地下水建模
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
地下水建模的視頻教程
414-基于相變材料回填并考慮地下水滲流影響的U形地埋管換熱器仿真
備注：模型參數(shù)同404案例。 模型圖 仿真工況 入口條件：流體速度0.6m/s，velocity inlet，水溫36℃，直徑26mm。 土壤原始溫度：16℃。 計(jì)算域外圍和底部設(shè)為初溫16℃，計(jì)算域頂部設(shè)為絕熱邊界。 網(wǎng)格圖 說(shuō)明：實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要進(jìn)行網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，以便選取合適的網(wǎng)格數(shù)量（兼顧計(jì)算速度和計(jì)算質(zhì)量）。 因此處字?jǐn)?shù)限制，未展示全部更為詳細(xì)的結(jié)果及工況介紹等內(nèi)容
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三維地下綜合管廊midas Gen建模及分析教程
主要演示如何利用mdias Gen導(dǎo)入cad軸線進(jìn)行交叉口三維建模及分析，所用軸線可以在附件中下載
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279#FLUENT精典案例-考慮地下水滲流作用下的地源熱泵豎直雙 U 地埋管群傳熱特性仿真
土壤初始溫度為17℃，水初始溫度16℃。進(jìn)口流速0.4m/s，溫度5℃，出口回流溫度9.6℃。 計(jì)算時(shí)，考慮土壤的分層和滲流，模型中對(duì)各層土壤進(jìn)行了劃分（即將模型中土壤部分切成若干層，如上圖）。地下水滲流以及管孔布置如下圖所示，滲流方向與X軸呈30度夾角。
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地下水建模的實(shí)例教程
1 引言
地下水是影響人類生存的關(guān)鍵因素，但不同學(xué)科研究地下水的側(cè)重點(diǎn)不同，巖土工程側(cè)重研究地下水對(duì)巖土的力學(xué)作用，而環(huán)境科學(xué)側(cè)重研究地下水的自然流動(dòng)及其對(duì)周圍環(huán)境的生態(tài)影響。特別在中國(guó)，由于城鎮(zhèn)化速度過(guò)快，導(dǎo)致地下水超采和地下水污染的問(wèn)題尤為嚴(yán)重，因此模擬地下水是環(huán)境科學(xué)的一個(gè)重要研究方向。Aquaveo GMS就是這樣一款偏向環(huán)境科學(xué)的地下水模擬系統(tǒng)。
如同Itasca, Rocscience一樣，Aquaveo也是從大學(xué)研究機(jī)構(gòu)脫離出來(lái)的私人公司。Aquaveo自1985年開(kāi)始作為楊百翰大學(xué)(Brigham Young University)工程計(jì)算機(jī)圖形實(shí)驗(yàn)室的一部分。1998年9月該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了重組，改名為環(huán)境模擬研究實(shí)驗(yàn)室(Environmental Modeling Research Laboratory, EMRL)。2007年4月，EMRL的主要軟件開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)作為Aquaveo, LLC進(jìn)入私營(yíng)企業(yè)，正式以公司名義進(jìn)行商業(yè)運(yùn)作。在該公司開(kāi)發(fā)的三個(gè)與地下水相關(guān)軟件中，以地下水模擬系統(tǒng)GMS最為知名。這個(gè)筆記簡(jiǎn)要引入GMS的最新版本10.5.12(11/09/2021)。
2 GMS特點(diǎn)
(1) 概念性建模
概念模型方法加快和簡(jiǎn)化了模型的建立過(guò)程。GMS具有直觀的地下水建模界面，使用熟悉的GIS對(duì)象(點(diǎn)、弧和多邊形)可以快速構(gòu)建出高水平的模型，并根據(jù)需要輕松更新模型。對(duì)于具有簡(jiǎn)單幾何形狀和邊界條件的模型，使用網(wǎng)格方法直接在網(wǎng)格中編輯數(shù)值。
