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§ GIS技术在地下水研究中的应用
在地下水研究中应用GIS技术,是由于地下水研究需要组织、定量和解释大量的水文地理数据。早期的地下水模拟研究需要把地图、图表等信息转换成计算机可读的格式。这些工作费时、冗长,并且容易出现误差。水文信息如降水、参数信息(如水力传导度)、参数格式(如井的位置和流量值)以及辅助信息(如边界条件)都需要海量数据的组织和管理。事实上,所有这些信息都是空间分布的,在某些情况下,还是时间分布的。其中许多数据在计算机中以地图形式存在,如栅格形式、矢量格式或数据表形式的图像。由于计算机图形技术的发展,现在这些信息可以有效地通过GIS系统来存取。这使地下水模拟工具成为一个集成化的基于Windows的、界面友好的、面向图形的、功能综合的数据输入,分析和预处理系统。相关方面的软件有GIM(Argus ONE Geographic Information Modeling),PTC(Princeton Transport Code),MODFLOW,MT3D等。利用GIS方法,可以利用原始的空间信息来进行工作,例如,由地图提供的信息。这些信息一般是用通用的大多数人都能理解的术语,而不是用地下水模拟的特殊的术语来分类和描述。可视化的计算机图形方法使数据的组织和分析更加直观。
一、引言
过去30年来,地下水流和溶质迁移模型已经从科学探索工具变成为一种广泛应用的地下水分析和设计技术。最初,地下水模拟主要是地下水资源量的评价,但现代应用已经开始关心水质问题。地下水资源问题主要涉及水量和水质问题。其中水量问题由地下水流模型模拟;地下水质问题由地下水迁移模型模拟。
总体来看,地下水流模型的构建需要以下几个步骤:
(1)确定模型描述的区域范围;
(2)确定模型边界条件的水文特征;
(3)编辑地质信息;
(4)编辑水文信息;
(5)决定模型需要的物理维数;
(6)确定模型的大小;
(7)模型离散化;
(8)输入模型边界条件;
(9)输入模型参数;
(10)输入模型应力;
(11)运行模型;
(12)输出计算的水力梯度;
(13)率定模型;
(14)投入生产运行。
二、确定模型描述的区域范围
(1)包括模型模拟所有的水力头的可能变化;
(2)包括用户感兴趣的区域;
(3)与使用的计算机能力相匹配;
(4)与区域水文边界条件相一致。
GMA由Argus ONE GIM系统和PTC地下水流和溶质迁移模型组成。PIE是两者之间的接口。PTC GUI-PIE的命令菜单安装在Argus的PIEs菜单命令下。它是新建PTC工程、编辑PTC工程的控制参数、PTC工程的运行和PTC结果输出的控制模板。
GMA方法在水文地质假设试验和实践模拟中有很好的能力。在GMA中地下水流模型的产生、执行和评价的过程如下:
(1) 在启动Argus ONE后,出现Argus ONE窗口,用户通过从PIEs菜单中选择“New PTC Project”,开始模型建立;
(2) 出现一个选择“Mesh type”、“Number of geological(formation) layers”的对话框。这些选择能使PIE各种地理空间图层(信息和数据图层)结构化,这些图层是P