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

        2013-06-04 07:09:12韓設(shè)民
        關(guān)鍵詞:可視化應(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(dòng)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(dòng)。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(dòng)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(dòng)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??傊褪且ㄟ^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(huì)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(huì)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)】

        [1]張海濤,許光泉,李佩,全黃,向菁,劉澤功,胡友彪.基于GMS的隔水層水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化分析[J].人民黃河,2010(9).

        [2]陳正華,周斌,鄧智.基于GMS的武山礦區(qū)水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)可視化模型[J].安全與環(huán)境工程,2012(4).

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