地下水建模的案例
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 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 SVOffice 的特點
*自動網格細化- 所有的SoilVision 分析產品在建模時都可以自動進行網格的劃分。首先，當求解問題時會自動對模型進行網格生成；其次，自動網格細化功能為計算得到的危險區域增加節點，優化模型來增加可靠度。這個操作無需人工干預，完全自動進行。
*快速建模–建模網格點、網格細化特性及基于流線型區域的交互界面使得建模的時間被大大縮短。
*非飽和特性 - 所有的SoilVision 分析產品都能夠進行飽和及非飽和的一維、二維和三維分析。
*強大的地下水建模分析 - SVFlux 是一個強大的地下水建模分析模塊。可以進行飽和/非飽和的一維、二維和三維分析。很多獨特的特性，如蒸發蒸騰分析、隨機分析等特性，使得用戶可以進行異常復雜的分析計算。
*高級應用–軟件擁有大量已有的及不斷開發補充的應用范圍。如廢渣堆填的邊坡穩定，堆攤浸出墊層分析等。
*隨機分析–軟件可以進行隨機行分析。例如，滲透系數可以輸入主值和偏差，進行概率分析。
*用戶自定義–用戶可以自己更改軟件求解的偏微分方程。高級用戶可以使用這個特性進行高等級的分析計算。
模塊耦合和一體化
SVOffice 中所有的模塊都可以相互耦合進行分析計算。只需要簡單的點擊操作，便可在不同模塊間進行模型的共享。SVFlux模塊中計算出的孔隙水壓力可輕松的導入到SVSolid模塊中進行應力分析計算，計算出的應力數據和孔隙水壓力數據可進一步進行邊坡穩定性分析。使用SoilVision數據庫可以輕松估算未知土體的水壓力參數。從實驗室數據到建模分析，輕松完成。
展開 某地塊土壤及地下水修復工程社會風險評估
（寧波市甬安社會評價研究院有限公司供稿）
—— 典型案例（四）——
某地塊土壤及地下水修復工程
社會風險評估
摘要：某地塊原為化工廠廠址，2004年8月停產，后該地塊被收儲并規劃為居住用地（二類）和教育用地。根據國家相關要求，需要對該場地的污染土壤和地下水進行修復后再開發利用。土壤及地下水環境修復工程相對敏感，同類項目引發的社會穩定風險事件較多，工程實施期間有可能較長時間內對周邊區域人民群眾生產生活造成影響。根據風險評估政策規定，有關單位決定實施風險評估，并委托我院組織開展了具體評估工作。
一、決策概況
該修復地塊面積500畝，修復對象為土壤和地下水，修復污染物為半揮發性有機污染物、揮發性有機污染物、農藥、總石油烴（TPH）、重金屬Ni，主要采用固化穩定化、原地異位間接熱脫附、原位熱脫附、原位化學氧化四種修復方式，由北京某環境修復有限公司負責實施。
展開 
地下水資源監控中應用的深水液位傳感器
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,所造成的環境與生態破壞,往往長時間難以逆轉。目前中國90%的城市地下水遭受污染,已呈現由點向面擴展的趨勢。因此,加強對地下水的監控和相應技術的開發成為一種迫切需要。
環境監測是環境保護工作的重要組成部分，是環境管理的基礎和技術支持。隨著我國工業化和城市化的迅速發展，環境保護也相應大力發展起來。
運用信息采集傳輸技術、水質檢測技術、計算機信息系統集成技術實現對項目地區的地下水的水位、水質等信息的自動、連續、實時地在線監測為水環境的保護與決策提供科學的依據。
