2002r-地下水模拟常用软件介绍

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1、万方数据第21卷第1期2002年2月铀矿冶URANIUMMININGANDMETALLURGYV01．21No．1Feb．2002地下水模拟常用软件介绍徐乐昌(棱工业铀矿开采研究所，湖南街阳42l001)抽叠：地下水模拟在地下水研究中发挥着越来越重要的作用．目前地下水模拟及其相关软件已达数百十。对GMS、Vi8ualMODFL0w、Vis¨1Groundmter、PHREEqC、HsT3D、TNTmip3等几种国际流行软件的主要功静与特点进行丁介绍，同时介绍了地下水纂拟步■。美■瑚t地下水·模拟‘鞋件中圈分粪号ITP319文■标识再：E文章■粤：1000一8063

2、(2002)01—0033一06前言1地下水模拟任务作者于2000年4～7月，受国际原子能机构赍助，赴德国Fremerg工业大学接受铀矿冶环境保护技术培训。Freiberg工业大学成立于1765年，是世界上最早的工业大学之一，也是世界上第一个从事采矿与冶炼教学与科研的大学，是德国科研和高等教育的一十永久固定点。该校由数学与计算机科学}化学与糖理}地球科学、岩土工程与采矿I机械、加工与能源工程；材料科学与技术}经济学与商业管理6个系和原材料／材料／能源／环境I机械工程／化学／加工f工程数学与应用科学l经济学与商业臂理4个研究领域组成。该校自建校以来，为德国及世界各国

3、培养了大量的科学寰与工程技术人员。1850～1930年留学生比例达50蹦，现在留学生比例也超过10％，来自50多个国索．该校的科研与教学得到工业界的高度赞赏，科研经费的40％多来自于企业赞助。该校在地下水模拟方面在德国享有声誉。培训期间，重点学习了GMS、Visu81MonFLOW、visualGroundwater、PHREEQC、HST一3D、TNTmips等国际流行的地下水模拟软件的运用。目前，地下水模拟在地下水研究中发挥着越来越重要的作用。现对上述模拟软件的主要功柏与特点进行介绍。大多数地下水模拟主要用于预测，其模拟任务主要有4种：1)水流模拟主要模拟地下

4、水的流向及地下水水头与时间的关系。2)地下水运移模拟主要模拟地下水、热和溶质组分的运移速率。这种模拟要特别考虑到“优先流”．所谓“优先流”就是局部具有高和连通性的渗透性，使得水、热、溶质组分在该处的运移遮率快于周围地区，郾水、热、藩质组分优先在谈处流动。3)反应模拟模拟水中、气一水界面、水一岩界面所发生的物理、化学、生物反应。4)反应运移模拟模拟地下水运移过程中所发生的各种反应，如溶解与沉淀、吸附与解吸、氧化与还原、配合、中和、生物阵解等。这种模拟将地球化学模拟(包括动力学模拟)和溶质运移模拟(包括非饱和介质=维、三维流)有机结台，是地下水模拟的发展趋势。要成功地

5、进行这种模拟，还需要研究许多水一岩相互作用的化学机制和动力学模型。2模拟步骤对于某一模拟目标而育，模拟一般分为以下收■日期：2001一05一05作者筒介；徐乐昌(196z一)，男，期南平江人，高级工程师。2000年■赴巷国Frtiberg工业太学培训·在职攻读博士万方数据34铀矿倍第21卷步骤：1)建立概念模型根据详细的地形地貌、地质、水文地质、构造地质、水文地球化学、岩石矿物、水文、气象、工农业利用情况等，确定所模拟的区域大小，含水层层数，维敦(一维、二维、三维)，水流状态(稳定流和非稳定流、饱和流和非饱和流)，介质状况(均质和非均质、各向同性和各向异性、孔隙、

6、裂隙和双重介质、流体的密度差)，边界条件和初始条件等。必要时需进行一系列的室内试验与野外试验，以获取有关参数，如渗透系数，弥散系数、分配系数、反应速率常数等。2)选择数学模型根据概念模型进行选择。如一维、二维、三维数学模型，水流模型，溶质运移模型，反应模型，水动力一水质耦合模型，水动力一反应耦合模型，水动力·弥散一反应耦合模型。3)将数学模型进行数值化绝大部分数学模型是无法用解析法求解的。数值化就是将数学模型转化为可解的数值模型。常用数值化有有限单元法和有限差分法。4)模型校正将模拟结果与实测结果比较，进行参数调整，使模拟结果在给定的误差范围内与实测结果吻合。调参

7、过程是一个复杂而辛苦的工作，所调整的参数必须符合模拟区的具体情况。所幸的是，最近国外已花费巨力开发研究了自动调参程序(如PEST)，大大提高了模拟者的工作效率。5)校正灵敏度分析校正后的模型受参数值的时空分布、边界条件、水流状态等不确定度的影响。灵敏度分析就是为了确定不确定度对校正模型的影响程度。6)模型验证模型验证是在模型校正的基础上，进一步调整参数，使模拟结果与第二次实测结果吻合，以进一步提高模型的置信度。7)预测用校正的参数值进行预测，预测时需估算未来的水流状态。8)预测灵敏度分析预测结果受参数和未来水流状态的不确定度的影响。灵敏度分析就是定量给出这些不确定

8、度对预测的