可视化的地下水数值模拟.pdfVIP

第 24 卷 　第 2 期 西 安 科 技 学 院 学 报 Vol. 24 　No. 2 　2004 年 6 月 　JOURNAL OF XI’AN UN IV ERSIT Y OF SCIENCE AND TECHNOLO GY J un. 2004 ( ) 文章编号 : 1671 - 1912 2004 02 - 0184 - 03 　　 可视化的地下水数值模拟 王晓明 , 代革联 , 巨天乙 , 唐亦川 (西安科技大学 地质与环境工程系 ,陕西 西安 　710054) 摘 　要 : 首先简述了DOS 环境下 ,地下水数值模拟面对的问题 ,随后以地下水模拟系统 GMS 4. 0 为例 介绍了图形用户环境下地下水数值模拟专业软件的特点 。在图形用户环境下 ,借助于面向对象编程的 概念及地理信息系统空间分析技术 ,地下水数值模拟从模型建立 、数据准备到结果输出实现了图形化 和可视化 ,建模过程是面向对象的。这大大有助于人们对地下水数值模拟这一有力分析工具的掌握与 应用 。同时文中也从一个侧面反映了目前地下水数值模拟专业软件的主流趋势及发展方向。 关键词 : 地下水数值模拟 ; 图形用户环境 ; 可视化 中图分类号 : P 641. 2 　　　文献标识码 : A 1 　DOS 环境下的地下水数值模拟的局限性 地下水数值模拟是各种数值方法在水文地质计算中的应用 。就方法而言 ,地下水数值模拟包括有限差分 法 、有限单元法 、边界元法等 ;就问题而言 ,有正演问题 、反演问题[1 ] 。自上个世纪 60 年代 ,人们开始把数值模拟 应用到地下水计算中以来 , 地下水数值模拟的理论与方法得到了长足的发展 。地下水数值模拟不仅可以解决 地下水流问题 ,还能解决水质和污染物在地下水中的运移问题 、淡 - 盐水分界面运移问题 、地下水的最优管理问 题[2 ] 。地下水数值模拟已成为人们分析 、模拟地下水必不可少的强有力工具 。 数值方法固然有很多优点 ,在解决许多水文地质计算问题时 ,非它莫属 。但数值方法的掌握与使用确非易 事 。问题出在 2 方面 :一是程序的编写 ;二是数据的处理 。 地下水数值模拟程序通常使用BASIC 语言 ,或是 FORTAN 语言编写 。程序少则几十句 ,多则上百句 。要求 编写人员除掌握这两种语言外 ,还要熟悉有限差分法 、有限单元法 、边界元法等数值方法的计算原理与计算过 程 。这使许多想学习与掌握数值模拟的人望而却步 。另一个问题是数据的处理 ,包括前期模型所需数据的准备 及计算结果的处理 。先是剖分 ,编号 ,然后是准备关于节点坐标 、水头 、各单元含水层参数的数据文件 。对于计 算结果则往往需要另行处理 。 2 　可视化的地下水数值模拟 图形用户环境下的地下水数值模型以美国杨百翰大学环境模拟实验室开发的地下水模拟系统 4. 0 版本 ( GMS 4. 0 Groundwater Modeling System) 最具代表性 。 在 Windows 视窗操作系统之前 ,人们在 DOS 环境下已开发出一些功能相当完善的用于地下水模拟的应用 程序 ,如 MODFLOW ,FEMWATER ,MT3DMS 等 。MODFLOW 是由美国国家地质调查所的 McDonald Har baugh 于 1988 年开发的三维饱和流有限差分法模型 。FEMWATER 是三维有限元模型 。可以模拟饱和 、非饱和 流及溶质运移问题 。最初由宾夕法尼亚州立大学的 G. T. ( George) Yeh 于 1992 年编写的。 地下水模拟系统 GMS 的设计初衷是为这些 DOS 环境下编写的应用程序在 Windows 视窗环境下提供一个 ( ) ( ) 图形用户界面 , 以方便这些应用程序的前处理 数据准备 和后处理 结果输出 。GMS 系统由一个图形用户界 面及若干个数值模型构成 。包含在 GMS 系统 中的数值模型有 MODFLOW ,