井下數據端具有多路傳感器接口，支持一體化pH、電導率、懸浮物、UV法COD、電極法氨氮、點流速儀傳感器。自動采集、存儲傳感器的測量數據，并通過4G/5G接口傳輸至主站軟件，用于遠程數據監測和分析預警。
井下數據端通過RS-485接口按設定的采集間隔讀取水文、水質傳感器的實時測量數據，按上報間隔通過物聯網接口主動上傳至云平臺，測量數據和歷史曲線通過云平臺展示，以實現對監測點位水質、水文數據的遠程監控和預警。
在液位檢測中，盡管檢測方法所用技術各不相同，但可以把它們歸納為以下幾個檢測原理。
1、基于力學原理。敏感元件所受到的力（壓力）的大小與液位成正比，通過受力的大小轉換成相應液位高度。它包括靜壓式、浮力式和重錘式液位計。
2、基于相對變化原理。當液位變化時，液位與容器底部或頂部的距離發生改變，通過測量距離的相對變化可獲得液位的信息。這種液位檢測儀表包括聲學式、微波式、光學式。
3、基于某強度性物理量隨液位的升高而增加的原理來獲得液位的信息。例如對射線的吸收強度、電容器的電容量等。
展開 地下水惹禍魁首：水盆效應及防治措施10條
大量雨水使得基坑內外水位不斷抬升，對基礎底板產生較大浮力，從工程安全性考慮，施工過程一定滿足肥槽回填土透水指標和壓實值要求。尤其山區建筑，由于高程較高，若遇暴雨，容易出現地下結構上浮事故，因此專項施工方案必須提前策劃，制定可靠措施，有效減少 “聚水盆”效應的危害。
1.開工進場后，依據場地地形和地貌，布置場內地表排水溝，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或主體施工時，必須做排水盲溝和積水井、泄水溝，集水井內安置帶有液位浮珠開關潛污泵。基坑四周設置擋水墻。
2.地下室周邊應采用弱透水、密實不透水材料回填，回填材質及其回填質量應能保證地震作用下土對地下室的約束作用。當肥槽較窄時，可采用素混凝土或攪拌流動性水泥回填。當肥槽較寬時，可采用2:8灰土、級配砂石、壓實性較好的素土、分層夯實回填，壓實系數不小于0.94。
3.當勘察期間未見有地下水,但地下室處于不透水或弱透水層黏性土地基或泥(頁）巖地基時，設計仍應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，導致底板上浮影響地下室的正常使用。如采用阻排法或基礎底板下設置暗溝等措施以考慮地表水下滲產生的影響。一般工程可按下圖所示的阻排法進行肥槽填土構造。對于遇水不易風化的巖石地區,可在肥槽內或底板下設置集水、排水系統釋放水浮力。重要工程應進行專門研究采取特別加強的抗浮措施。
展開 [地下水] 談談Visual Modflow和Feflow的區別
另外，有限差分法對于處理復雜地質體中的地下水三維滲流場模擬方面存在著不足，沒有有限元三角剖分靈活多變。
（4）FEFLOW具備地理信息系統數據接口，可以充分利用已有的 ARC/INFO GIS地理信息系統數據產生有限單元網，設置邊界條件和參數。