(2) 三維可視化
GMS是在三維環(huán)境中進(jìn)行地下水模擬最先進(jìn)的軟件系統(tǒng)。
展開(kāi) 通過(guò)對(duì)案例模型的實(shí)操?gòu)?qiáng)化培訓(xùn)，不僅使學(xué)員掌握地下水數(shù)值模擬軟件GMS10.1的全過(guò)程實(shí)際操作技術(shù)的基本技能，而且可以深刻理解模擬過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以解決實(shí)際問(wèn)題能力。同時(shí)為滿足環(huán)評(píng)從業(yè)人員進(jìn)一步加強(qiáng)地下水數(shù)值模擬以解決《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則－地下水環(huán)境》（HJ 610－2016）實(shí)施過(guò)程中的困難。
培訓(xùn)目標(biāo)：
1.掌握GMS的建模流程，包括三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(dòng)、地下水溶質(zhì)運(yùn)移、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)移和海水入侵模塊的應(yīng)用過(guò)程。
3.掌握GMS模型輸出數(shù)據(jù)的處理，相關(guān)圖件的編制和模擬結(jié)果的三維可視化展示。
4.能夠利用數(shù)值模型進(jìn)行均衡計(jì)算和地下水資源量評(píng)價(jià)。
5.領(lǐng)會(huì)最新地下水環(huán)境影響評(píng)價(jià)導(dǎo)則（HJ 610-2016），掌握地下水環(huán)評(píng)報(bào)告的撰寫提綱和撰寫要點(diǎn)。
6.通過(guò)手把手的5個(gè)實(shí)例操作指導(dǎo)和面對(duì)面討論交流，使學(xué)員能夠全流程掌握數(shù)值模擬方法，并能夠?qū)δM中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行快速診斷處理。（請(qǐng)?zhí)崆芭渲脤W(xué)習(xí)所需軟件環(huán)境，所需自備）
課程內(nèi)容詳情
學(xué)時(shí)與證書頒發(fā)：
參加會(huì)議的學(xué)員可以獲得《地下水建模及環(huán)評(píng)技術(shù)應(yīng)用》專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)證書及學(xué)時(shí)證明，上網(wǎng)可查。
展開(kāi) *自動(dòng)網(wǎng)格細(xì)化- 所有的SoilVision 分析產(chǎn)品在建模時(shí)都可以自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格的劃分。首先，當(dāng)求解問(wèn)題時(shí)會(huì)自動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格生成；其次，自動(dòng)網(wǎng)格細(xì)化功能為計(jì)算得到的危險(xiǎn)區(qū)域增加節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化模型來(lái)增加可靠度。這個(gè)操作無(wú)需人工干預(yù)，完全自動(dòng)進(jìn)行。
*快速建模–建模網(wǎng)格點(diǎn)、網(wǎng)格細(xì)化特性及基于流線型區(qū)域的交互界面使得建模的時(shí)間被大大縮短。
*非飽和特性 - 所有的SoilVision 分析產(chǎn)品都能夠進(jìn)行飽和及非飽和的一維、二維和三維分析。
*強(qiáng)大的地下水建模分析 - SVFlux 是一個(gè)強(qiáng)大的地下水建模分析模塊?？梢赃M(jìn)行飽和/非飽和的一維、二維和三維分析。很多獨(dú)特的特性，如蒸發(fā)蒸騰分析、隨機(jī)分析等特性，使得用戶可以進(jìn)行異常復(fù)雜的分析計(jì)算。
