地下水建模軟件橫向評比

■朱海寶

（廣東省地質局第七地質大隊 廣東惠州 516001）

地下水建模軟件橫向評比

■朱海寶

（廣東省地質局第七地質大隊 廣東惠州 516001）

水文工作中常遇到地下水建模問題。對常用的建模軟件GMS、Visual MODFLOW等進行橫向評比。

地下水數值模擬建模軟件評比

0 引言

在水文工作中常遇到地下水建模問題，如深基坑開挖排水、地下水環境影響評價以及礦山的礦坑涌水量預測等。模擬目的是預測地下水未來動態，為水質和水量的評價提供理論依據。我們在實際工作中常用到的軟件主要有GMS、Visual MODFLOW、Groundwater、PHREEQC及HST3D。現針對上述軟件進行評比。

1 GMS

Groundwater Modeling System，簡稱 GMS，是美國 Brigham Young University的環境模型研究實驗室和美國軍隊排水工程試驗工作站在綜合各主要地下水模型而開發的可視化三維地下水模擬軟件包。

軟件模塊多，功能全，幾乎可以用來模擬與地下水相關的所有水流和溶質運移問題。其可進行水流模擬、溶質運移模擬、反應運移模擬；建立三維地層實體，進行鉆孔數據管理、二維(三維)地質統計；可視化和打印二維(三維)模擬結果。同其它類軟件相比，GMS軟件除模塊更多之外，各模塊的功能也更趨完善。其優點包括：概念化方式建立水文地質概念模型；前、后處理功能更強；優良的三維可視化效果；版本不斷更新，功能不斷完善。

2 Visual MODFLOW

是綜合已有的MOD-FLOW、MODPATH等地下水模型而開發的可視化地下水模擬軟件，可進行三維水流模擬、溶質運移模擬和反應運移模擬。軟件最大的特點是易學易用。合理的菜單結構、友好的界面和功能強大的可視化特征和極好的軟件支撐使之成為許多地下水模擬專業人員選擇的對象。

Visual MODFLOW分為輸入模塊、運行模塊和輸出模塊。這些模塊之間緊密連接以建立或調整模型輸入參數、運行模型、顯示結果(以平面和剖面形式)。Visual MODFLOW的特別設計將模擬的復雜性降到最小，用戶的工作效率達到最高。輸入模塊包括網格設計、抽水井、參數、邊界條件、質點、觀察井、區段預算等。輸出模塊可自動地閱讀每次模擬結果，可輸出等值線圖、流速矢量圖、水流路徑圖、區段預算和打印，并可借助Visual Groundwater軟件進行三維顯示和輸出，如三維等值面和三維路徑。其優點包括：軟件主界面較人性化；提供了更為強勢的輸入、修改、分析、顯示等功能；國際通用性較好。

3 Visual Groundwater

由加拿大Waterloo水文地質公司開發的地下數據和地下水模擬結果三維可視化與動畫軟件，是唯一的一個主要用于地下水模擬后處理的三維可視化軟件包，它將圖形技術與專業工具有效結合，用于處理、顯示、動畫包括地層、土壤污染帶、地下水高程、地下水濃度、地下水模擬結果等在內的復雜的地下水表面數據。與模擬軟件集成使用，就可以構建可視化功能強大的地下水模擬平臺環境。

軟件有一個鉆孔數據管理系統，用于方便地輸入和處理地形、地質、土壤化學，地下水高程以及地下水化學數據等。

它提供了一個屏幕交互環境來顯示、操縱、解譯二維和三維圖形對象數據，這些對象數據包括外形對象、線對象、變形切片、體表面等。它提供了一個專業的數據操縱系統，這種系統能夠很容易地對帶有異步時間步長的多重數據集同時旋轉和動畫，這種實時動畫目前用絕大多數其它的三維可視化軟件還無法實現。它還可以讓使用者對每一個切片和對象選擇顏色和透明級別。其優點主要在于強大的可視化能力。

4 PHREEQC

PHREEQC是用C語言編寫的進行低溫水文地球化學計算的計算機程序，可進行正向模擬和反向模擬，幾乎能解決水、氣、巖土相互作用系統中所有平衡熱力學和化學動力學問題，包括水溶物配合、吸附-解吸、離子交換、表面配合、溶解-沉淀、氧化-還原。正向模擬能根據給定的反應機理來預測水的組分和質量的轉移，可進行下列計算：配分和飽和指數計算；一次投藥反應和一維運移計算，包括可逆和不可逆反應，雙重介質的對流、彌散(擴散)和反應耦合。

軟件輸入是由關鍵詞數據塊組成的。每一數據塊都是從帶有關鍵詞(和其它可能附加數據)的行開始的，以后各行都是與關鍵詞有關的數據。每一個數據塊都是按一定的句法組成的自由格式。在運行開始時，PHREEQC從數據文件中閱讀關鍵詞及其相關數據，以確定元素、交換反應、表面配合反應、礦物相、氣體組分和速率表達式。其優點主要在于強大的熱力學數據庫供輸入和運行使用。

5 HST3D

HST3D是一個三維熱及溶液運移模型 (3DHeat&Solute Transport Model)。可以模擬三維空間地下水流及有關的熱、溶液運移，進行地質廢物處置、填埋物浸出、鹽水入侵、淡水回灌與開采、放射性廢物處理、水中地熱系統和能量儲藏等問題的分析。

功能主要有：評價井的性能，包括井孔類型；分析密度和粘變可變的飽和區水力驅動流、熱和溶液運移；進行地下水水流、熱或溶質運移耦合模擬或單獨進行地下水流模擬；預測化學組分遷移，包括填埋場污染物運移；預測廢物向鹽水含水層的注入；分析鹽水含水層中淡水及濱海含水層鹽水入侵；分析含水層中液相地熱系統和熱儲藏；模擬原生水中海水處置及遷移；模擬復雜的三維含水層中單組分污染物的遷移；模擬水障、底墊和水質保護系統。其優點主要是通過VC++編程實現了熱運移模擬程序前后可視化處理,提高了其模型的易用性。

6 綜合評比

以易學易用性、國際通用性、模擬準確性、軟件價格及軟件提供商的服務質量作為評比基礎，GMS和Visual MODFLOW將會是地下水模擬軟件中的佼佼者。建議初學者將學習的重心放在GMS和Visual MODFLOW上，并根據不同的研究領域及模擬任務選擇最合適的軟件。

[1]徐樂昌.地下水模擬常用軟件介紹.《鈾礦冶》2002.2.1.

[2]郭曉東.我國地下水數值模擬軟件應用進展 .《地下水》2010.7.4.

[3]王銀堂.我國水文水資源領域技術需求分析及推廣應用 《水利水電技術》2010.11.11.

P64[文獻碼]B

1000-405X（2015）-10-399-1