消防安全評估軟件地下水模擬

消防安全評估軟件地下水模擬

    近年來，地下水的研究，已經成為我國城市化發(fā)展過程中的領域。地下水資源的保護與開發(fā)，都關系著整個社會、經濟的可持續(xù)發(fā)展，也與老百姓的生活息息相關。由于地下水污染與地表水污染有著明顯的不同，具有長期性、復雜性、隱蔽性等。

        對地下水進行數(shù)值模擬，已經成為當前行業(yè)內解決地下水問題的主要手段。上有上百種數(shù)值模擬軟件，但基于地下水系統(tǒng)的復雜性，截止到現(xiàn)在為止，還沒有一種地下水軟件能夠徹底解決地下水問題。本文將為從業(yè)者介紹幾款主流的地下水行業(yè)軟件。

一、GMS 地下水模擬軟件

1、基本情況

GMS 軟件，全稱為（Groundwater modeling system），是由美國Brigham Young University 的環(huán)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MODFLOW、FEMWATER、MT3DMS、RT3D、SEAM3D、MODPATH、SEEP2D、NUFT、UTCHEM 等已有地下水模型的基礎上開發(fā)的綜合性的、用于地下水模擬的圖形界面軟件。2007年4月，GMS軟件開始轉由美國的Aquaveo, LLC.公司進行研發(fā)及運營。GMS軟件在環(huán)境保護與評價、水資源利用與管理、建筑、采礦等行業(yè)廣受歡迎，其操作界面由下拉菜單、編輯條、常用模塊、工具欄、快捷鍵和幫助條六部分組成，截止至2017年01月，GMS軟件已經至10.2版本。

2、GMS軟件的

1） 模塊多、功能全，幾乎可以用來模擬與地下水相關的水流與溶質運移問題。

2）概念化方式建立水文地質概念模型

3）含有制圖模塊，在不借助軟件的情況下，進行邊界、參數(shù)分區(qū)、補給條件和排泄條件的繪制、復制等

4） 前處理和后處理功能都比較，與GIS接口較好。

5） 數(shù)據(jù)錄入方便，其格式可以用excel、文本等多種格式，要的錄入文件，也要進行文件轉換。

6）自檢查“校正目標”功能可便利的調試模型。

3、GMS軟件主要模塊介紹

• TINs–(Triangulated Irregular Net-works）, 三角形不規(guī)則網(wǎng)格：該模塊用來形成三角形丌規(guī)則網(wǎng)格，用以表示空間曲面，通常用來表示相鄰地層的界面，多個TINs就可以被用來建立實體(Solid)模型或三維網(wǎng)格。

• Boreholes-鉆孔數(shù)據(jù)：用來管理樣品和地層這兩種格式的鉆孔數(shù)據(jù)。樣品數(shù)據(jù)用來作等值面和等值線；地層數(shù)據(jù)用來建立TIN、solid實體和三維有限元網(wǎng)格。

• Solid-構造好的Solid實體可任意切割，以檢查地質地層是否滿足要求；對Solid給定的地質參數(shù)可轉換到MODFLOW中，用于計算；可將Solid實體參數(shù)轉化為HUF; Solid實體參數(shù)可轉化為網(wǎng)格層參數(shù)。

• 2D Mesh-SEEP2D模塊，用來計算壩堤剖面滲漏的二維有限元穩(wěn)定流模型。可以用于模擬承壓和無壓流問題，也可以模擬飽和和非飽和帶的水流；對無壓流問題，模型可以只局限亍飽和帶。根據(jù)SEEP2D的結果可以作出的流網(wǎng)。

• 2D Grid-模塊：將控制點數(shù)據(jù)揑值后分配到二維網(wǎng)格。

• 2D Scatter Point、3D Scatter Point：該模塊提供了基礎數(shù)據(jù)和多種揑值方法，為模塊所用，如TINs、Grid和Mesh等。

• 3D Mesh-FEMWATER模塊，用來模擬飽和流和非飽和流環(huán)境下的水流和溶質運移的三維有限元耦合模型，還可用于模擬咸水入侵等密度變化的水流和運移問題。

• 3D Grid -是計算模塊，網(wǎng)格建模法即在此模塊中實現(xiàn)。MODFLOW模塊，MODPATH模塊，MT3D模塊，UTCHEM模塊，ART3D模塊。