（5）Visual Modflow采用的是模塊化結構，在軟件輸入操作過程便體現了這一點，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、補給邊界和蒸發邊界等，而FEFLOW的邊界條件是按照一類、二類、三類和井流邊界劃分的。這兩種形式各有優缺點，模塊化結構對常見的幾類邊界進行了分類，用戶可根據問題直接選擇該邊界模塊進行輸入編輯操作，十分方便，但遇到特殊水文地質問題時就顯得不足；FEFLOW中邊界問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邊界條件時就非常的靈活，但是這種過于集中的輸入方式也給輸入工作帶來了不便，比如源匯項的輸入過于集中，用戶需要對其數據進行整理或者預處理才能輸入；另外，在非穩定流模擬中，對于蒸發輸入的操作在Visual Modflow中可以很容易實現，但是在FEFLOW中卻要通過FEFLOW的二次開發工具IFM模塊編程來實現。
（6）在混合井的模擬方面二者都存在不同程度上的不足。混合井流是在生產過程中十分常見的一種地下水開采方式。但混合井流的模擬一直是MODFLOW的一個缺陷。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水系數大小分配，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層導水系數和總導水系數。但實質上，這種方法是不妥的，它不是模擬，而是“處理”，一種與機理不符的“處理”。因此這個問題應引起地下水流數值模擬工作者的重視。
展開 地下水惹禍魁首：水盆效應及防治措施10條
大量雨水使得基坑內外水位不斷抬升，對基礎底板產生較大浮力，從工程安全性考慮，施工過程一定滿足肥槽回填土透水指標和壓實值要求。尤其山區建筑，由于高程較高，若遇暴雨，容易出現地下結構上浮事故，因此專項施工方案必須提前策劃，制定可靠措施，有效減少 “聚水盆”效應的危害。
1.開工進場后，依據場地地形和地貌，布置場內地表排水溝，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或主體施工時，必須做排水盲溝和積水井、泄水溝，集水井內安置帶有液位浮珠開關潛污泵。基坑四周設置擋水墻。
2.地下室周邊應采用弱透水、密實不透水材料回填，回填材質及其回填質量應能保證地震作用下土對地下室的約束作用。當肥槽較窄時，可采用素混凝土或攪拌流動性水泥回填。當肥槽較寬時，可采用2:8灰土、級配砂石、壓實性較好的素土、分層夯實回填，壓實系數不小于0.94。
3.當勘察期間未見有地下水,但地下室處于不透水或弱透水層黏性土地基或泥(頁）巖地基時，設計仍應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，導致底板上浮影響地下室的正常使用。如采用阻排法或基礎底板下設置暗溝等措施以考慮地表水下滲產生的影響。一般工程可按下圖所示的阻排法進行肥槽填土構造。對于遇水不易風化的巖石地區,可在肥槽內或底板下設置集水、排水系統釋放水浮力。重要工程應進行專門研究采取特別加強的抗浮措施。
展開 CAD技術在地下水有限元前處理中的應用
有限元法是地下水計算中最為常用的一種數值計算方法,然而其前處理部分在整個系統分析中比較繁雜,盡管已出現一些商業化軟件,在一定程度上實現了有限元單元網格的自動化剖分,但它們在實際應用中往往加上過多的限制,生成的網格難以符合實際水文地質條件。通過分析繪圖軟件AutoCAD的DXF文件的結構,利用面向對象的可視化集成開發工具Delphi710開發了與AutoCAD接口的地下水有限元前處理程序,實現了地下水有限元計算中的網格半自動剖分,能快速獲取有限元分析中前處理階段的大量數據,可反復修改及顯示生成的剖分網格圖形,保證了生成網格的質量,縮短了有限元分析的周期
CAD技術在地下水有限元前處理中的應用.pdf
