GMS 地下水模拟系统软件

GMS(Groundwater Modeling Solution)-- 地下水模拟软件是美国Brigham Young University 的环境模型研究实验室和美国军队排水工程试验工作站在综合MODFLOW、FEMWATER、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、MODPATH、SEEP2D、NUFT、UTCHEM 等已有地下水模型的基础上开发的一个综合性的、用于地下水模拟的图形界面软件。其图形界面由下拉菜单、编辑条、常用模块、工具栏、快捷键和帮助条六部分组成,使用起来非常方便。

美国政府部门、私企和国际上超过90个国家的用户都在使用GMS软件，GMS已经被证明是有效的建模系统。GMS为地下水模拟的每一阶段提供灵活的模拟工具，包括地点描述、模型开发、校准、后处理和模型显示。GMS支持二维和三维的有限元和有限差模型，包括MODFLOW 2000, MODPATH, MT3DMS/RT3D, SEAM3D, ART3D, UTCHEM, FEMWATER, PEST, UCODE, MODAEM 和SEEP2D. 无论你需要什么模型，GMS都会提供相应工具！

GMS各模块简介
功能十分齐全的GMS 除了包含上述MODFLOW、FEMWATER 、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、MODPATH、SEEP2D、NUFT、UTCHEM 等主要计算模块外, 还包含PEST、UCODE、MAP、Borehole Data、TINs、Solid 等辅助模块。

1. MODFLOW是美国地质调查局于80年代开发出的一套专门用于孔隙介质中地下水流动的三维有限差分数值模拟软件。MODFLOW 自从问世以来,由于其程序结构的模块化、离散方法的简单化和求解方法的多样化等优点,已被广泛用来模拟井流、河流、排泄、蒸发和补给对非均质和复杂边界条件的水流系统的影响。

2. FEMWATER 是用来模拟饱和流和非饱和流环境下的水流和溶质运移的三维有限元耦合模型,还可用于模拟咸水入侵等密度变化的水流和运移问题。

3. MT3DMS 是模拟地下水系统中对流、弥散和化学反应的三维溶质运移模型。模拟计算时, MT3DMS需和MODFLOW一起使用。

4. RT3D 是处理多组分反应的三维运移模型,适合于模拟自然衰减和生物恢复。

5. SEAM3D 是用于模拟复杂生物降解问题(包括多酶, 多电子接收器) 的模型。它包含有NAPL 溶解包和多种生物降解包,NAPL 溶解包用于准确地模拟作为污染源的飘羽状NAPL ,生物降解包用于模拟包含碳氢化合物酶的复杂降解反应。

6. MODPATH是确定给定时间内稳定或非稳定流中质点运移路径的三维示踪模型。它和MODFLOW一起使用,根据MODFLOW 计算出来的流场,MODPATH 可以追踪一系列虚拟的粒子来模拟从用户指定地点溢出污染物的运动。这种追溯跟踪方法可以用来描述给定时间内井的截获区。

7. SEEP2D 是用来计算坝堤剖面渗漏的二维有限元稳定流模型。它可以用于模拟承压和无压流问题,也可以模拟饱和和非饱和带的水流;对无压流问题,模型可以只局限于饱和带。根据SEEP2D 的结果可以作出完整的流网。

8. NUFT 是三维多相不等温水流和运移模型,它非常适合用来解决包气带中的一些问题。

9. UTCHEM是模拟多相流和运移的模型,它对抽水和恢复的模拟很理想,是一个已经被广泛运用的成熟模型。

10. PEST 和UCODE 是用于自动调参的两个模块。在自动进行参数估计时,交替运用PEST 或UCODE 来调整选定的参数,并且重复用于MODFLOW、FEMWATER等的计算,直到计算结果和野外观测值相吻合。

11. MAP 可使用户快速地建立概念模型。在MAP 模块下,以TIFF、J EPG等图件为底图,在图上确定表示源汇项、边界、含水层不同参数区域的点、曲线、多边形的空间位置,快速建立起概念模型。

12. 钻孔数据(Borehole Data) 用来管理样品和地层这两种格式的钻孔数据。样品数据用来作等值面和等值线;地层数据用来建立TIN、实体和三维有限元网格。

13. TINs 即三角不规则网络(Triangulated Irregular Net2works) ,通常用来表示相邻地层的界面,多个TINs 就可以被用来建立实体(Solid) 模型或三维网格。实体是在不规则的三角形网络(TIN) 建立完成后,通过一系列操作产生的实际地层的三维立体模型。

地下水流和传输
GMS的多种模型选择是别的软件无法比拟的。除了被限制在主要模型（例如ModFlow）和需要配备“附加”代码外，GMS提供广泛的二维和三维模型界面。下面是一些模型的简单描述：

二维水流
应用集成在GMS中的MODAEM解析元模型执行快速、简易的模拟；
SEEP2D模型支持二维有限元渗流—适用于大坝、防洪堤、河道等；

三维水流
ModFlow 2000提供饱和区的三维有限差模型
FEMWATER提供饱和和非饱和区的三维有限元模型

溶质传输
ART3D提供简单的解析传输模型
MT3D,ＭODPATH, 或FEMWATER提供简单的三维传输模型
RT3D或SEAM3D提供三维反作用传输模型
UTCHEM提供多时相反作用传输模型

非饱和区域流及传输
FEMWATER或UTCHEM提供完全三维的非饱和/饱和流和传输模型

基于GIS模型概念化
GMS表达新的和改善的工具创建复杂的三维复杂模型，能够将三维对象直接翻译为有限差格网模型或有限元格网模型。水平的方法允许你应用钻孔和跨区数据快速方便的创建复杂的实体模型。这些工具允许你创建复杂地质层实体模型，例如收缩区、断层和出露岩层。

区域模拟
GMS是一个强大的图形工具，用来创建模型和显示模型。可应用数字地图和高程模型做为参考或元数据，构建区域的模型。在模型构建过程中，模型的图表表达支持当前处理的快速浏览和表达。完全的三维浏览、带有等高线和阴影的表示表示，可以让你的模型让任何专业的人来查看，并理解你研究区域的分析参数。
风险评估模型

GMS最激动人心的特征就是应用ModFlow和其附带的传输模型执行复杂的模拟运算。风险评估模型是GMS中与随机模型工具相关的新型工具。当前支持两种类型的评估：可行性域值分析可行性捕获区描述。这个向导工具支持用户量化在地下水中污染物超过关键值后的风险值，或在一区域中模拟获得的捕获区包含关键区域的风险值。
自动模型校准

校准是修改地下水模型中的输入参数的过程，直到从模型获得的输出和观测到的一组数据相符合。GMS包括辅助地下水校准处理模型中点和流域观察的一套工具。