地下水數值模擬的案例
專家解答 | GMS地下水數值模擬、地面沉降數值模擬實踐技術應用與案例分析
通過對案例模型的實操強化培訓，不僅使學員掌握地下水數值模擬軟件GMS10.1的全過程實際操作技術的基本技能，而且可以深刻理解模擬過程中的關鍵環節，以解決實際問題能力。同時為滿足環評從業人員進一步加強地下水數值模擬以解決《環境影響評價技術導則－地下水環境》（HJ 610－2016）實施過程中的困難。
培訓目標：
1.掌握GMS的建模流程，包括三維地質結構建模、直接建模及概念模型建模，熟悉軟件的基本操作。
2.掌握GMS基本模塊TIN、Solids、Modflow2000/2005、MT3DMS、MODPATH、PEST、SEAWAT在模擬地下水流動、地下水溶質運移、質點運移和海水入侵模塊的應用過程。
3.掌握GMS模型輸出數據的處理，相關圖件的編制和模擬結果的三維可視化展示。
4.能夠利用數值模型進行均衡計算和地下水資源量評價。
5.領會最新地下水環境影響評價導則（HJ 610-2016），掌握地下水環評報告的撰寫提綱和撰寫要點。
6.通過手把手的5個實例操作指導和面對面討論交流，使學員能夠全流程掌握數值模擬方法，并能夠對模擬中出現的問題進行快速診斷處理。（請提前配置學習所需軟件環境，所需自備）
課程內容詳情
學時與證書頒發：
參加會議的學員可以獲得《地下水建模及環評技術應用》專業技術培訓證書及學時證明，上網可查。
展開 Aquaveo GMS---先進的地下水模擬系統(Groundwater Modeling System)
1 引言
地下水是影響人類生存的關鍵因素，但不同學科研究地下水的側重點不同，巖土工程側重研究地下水對巖土的力學作用，而環境科學側重研究地下水的自然流動及其對周圍環境的生態影響。特別在中國，由于城鎮化速度過快，導致地下水超采和地下水污染的問題尤為嚴重，因此模擬地下水是環境科學的一個重要研究方向。Aquaveo GMS就是這樣一款偏向環境科學的地下水模擬系統。
如同Itasca, Rocscience一樣，Aquaveo也是從大學研究機構脫離出來的私人公司。Aquaveo自1985年開始作為楊百翰大學(Brigham Young University)工程計算機圖形實驗室的一部分。1998年9月該實驗室進行了重組，改名為環境模擬研究實驗室(Environmental Modeling Research Laboratory, EMRL)。2007年4月，EMRL的主要軟件開發團隊作為Aquaveo, LLC進入私營企業，正式以公司名義進行商業運作。在該公司開發的三個與地下水相關軟件中，以地下水模擬系統GMS最為知名。這個筆記簡要引入GMS的最新版本10.5.12(11/09/2021)。
2 GMS特點
(1) 概念性建模
概念模型方法加快和簡化了模型的建立過程。GMS具有直觀的地下水建模界面，使用熟悉的GIS對象(點、弧和多邊形)可以快速構建出高水平的模型，并根據需要輕松更新模型。對于具有簡單幾何形狀和邊界條件的模型，使用網格方法直接在網格中編輯數值。
(2) 三維可視化
GMS是在三維環境中進行地下水模擬最先進的軟件系統。
展開 凍土路基水熱穩定數值模擬 ￥100
建立了路基水熱耦合計算控制方程， 并通過 COMSOL 軟件二次開發實現了路基凍脹融沉問題的水熱耦合計算。本案例建立成二維模型，物理場采用兩個PDE模塊，分別表示水分場和溫度場，求解器在求解水熱耦合問題中采用瞬態求解器，總時長1年。通過本案例可以學習掌握凍土水熱場耦合模型，詳細案例和文檔文獻說明附后。
VOF算法的浮體入水過程的數值模擬 ￥499
采用VOF 法求解氣液界面,結合k-e湍流模型和動網格技術模擬物體入水這一簡單氣液固多相流流動。
浮體首先自由下落，流體浮力和粘性阻力在接觸液體后逐漸增大，加速度隨之減小，速度增加變緩，當浮力與粘性阻力之和等于重力時，加速度等于零，達到最大下降速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大入水深度；接著物體緩慢上升，粘性阻力改變方向，當再次接觸到液面后，浮力減小，速度增加變緩，當浮力等于重力與粘性阻力之和時，達到最大上升速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大上升高度。浮體重復上述運動過程，且由于流體粘性，幅度逐漸衰減。
