軟件建模應(yīng)用

1） 研究位于中國(guó)某省的農(nóng)場(chǎng)，面積約1500平方公里，對(duì)“節(jié)水增糧”規(guī)劃罐區(qū)開(kāi)采地下水資源進(jìn)行論證。

2） 采用GMS軟件建立某市某區(qū)非均質(zhì)各向異性三維非穩(wěn)定流數(shù)學(xué)模型，為該市科學(xué)管理地下水資源提供依據(jù)

3） 利用GMS系統(tǒng)中的MODPATH模型，對(duì)礦井防治水研究領(lǐng)域進(jìn)行模擬計(jì)算。

二、Surfer三維繪圖軟件（等高線(xiàn)、image map， 3d surface等）

1、基本情況

Surfer軟件，是美國(guó)Golden Software公司的繪圖軟件，是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)、的等值線(xiàn)圖和三維文體圖形繪圖軟件。Surfer廣泛應(yīng)用于地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、農(nóng)學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)等相關(guān)學(xué)科，大多用于變量數(shù)據(jù)的分析、插值和圖形繪制。截止至2017年01月，Surfer軟件已經(jīng)發(fā)行了V14的版本。

2、Surfer軟件可繪制的圖形有

• 等值線(xiàn)圖

• 張貼圖

• 三位表面圖

• 基面圖

• 矢量圖

• 覆蓋地圖

• 影像圖

• 三維線(xiàn)框圖

• 漸變地形圖

3、Surfer軟件在地下水環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

通過(guò)地下水監(jiān)測(cè)井取得地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，整理為Surfer軟件能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)文件。例如：.els; .dat.;txt等，通常，研究人員常用的是excel格式文件。

在經(jīng)過(guò)前期數(shù)據(jù)處理后，就可以用Surfer軟件繪制三維圖了。如繪制某市地下水位等值線(xiàn)圖；繪制某市地下水位流場(chǎng)圖等。

4、Surfer軟件在界面展示

三、EVS 可視化地質(zhì)建模軟件

1、基本情況

EVS 軟件，全稱(chēng)為（Earth Volumetric Studio），是由美國(guó)C Tech公司研發(fā)的一款基于windows的軟件包。EVS軟件的前身為 EVS Pro和 MVS，2016年，C-tech公司正式將EVS Pro軟件和MVS軟件合并到EVS軟件中。EVS軟件可以地質(zhì)學(xué)、地質(zhì)化學(xué)、環(huán)境學(xué)、探礦工程、海洋學(xué)、考古學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的科研人員，進(jìn)行三維數(shù)據(jù)建模，可視化分析。

2、EVS的主要功能

1）鉆井的定址、已有的鉆井和測(cè)量數(shù)據(jù)的分析； 

2）定點(diǎn)場(chǎng)所的地質(zhì)觀測(cè)； 

3）三維建筑的定址和輪廓的勾繪； 

4）道路選址、地形的分析等； 

5）航空影像的處理分析； 

6）土壤的污染分析； 

7）地下水的污染分析； 

8）地下水流分析； 

9）湖泊、河流和海洋數(shù)據(jù)的處理分析； 

10）空氣和噪音污染的等級(jí)分析。

3、EVS軟件的建模應(yīng)用

1） 研究某市的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)建立可視化模型，展示出該市的三維水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體整體形態(tài)、單個(gè)含（弱透）水層的三維結(jié)構(gòu)、任意位置的剖面圖。并結(jié)合3D打印機(jī)，將模型打印出來(lái)，直觀地展示該市地下水的存儲(chǔ)條件，為該市的地下水規(guī)劃和管理奠定的水文地質(zhì)基礎(chǔ)。

2）通過(guò)EVS軟件進(jìn)行地質(zhì)建模，基于某市的實(shí)測(cè)鉆孔數(shù)據(jù)，進(jìn)行該市對(duì)應(yīng)區(qū)域含水層及地下水漏斗的三維模擬，提供給相關(guān)單位污染物在地層中的分布情況以及地下水開(kāi)采后所產(chǎn)生的的結(jié)果。

4、EVS軟件模型展示方式