GMS在水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化方面的應(yīng)用

韓設(shè)民

【摘 要】GMS（地下水模擬系統(tǒng)軟件）是美國Brigham Young University環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所與美國陸軍排水工作試驗(yàn)站共同研制的一款專門進(jìn)行地下水模擬的軟件包。GMS的研發(fā)，大大方便了水利工作者對各地的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究。GMS廣泛應(yīng)用于水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)工作。本文將結(jié)合GMS的特點(diǎn)來探討GMS在水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】GMS；水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)；可視化；應(yīng)用

GMS是一款新型的地下水模擬系統(tǒng)軟件包，長期以來，水利工作者由于技術(shù)的限制對于水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，一直被阻礙。GMS的研發(fā)與利用，為廣大水利工作者更加深入地研究各地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了有力地工具，它能使地下水文研究工作獲得更大進(jìn)步。GMS可以模擬地下水的水文條件，提供一個(gè)近似于真實(shí)環(huán)境的地下水模型，利用該模型可以更加深入地了解當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)結(jié)構(gòu)。

1.GMS軟件介紹

GMS的全稱是Groundwater Modeling System，它是專門研究地下水的軟件，GMS是美國Brigham Young University環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究所與聯(lián)合美國陸軍排水工作試驗(yàn)站共同研制的一款軟件。GMS把先前已經(jīng)產(chǎn)生的各個(gè)地下水模擬系統(tǒng)軟件，如MODFLOW、MODPATH、MT3D、FEMWATER、RT3D、SEEP2D、SEAM3D、UTCHEM、PEST、UCODE、NUFT等軟件融合到一起產(chǎn)生的一款軟件包。它具有以上軟件共有的優(yōu)點(diǎn)。

2.GMS主要模塊功能介紹

GMS系統(tǒng)式由以上各個(gè)模塊組成的，其中主要的模塊有MODFLOW，MODPATH，MT3D等模塊。下面就來詳細(xì)敘述一下這些模塊的功能。

MODFLOW是應(yīng)用最廣泛地三維地下水流模型，它的主要功能是針對孔隙中地下水流動的三維有限差分?jǐn)?shù)值模擬。MODFLOW的程序結(jié)構(gòu)求解方法多樣，且離散方法簡單，因而在溪流、河流等水流系統(tǒng)中被常常用到。

MODPATH則是一種三維質(zhì)點(diǎn)示綜模型。在MODFLOW指定各質(zhì)點(diǎn)位置后，MODPATH則用來追蹤質(zhì)點(diǎn)，它既可以進(jìn)行正向示綜，也可以反向示蹤。MODPATH根據(jù)上個(gè)軟件的運(yùn)算出來的虛擬粒子進(jìn)行模擬可以表現(xiàn)出指定地點(diǎn)污染物的運(yùn)動。這種追蹤方式主要應(yīng)用在井內(nèi)。

MT3D則主要是用來模擬地下水中化學(xué)反應(yīng)的三維溶質(zhì)運(yùn)動模型，它所模擬的化學(xué)反應(yīng)，既包括平衡控制的線性和非線性吸附、又包括以及不可逆衰變及生物降解的化學(xué)反應(yīng)。該軟件不是單獨(dú)使用，它在運(yùn)行時(shí)必須要結(jié)合MODFLOW一起運(yùn)行。

以上所介紹的模塊只是GMS中主要模塊的功能，其他模塊的功能也不容忽視。我們在運(yùn)用GMS時(shí)，必須要對各個(gè)模塊的功能、用法有深刻地把握。水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究也是要基于對該軟件的熟練運(yùn)用。

3.GMS在水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的可視化方面的應(yīng)用

由于GMS地下水模擬系統(tǒng)是把各個(gè)軟件融合在一起來使用的，因而在水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化的研究過程中，GMS主要是用來構(gòu)建地下水系統(tǒng)的模型，以及觀察水流運(yùn)動情況。我們在利用GMS來進(jìn)行地下水結(jié)構(gòu)的研究前，必須要深刻把握研究對象周邊的水文地理?xiàng)l件，具體而言就是要做到：要了解該地區(qū)水文地貌、地質(zhì)、構(gòu)造發(fā)育，主要河流及各流域的水文特征。要做好相關(guān)資料的收集工作。收集的資料主要包括：該地區(qū)地質(zhì)、地貌變化的資料、該地區(qū)天氣變化資料、水文地質(zhì)圖、水文地質(zhì)構(gòu)造圖、電子地理地圖等資料。在收集完整資料后，還要進(jìn)行整理加工，整理方法應(yīng)根據(jù)所用模型的不同而改變。在做好充分的基礎(chǔ)工作后就可以展開構(gòu)建模型的工作了。構(gòu)建模型的步驟主要有以下幾步：

3.1把地理地圖放到GMS中進(jìn)行定位

所謂定位地圖實(shí)際上指的就是建立坐標(biāo)系。只有通過建立坐標(biāo)系來各種數(shù)據(jù)才能準(zhǔn)確地定位。然后就是要根據(jù)定位好的地圖繪制工作邊界，繪制出工作區(qū)邊界后，再把整理好的數(shù)據(jù)放入模塊，最后選擇一命令生成水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)體。

3.2根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，建立水文結(jié)構(gòu)模型

GMS根據(jù)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，然后根據(jù)定位好的地圖繪制出工作區(qū)邊界，在根據(jù)這些邊界生成TINs，。生成TINs后，將整理好的高層點(diǎn)數(shù)據(jù)輸入GMS中。根據(jù)適當(dāng)?shù)牟逯捣椒▽Ω鲗狱c(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，把計(jì)算結(jié)果在導(dǎo)入到TIN上。總之，就是要通過一系列TIN來建立水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型。

3.3水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)中透鏡體的顯現(xiàn)

水文地層中常常會出現(xiàn)許多透鏡體，如何表現(xiàn)這些透鏡體在傳統(tǒng)技術(shù)中是難題，但是在GMS中卻是很輕易就能做到的。具體的做法就是要通過透鏡體的邊緣生成新的邊界，然后根據(jù)這些新生長的邊界生成兩個(gè)TIN，最后把數(shù)據(jù)導(dǎo)入到這兩個(gè)TIN中，透鏡體模型就可以完整地產(chǎn)生了。把模塊中與地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型重合的部分剪掉，一個(gè)真正地水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型就產(chǎn)生了。

以上三個(gè)步驟，是構(gòu)建水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的三個(gè)基本步驟，其中還有許多內(nèi)容因?yàn)槠驘o法展開，這還待深入談。在構(gòu)建水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的時(shí)候還要注意到常會出現(xiàn)的一些問題，如鉆孔分布不均、鉆孔深度不夠、插值計(jì)算方法的選擇等問題，重視并解決好這些問題，是構(gòu)建水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的關(guān)鍵。

GMS在水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化中的應(yīng)用主要指的是GMS在水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建過程中的用法。如何運(yùn)用GMS構(gòu)建水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型是本文討論的主題。本文認(rèn)為GMS在由于其集主要的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型軟件于一身，因而應(yīng)用十分廣泛，它對加深水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究有非常重要的作用，對于GMS系統(tǒng)的實(shí)用，主要是包括數(shù)據(jù)輸入、構(gòu)建模型、透鏡體顯現(xiàn)三個(gè)步驟。我們要認(rèn)真掌握這三個(gè)步驟。在構(gòu)建模型的過程中，還必須要注意到鉆孔問題、插值計(jì)算方法的選擇等問題。解決這些問題，是構(gòu)建模型的基礎(chǔ)。在構(gòu)建模型之前還必須要注意到資料的收集。

【參考文獻(xiàn)】

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