COMSOL裂隙動水注漿擴散數值模擬 ￥210
針對動水注漿中常用的2種速凝漿液，水泥–水玻璃漿液與高聚物改性水泥漿液，考慮漿液黏度時變特性，應用有限元計算軟件COMSOL Multiphysics建立動水條件下裂隙注漿擴散的數值模型，研究動水條件下裂隙注漿擴散規律并分析不同黏度時變特性、初始動水流速與注漿速率對注漿擴散過程的影響。
導爆索水耦合爆破數值模擬
筆者近日對某花崗巖石材開采中的光面爆破做數值模擬分析。
主要工藝流程：直徑為40mm的炮孔里面灌滿水，每根炮孔塞入一根6mm的導爆索，一次齊爆一排炮孔，最后花崗巖荒料就脫離出來，分離面非常整齊。
筆者對這個爆破過程做了數值模擬分析，采用導爆索和水共節點作為一個PART,與花崗巖流固耦合分析，流體、固體網格獨立。計算后，取水介質中某單元，其pressure大概有45Mpa；取爆孔壁花崗巖某單元，其pressure銳減只有大概25Mpa，為此，筆者感到很困惑，不知道這個結果是否合理，求高人指教。
另外：筆者長期從事爆破、巖土工程的數值模擬，希望能跟志同道合之友一同交流學習，QQ：452940406！
展開 有關高壓水射流破巖的數值模擬分析資料
一些關于高壓水射流沖擊破壞煤巖體的模擬分析資料，與大家共享:v:
高壓水射流破碎煤巖體的數值模擬研究_胡波.pdf
高壓水射流破巖的數值模擬分析_倪紅堅.pdf
高壓水射流破巖規律的數值模擬研究_孫清德.pdf
基于SPH算法的高壓水射流破巖機理數值模擬_宋祖廠.pdf
【數值模擬】基于改進體積力法的導管螺旋槳水動力性能
圖 5 No.19A+Ka4-70 (P/D = 1) 導管螺旋槳幾何模型及網格圖示
推力模擬結果及其與試驗值的對比如表 1 所示。由表可見，隨著網格數量的增大，螺旋槳推力系數和導管推力系數的相對誤差整體上呈遞減趨勢。
表 1 導管螺旋槳推力計算方法驗證
04 計算結果與分析
（1）基于改進體積力法的導管螺旋槳敞水水動力性能
使用經流量修正和分布修正的改進螺旋槳體積力模型對 No.19A+Ka4-70 導管螺旋槳進行敞水水動力性能數值模擬?？傆[圖 6，發現經流量修正的均布形式的改進體積力法和經流量修正的分布 2 形式的改進體積力法所得導管螺旋槳的各參數皆與試驗值吻合較好。
展開 改良楔形葉片旋轉空化器水動力學特性數值模擬分析
水和水蒸氣的物性依據國際水和蒸汽性質協會（IAPWS）數據庫確定。
3 計算結果及分析
為了探究改良葉型對旋轉空化器水動力學特性的影響，針對不同的轉速（ω = 3 500，4 000 ，5 000 ，6 000 ，8 000，10 000，12 000 r/min）工況進行了數值模擬計算，并與原始葉型在相同轉速工況下的數值模擬結果進行了對比。圖 5 所示為不同轉速下 2 種葉型旋轉空化器所形成空泡形態的俯視圖。從圖中可以看出，空泡尺寸是隨轉速的升高而增大的。當 ω = 3 500 r/min時，2 種葉型產生的空泡尺寸均較??；對于原始葉型，空泡只在葉片的中間位置產生，在葉根和葉尖處沒有空泡形成，如圖 5（a）所示；對于改良葉型，除在葉片中部產生了空泡外，葉根處也有空泡形成，不過葉尖處仍無空泡產生，此外，在副進口邊處也形成了細條狀空泡，如圖 5（b）所示。當ω = 6 000 r/min 時，2 種葉型形成的空泡均完全覆蓋了葉片出口邊，空泡尾部逐漸飽滿，空泡長度與葉片進出口邊之間的距離相當，并且改良葉型副進口邊處進一步發展的空泡與出口邊處形成的空泡開始連接起來，如圖 5（c）和圖 5（d）所示。當轉速高于 8 000 r/min 時，葉片出口邊形成的空泡尺寸進一步增大，空泡長度顯著大于葉片特征長度，其中改良葉型副進口邊處的空泡也得到進一步發展，逐漸覆蓋了副進口邊與出口邊之間葉片表面的大部分。當轉速高于 10 000 r/min 時，原始葉型與改良葉型產生的空泡尾部形態沿半徑的變化不再相似，前者為曲線型，后者為直線型，如圖 5（g）和圖 5（h）所示。
圖 6 給出了不同轉速下 2 種葉型旋轉空化器所形成空泡形態的對比。
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