• Map -提供了一組將 GIS 數(shù)據(jù)、CAD圖形文件（DXT）、掃描圖文件（TIFF）、圖像文件（ JPEG）及由TINs構建的圖形轉化為地下水分析概念化模型工具；Map 為大流域地下水建模提供了強有力的工具；由Map構建的模型可直接轉化為有限差分格（3D Grid和2D Grid）和有限元網(wǎng)格（3D Mesh 和2D mesh）計算模擬模型；

• GIS - 允許用戶操作使用ESRI類型的GIS數(shù)據(jù)，例如形文件。

4、GMS軟件界面及模擬效果展示

鉆孔、實體模型、插值及地層橫切面三維展示

MODFLOW計算水頭三維展示

MODPATH井篩管追蹤跡線三維展示

溶質浐度三維展示

網(wǎng)格法地層的三維展示

Map-真實影像的地表高層覆蓋展示

3D Mesh-地表高程的三維展示

5、GMS軟件建模應用

1） 研究位于中國某省的農場，面積約1500平方公里，對“節(jié)水增糧”規(guī)劃罐區(qū)開采地下水資源進行論證。

2） 采用GMS軟件建立某市某區(qū)非均質各向異性三維非穩(wěn)定流數(shù)學模型，為該市科學管理地下水資源提供依據(jù)

3） 利用GMS系統(tǒng)中的MODPATH模型，對礦井防治水研究領域進行模擬計算。

二、Surfer三維繪圖軟件（等高線、image map， 3d surface等）

1、基本情況

Surfer軟件，是美國Golden Software公司的繪圖軟件，是當前行業(yè)內、的等值線圖和三維文體圖形繪圖軟件。Surfer廣泛應用于地質學、地理學、農學、氣象學、水文學等相關學科，大多用于變量數(shù)據(jù)的分析、插值和圖形繪制。截止至2017年01月，Surfer軟件已經發(fā)行了V14的版本。

2、Surfer軟件可繪制的圖形有

• 等值線圖

• 張貼圖

• 三位表面圖

• 基面圖

• 矢量圖

• 覆蓋地圖

• 影像圖

• 三維線框圖

• 漸變地形圖

3、Surfer軟件在地下水環(huán)境評價中的應用

通過地下水監(jiān)測井取得地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，整理為Surfer軟件能夠識別的數(shù)據(jù)文件。例如：.els; .dat.;txt等，通常，研究人員常用的是excel格式文件。

在經過前期數(shù)據(jù)處理后，就可以用Surfer軟件繪制三維圖了。如繪制某市地下水位等值線圖；繪制某市地下水位流場圖等。

4、Surfer軟件在界面展示

三、EVS 可視化地質建模軟件

1、基本情況

EVS 軟件，全稱為（Earth Volumetric Studio），是由美國C Tech公司研發(fā)的一款基于windows的軟件包。EVS軟件的前身為 EVS Pro和 MVS，2016年，C-tech公司正式將EVS Pro軟件和MVS軟件合并到EVS軟件中。EVS軟件可以地質學、地質化學、環(huán)境學、探礦工程、海洋學、考古學等多個領域的科研人員，進行三維數(shù)據(jù)建模，可視化分析。

2、EVS的主要功能

1）鉆井的定址、已有的鉆井和測量數(shù)據(jù)的分析； 

2）定點場所的地質觀測； 

3）三維建筑的定址和輪廓的勾繪； 

4）道路選址、地形的分析等； 

5）航空影像的處理分析； 

6）土壤的污染分析； 

7）地下水的污染分析； 

8）地下水流分析； 

9）湖泊、河流和海洋數(shù)據(jù)的處理分析； 

10）空氣和噪音污染的等級分析。

3、EVS軟件的建模應用

1） 研究某市的水文地質結構，通過建立可視化模型，展示出該市的三維水文地質結構體整體形態(tài)、單個含（弱透）水層的三維結構、任意位置的剖面圖。并結合3D打印機，將模型打印出來，直觀地展示該市地下水的存儲條件，為該市的地下水規(guī)劃和管理奠定的水文地質基礎。

2）通過EVS軟件進行地質建模，基于某市的實測鉆孔數(shù)據(jù)，進行該市對應區(qū)域含水層及地下水漏斗的三維模擬，提供給相關單位污染物在地層中的分布情況以及地下水開采后所產生的的結果。

4、EVS軟件模型展示方式