*高級(jí)應(yīng)用–軟件擁有大量已有的及不斷開(kāi)發(fā)補(bǔ)充的應(yīng)用范圍。如廢渣堆填的邊坡穩(wěn)定，堆攤浸出墊層分析等。
*隨機(jī)分析–軟件可以進(jìn)行隨機(jī)行分析。例如，滲透系數(shù)可以輸入主值和偏差，進(jìn)行概率分析。
*用戶自定義–用戶可以自己更改軟件求解的偏微分方程。高級(jí)用戶可以使用這個(gè)特性進(jìn)行高等級(jí)的分析計(jì)算。
模塊耦合和一體化
SVOffice 中所有的模塊都可以相互耦合進(jìn)行分析計(jì)算。只需要簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊操作，便可在不同模塊間進(jìn)行模型的共享。SVFlux模塊中計(jì)算出的孔隙水壓力可輕松的導(dǎo)入到SVSolid模塊中進(jìn)行應(yīng)力分析計(jì)算，計(jì)算出的應(yīng)力數(shù)據(jù)和孔隙水壓力數(shù)據(jù)可進(jìn)一步進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。使用SoilVision數(shù)據(jù)庫(kù)可以輕松估算未知土體的水壓力參數(shù)。從實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)到建模分析，輕松完成。
展開(kāi) 另外，有限差分法對(duì)于處理復(fù)雜地質(zhì)體中的地下水三維滲流場(chǎng)模擬方面存在著不足，沒(méi)有有限元三角剖分靈活多變。
（4）FEFLOW具備地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，可以充分利用已有的 ARC/INFO GIS地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)產(chǎn)生有限單元網(wǎng)，設(shè)置邊界條件和參數(shù)。
（5）Visual Modflow采用的是模塊化結(jié)構(gòu)，在軟件輸入操作過(guò)程便體現(xiàn)了這一點(diǎn)，如邊界條件里面的定水頭邊界、河流邊界、截滲墻邊界、排水溝邊界、補(bǔ)給邊界和蒸發(fā)邊界等，而FEFLOW的邊界條件是按照一類、二類、三類和井流邊界劃分的。這兩種形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，模塊化結(jié)構(gòu)對(duì)常見(jiàn)的幾類邊界進(jìn)行了分類，用戶可根據(jù)問(wèn)題直接選擇該邊界模塊進(jìn)行輸入編輯操作，十分方便，但遇到特殊水文地質(zhì)問(wèn)題時(shí)就顯得不足；FEFLOW中邊界問(wèn)題的分類采取了廣義的邊界條件分類，因此在處理水文地質(zhì)邊界條件時(shí)就非常的靈活，但是這種過(guò)于集中的輸入方式也給輸入工作帶來(lái)了不便，比如源匯項(xiàng)的輸入過(guò)于集中，用戶需要對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行整理或者預(yù)處理才能輸入；另外，在非穩(wěn)定流模擬中，對(duì)于蒸發(fā)輸入的操作在Visual Modflow中可以很容易實(shí)現(xiàn)，但是在FEFLOW中卻要通過(guò)FEFLOW的二次開(kāi)發(fā)工具IFM模塊編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。
（6）在混合井的模擬方面二者都存在不同程度上的不足?；旌暇魇窃谏a(chǎn)過(guò)程中十分常見(jiàn)的一種地下水開(kāi)采方式。但混合井流的模擬一直是MODFLOW的一個(gè)缺陷。盡管MODFLOW建議“多層井的流量必須以某種形式人為地分配給每一單層，……把井流量按每一層的導(dǎo)水系數(shù)大小分配，即 ”，其中 和 分別為第 層流量和總（井口）流量，Ti和求和公式T分別為第i層導(dǎo)水系數(shù)和總導(dǎo)水系數(shù)。但實(shí)質(zhì)上，這種方法是不妥的，它不是模擬，而是“處理”，一種與機(jī)理不符的“處理”。因此這個(gè)問(wèn)題應(yīng)引起地下水流數(shù)值模擬工作者的重視。