展開 地下室基礎導墻水平施工縫止水鋼板工藝，示例學習！
來源：無錫市新吳區建設工程安全質量監督站
如有侵權，請聯系刪除
正文如下：
根據設計規范要求，地下室基礎導墻施工水平縫不應留在剪力最大處或底板與側墻的交接處，應留出高出底板表面≥300mm的墻體上，此部位屬于外墻防水的薄弱環節，常見防水措施為（1）中埋式防水：鋼板止水帶，橡膠止水帶；（2）外貼式防水措施：外貼止水帶，外涂防水涂料，外抹防水砂漿；（3）遇水膨脹止水條等。實際工程中地下室基礎導墻處常用鋼板止水帶，一方面相當于施工縫作用，另一方面是止水作用。
下面就以南通四建集團施工質量樣板班組為例，展示地下室基礎導墻水平施工縫止水鋼板工藝做法。
展開 巖土工程：地質勘察中解決地下水問題的措施有哪些
為了更準確的測出地下水位，準確找出透水層，可采用分段鉆進法進行測量。具體方法如下：
1）設計好每天鉆進的工作量，循序漸進。
2）每天鉆進工作結束后，可將孔中水抽干。第二天開鉆前再測量水位，以明確該地段含水的穩定性。
3）如果上部地層都不含水，可以一直這樣進行下去，直到發現含水層。如果上部已有含水層，可將水抽干，把測量段暫時密封起來，第二天再測量，以查明該地段的水壓大小，含水性與水位的穩定性。
一般情況下，巖體完整段一般不含水。節理、裂隙密集段可能無水，也可能有水。通過以上的周密測量，可以把地層分為不含水段與含水段，再結合地球物理勘探儀，準確確定出地層的含水帶，從而根據含水帶的分布特點，結合裂隙滲透的原理，來準確判斷地下水對巖體穩定性的影響。
展開 
PID光離子傳感器用于土壤及地下水揮發性污染物檢測
土壤的相對濕度較高時，由于土壤對水分子的吸附能大于對有機污染物分子的吸附能，后者在吸附競爭中處于劣勢，而已經吸附的水分子會降低土壤吸附位的吸附能，這也對土壤對有機污染物的吸附起到抑制作用，導致更多的VOCs從土壤中揮發進入PID檢測器中。但是，PID檢測準確性會受到水蒸氣的干擾，使得含水率愈大時PID示數偏低。為了降低土壤含水率和空氣濕度對PID的干擾，有必要引入校正系數修正水蒸氣帶來的影響。工采網推薦兩款檢測VOCs氣體的PID光離子化傳感器PID-AH與PID-A1;PID-A1為大量程傳感器，其檢測范圍為100ppb~6000ppm,PID-AH則是一款量程小，靈敏度高的產品，其檢測范圍為1ppb到50ppm的VOC氣體。
結論與展望
PID光離子化檢測器作為一種新型的氣體檢測裝置，具有高效、便捷、快速的優點，可以廣泛地應用在土壤及地下水修復、環境檢測、風險評估等領域。雖然不同種類的有機物對PID有不同的響應程度，但是總體來說PID示數與VOCs含量仍然具有較好的相關性。尤其是在干燥的土壤中，相關系數可達0.8以上，顯示出高度正相關。這種相關性隨著VOC濃度的提高還會進一步上升。根據PID檢測器的讀數，可以快速方便地推斷出土壤中VOCs的含量。雖然土壤中的水分在一定程度上對PID示數有所干擾，但是含水率與示數偏差的關系并非無跡可尋，引入修正系數后，可以將含水率的干擾在很大程度上降低。光離子化檢測器在土壤及地下水修復領域具有重大的應用潛力。
展開 在地下1000米儲藏5萬噸超純水！日本到底在做什么？
當你進入其中走到盡頭，會發現一個巨大的“水箱”，它埋藏在地下千米深處，高約41米，直徑約39米...幾乎相當于15層樓的高度。
本以為它只是一個稍大一點的儲水站，但當你抬頭往上看時，會驚訝于“水箱”墻壁上密密麻麻的設備，仿佛是一處外星人的實驗室，或是電影中邪惡博士的秘密研究基地...
更讓人震驚的是，雖然被叫做“水箱”，但里面裝的可不是普通的自然之水，而是5萬噸的超純水！相當于24個標準泳池那么多！
要知道，超純水是一種極為接近高純度的水，其純凈度是我們日常中喝的礦泉水的4000倍，不過也正因為它的“干凈”，它里面除了水分子外，幾乎沒有什么雜質存在...（也就是幾乎去除氧和氫以外所有原子的水）
它沒有細菌、病毒，當然也沒有人體所需的礦物質微量元素，所以看似純凈，卻并不適合飲用，而且超純水在自然界中基本是不存在的，想要獲取需要經過一系列復雜的高科技工藝，才能生產制造出這種水 。
那么日本人在地下儲藏這么多的超純水到底要做什么呢？莫非有什么“不可告人”的秘密？！
其實，這是日本的一個科研項目，這個裝有超純水的巨大“水箱”，是世界最大的中微子探測器之一——超級神岡（Super-Kamiokande）
在日本上世紀80年代，這個裝置就存在了...不過在當時它并不是為了觀察中微子而建立，而是為了探索了解粒子物理學的一個未解之謎——質子衰變
而“水箱”墻壁上密密麻麻仿佛眼睛一樣的設備，是一種光感應器，被稱為光電倍增管或PMT...是為了觀測中質子衰變而打造。
展開 在 COMSOL 中簡化地下水流建模
COMSOL Multiphysics? 軟件中的地下水流模塊包含了一些有用的功能，能夠更高效地設置復雜的模擬任務。例如，在對井進行建模時，使用井功能進行設置，網格劃分明顯變得簡單，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功能以及它如何增強建模過程。
在 COMSOL Multiphysics? 中對井進行建模
對地下水流問題進行建模，通常需要處理暴露在相對較小的源或匯中的大型建模域。
以前，COMSOL Multiphysics 中將井作為大型分層地下域中的小型三維圓柱體引入，例如關于
地熱回灌中傳熱和多孔介質流的耦合仿真
的文章中所介紹的。這種方法需要使用合適的邊界條件，并且會涉及對小對象進行網格劃分。
使用 COMSOL Multiphysics 井邊界條件，也就是用邊替換圓柱體對于網格劃分算法更好，并且需要的網格劃分也更少。與精確求解細節相比，這個功能可以提供了準確的解。接下來，讓我們來更詳細地討論井邊界條件。
井邊界條件的設置
首先要熟悉新的邊界條件及其設置。井邊界條件可用作二維中的點特征和三維中的邊特征，并可與達西定律、理查茲方程和兩相達西定律接口一起使用。使用這個邊界條件，可以選擇井是注入井還是生產井，并指定壓力或質量流量。下圖顯示了一些不同的可用選項。
注入井建模的設置達西定律、理查茲方程接口(左)和兩相達西定律接口(右)，其中還必須指定飽和度。
比較模擬井的兩種方法
現在，讓我們看看井邊界條件與其他用于模擬井的選項相比如何。為了便于說明，我們使用了一個基本模型，如下圖所示。
半徑為 20m、高度為 3m 的水庫中，半徑為 0.5m 的井的幾何模型，其周圍是一個無限的單元域。
使用無限元是為了使我們可以在離井很遠的地方施加壓力而不增加建模域。
展開 Wolfram 語言分析基于捕食-食餌模型的農作物產量預測和地下水變化趨勢
其中一個資源就是地下水。全球約 40% 的食物產量依賴于灌溉，而灌溉水的來源就是地下含水層。地下水灌溉讓種植者可以增加農作物產量，讓農作物在旱季得以生存，在雨季時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）的量已經大于補給的水量，導致地下水枯竭。在這些地方，地下含水層的“可持續年限”有限，也給每年灌溉的量和基于地下水農業的可持續發展套上了限制。而這個研究的目的則是提出一個動態系統框架用于解釋基于地下水的灌溉過去的趨勢并為食物產量提供預測。
為什么高原可以蓄水
我和我的聯合作者選擇了美國高原蓄水層（ HP 蓄水層，也叫做奧加拉拉蓄水層)作為實驗臺，原因有二：
首先，HP 蓄水層從德克薩斯的狹長區域延伸到南達科他，穿過八個州，這樣也就在地下水抽取、回補的互動與天氣和農作物年產量的提高中展示出不同的水平。
蓄水層從又熱又干燥的氣候（南部）延伸到又濕又冷的氣候（北部）。
內布拉斯加州的（代表北部）的回補率堪憂，而德克薩斯（南部）和堪薩斯（中部）的回補率分別比內布拉斯加高大約四倍和八倍。
第二，美國地質勘探局（USGS）和美國農業部（USDA）都有大量關于農作物產量和地下水抽取和使用的數據。
HP蓄水層是這八個州的一部分，也是美國最大的蓄水層，面積高達17.6萬平方英里。
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