展開(kāi) 大量雨水使得基坑內(nèi)外水位不斷抬升，對(duì)基礎(chǔ)底板產(chǎn)生較大浮力，從工程安全性考慮，施工過(guò)程一定滿足肥槽回填土透水指標(biāo)和壓實(shí)值要求。尤其山區(qū)建筑，由于高程較高，若遇暴雨，容易出現(xiàn)地下結(jié)構(gòu)上浮事故，因此專項(xiàng)施工方案必須提前策劃，制定可靠措施，有效減少 “聚水盆”效應(yīng)的危害。
1.開(kāi)工進(jìn)場(chǎng)后，依據(jù)場(chǎng)地地形和地貌，布置場(chǎng)內(nèi)地表排水溝，明確排水走向，編制措施可靠基坑降水方案；雨期或汛期施工基礎(chǔ)或主體施工時(shí)，必須做排水盲溝和積水井、泄水溝，集水井內(nèi)安置帶有液位浮珠開(kāi)關(guān)潛污泵。基坑四周設(shè)置擋水墻。
2.地下室周邊應(yīng)采用弱透水、密實(shí)不透水材料回填，回填材質(zhì)及其回填質(zhì)量應(yīng)能保證地震作用下土對(duì)地下室的約束作用。當(dāng)肥槽較窄時(shí)，可采用素混凝土或攪拌流動(dòng)性水泥回填。當(dāng)肥槽較寬時(shí)，可采用2:8灰土、級(jí)配砂石、壓實(shí)性較好的素土、分層夯實(shí)回填，壓實(shí)系數(shù)不小于0.94。
3.當(dāng)勘察期間未見(jiàn)有地下水,但地下室處于不透水或弱透水層黏性土地基或泥(頁(yè)）巖地基時(shí)，設(shè)計(jì)仍應(yīng)采取一定的抗浮措施釋放水浮力，防止使用期間基坑肥槽積水并滲人底板形成水盆效應(yīng)，導(dǎo)致底板上浮影響地下室的正常使用。如采用阻排法或基礎(chǔ)底板下設(shè)置暗溝等措施以考慮地表水下滲產(chǎn)生的影響。一般工程可按下圖所示的阻排法進(jìn)行肥槽填土構(gòu)造。對(duì)于遇水不易風(fēng)化的巖石地區(qū),可在肥槽內(nèi)或底板下設(shè)置集水、排水系統(tǒng)釋放水浮力。重要工程應(yīng)進(jìn)行專門研究采取特別加強(qiáng)的抗浮措施。
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地下水建模的最新內(nèi)容
01 研究背景
比利時(shí)的沿海地區(qū)有大量大型港口和風(fēng)電站，比利時(shí)的沿海地區(qū)對(duì)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。比利時(shí)海岸帶具有水位振幅大、水深小、懸浮沉積物濃度高的特點(diǎn)，因此非常需要可靠的數(shù)值模型來(lái)預(yù)測(cè)這一地區(qū)的水位和流速。
這個(gè)模型不僅要能夠?qū)Τr下由自北方進(jìn)入北海和從南方通過(guò)多佛海峽的潮汐波引起的水位和流速變化進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，還必須能夠在強(qiáng)風(fēng)極端天氣條件下給出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果。
02 案例展示
IMDC
§ Geostudio：包括Slope/W、Seep/W、Plaxis 2D等模塊，用于巖土和地下水數(shù)值建模。
§ Phase2：用于地下結(jié)構(gòu)的有限元軟件，特別適用于巖石力學(xué)問(wèn)題。
§ FLAC：離散元法軟件，用于分析巖石和土壤的變形和斷裂。
§ ANSYS：通用有限元分析軟件，可用于巖土力學(xué)和地質(zhì)工程問(wèn)題的建模和模擬。
01 研究背景
比利時(shí)的沿海地區(qū)有大量大型港口和風(fēng)電站，比利時(shí)的沿海地區(qū)對(duì)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。比利時(shí)海岸帶具有水位振幅大、水深小、懸浮沉積物濃度高的特點(diǎn)，因此非常需要可靠的數(shù)值模型來(lái)預(yù)測(cè)這一地區(qū)的水位和流速。
這個(gè)模型不僅要能夠?qū)Τr下由自北方進(jìn)入北海和從南方通過(guò)多佛海峽的潮汐波引起的水位和流速變化進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)
地下水是水資源重要的組成部分,雖屬可再生資源,但地下水更新和自凈非常緩慢,一旦被污染,所造成的環(huán)境與生態(tài)破壞,往往長(zhǎng)時(shí)間難以逆轉(zhuǎn)。目前中國(guó)90%的城市地下水遭受污染,已呈現(xiàn)由點(diǎn)向面擴(kuò)展的趨勢(shì)。因此,加強(qiáng)對(duì)地下水的監(jiān)控和相應(yīng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)成為一種迫切需要。
環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境保護(hù)工作的重要組成部分，是環(huán)境管理的基礎(chǔ)和技術(shù)支持。隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)也相應(yīng)大力發(fā)展起來(lái)。
自從托馬斯·羅伯特·馬爾薩斯面世，科學(xué)家們就一直在尋找在資源有限的情況下人口增長(zhǎng)的極限在哪里。其中一個(gè)資源就是地下水。全球約 40% 的食物產(chǎn)量依賴于灌溉，而灌溉水的來(lái)源就是地下含水層。地下水灌溉讓種植者可以增加農(nóng)作物產(chǎn)量，讓農(nóng)作物在旱季得以生存，在雨季時(shí)又可以平衡所需水量和雨量之間的不平衡。在世界上的很多地方，抽取地下水（或從井中泵上來(lái)）的量已經(jīng)大于補(bǔ)給的水量，導(dǎo)致地下水枯竭。在這些地方
自從托馬斯·羅伯特·馬爾薩斯面世，科學(xué)家們就一直在尋找在資源有限的情況下人口增長(zhǎng)的極限在哪里。其中一個(gè)資源就是地下水。全球約 40% 的食物產(chǎn)量依賴于灌溉，而灌溉水的來(lái)源就是地下含水層。地下水灌溉讓種植者可以增加農(nóng)作物產(chǎn)量，讓農(nóng)作物在旱季得以生存，在雨季時(shí)又可以平衡所需水量和雨量之間的不平衡。在世界上的很多地方，抽取地下水（或從井中泵上來(lái)）的量已經(jīng)大于補(bǔ)給的水量，導(dǎo)致地下水枯竭。在這些地方
COMSOL Multiphysics? 軟件中的地下水流模塊包含了一些有用的功能，能夠更高效地設(shè)置復(fù)雜的模擬任務(wù)。例如，在對(duì)井進(jìn)行建模時(shí)，使用井功能進(jìn)行設(shè)置，網(wǎng)格劃分明顯變得簡(jiǎn)單，也更加直觀。在這篇文章中，我們將介紹井功能，并討論如何使用這項(xiàng)功能以及它如何增強(qiáng)建模過(guò)程。
在 COMSOL Multiphysics? 中對(duì)井進(jìn)行建模
對(duì)地下水流問(wèn)題進(jìn)行建模，通常需要處理暴露在相對(duì)較小的源或匯中的大型建模域
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問(wèn)題描述
本案例演示如何使用具有自由表面流體的重疊網(wǎng)格功能和DFBI 對(duì)落入水中的救生艇的運(yùn)動(dòng)構(gòu)建模型。STAR-CCM+ 自動(dòng)進(jìn)行方格重疊過(guò)程。在救生艇落水過(guò)程中具有三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)的模型：豎直平移和水平平移以及俯仰旋轉(zhuǎn)。為了降低模擬的計(jì)算成本
414-基于相變材料回填并考慮地下水滲流影響的U形地埋管換熱器（地源熱泵）換熱仿真
備注：模型參數(shù)同404案例。
01
模型圖
02
仿真工況
入口條件：流體速度0.6m/s，velocity inlet，水溫36℃，直徑26mm。
土壤原始溫度
本期培訓(xùn)主題方向?yàn)椤半姵匕浒濉?，?nèi)容涵蓋天洑多款軟件在該主題方向的仿真分析、建模、優(yōu)化操作培訓(xùn)。
全參數(shù)化建模及優(yōu)化操作培訓(xùn)【軟件工具
