GMS在水文地质结构可视化方面的应用

韩设民

【摘 要】GMS（地下水模拟系统软件）是美国Brigham Young University环境经济研究所与美国陆军排水工作试验站共同研制的一款专门进行地下水模拟的软件包。GMS的研发，大大方便了水利工作者对各地的水文地质结构的研究。GMS广泛应用于水文地质结构模型建构工作。本文将结合GMS的特点来探讨GMS在水文地质结构可视化的应用。

【关键词】GMS；水文地质结构；可视化；应用

GMS是一款新型的地下水模拟系统软件包，长期以来，水利工作者由于技术的限制对于水文地质结构的研究，一直被阻碍。GMS的研发与利用，为广大水利工作者更加深入地研究各地水文地质结构提供了有力地工具，它能使地下水文研究工作获得更大进步。GMS可以模拟地下水的水文条件，提供一个近似于真实环境的地下水模型，利用该模型可以更加深入地了解当地水文地质结构。

1.GMS软件介绍

GMS的全称是Groundwater Modeling System，它是专门研究地下水的软件，GMS是美国Brigham Young University环境经济研究所与联合美国陆军排水工作试验站共同研制的一款软件。GMS把先前已经产生的各个地下水模拟系统软件，如MODFLOW、MODPATH、MT3D、FEMWATER、RT3D、SEEP2D、SEAM3D、UTCHEM、PEST、UCODE、NUFT等软件融合到一起产生的一款软件包。它具有以上软件共有的优点。

2.GMS主要模块功能介绍

GMS系统式由以上各个模块组成的，其中主要的模块有MODFLOW，MODPATH，MT3D等模块。下面就来详细叙述一下这些模块的功能。

MODFLOW是应用最广泛地三维地下水流模型，它的主要功能是针对孔隙中地下水流动的三维有限差分数值模拟。MODFLOW的程序结构求解方法多样，且离散方法简单，因而在溪流、河流等水流系统中被常常用到。

MODPATH则是一种三维质点示综模型。在MODFLOW指定各质点位置后，MODPATH则用来追踪质点，它既可以进行正向示综，也可以反向示踪。MODPATH根据上个软件的运算出来的虚拟粒子进行模拟可以表现出指定地点污染物的运动。这种追踪方式主要应用在井内。

MT3D则主要是用来模拟地下水中化学反应的三维溶质运动模型，它所模拟的化学反应，既包括平衡控制的线性和非线性吸附、又包括以及不可逆衰变及生物降解的化学反应。该软件不是单独使用，它在运行时必须要结合MODFLOW一起运行。

以上所介绍的模块只是GMS中主要模块的功能，其他模块的功能也不容忽视。我们在运用GMS时，必须要对各个模块的功能、用法有深刻地把握。水文地质结构的研究也是要基于对该软件的熟练运用。

3.GMS在水文地质结构的可视化方面的应用

由于GMS地下水模拟系统是把各个软件融合在一起来使用的，因而在水文地质结构可视化的研究过程中，GMS主要是用来构建地下水系统的模型，以及观察水流运动情况。我们在利用GMS来进行地下水结构的研究前，必须要深刻把握研究对象周边的水文地理条件，具体而言就是要做到：要了解该地区水文地貌、地质、构造发育，主要河流及各流域的水文特征。要做好相关资料的收集工作。收集的资料主要包括：该地区地质、地貌变化的资料、该地区天气变化资料、水文地质图、水文地质构造图、电子地理地图等资料。在收集完整资料后，还要进行整理加工，整理方法应根据所用模型的不同而改变。在做好充分的基础工作后就可以展开构建模型的工作了。构建模型的步骤主要有以下几步：

3.1把地理地图放到GMS中进行定位

所谓定位地图实际上指的就是建立坐标系。只有通过建立坐标系来各种数据才能准确地定位。然后就是要根据定位好的地图绘制工作边界，绘制出工作区边界后，再把整理好的数据放入模块，最后选择一命令生成水文地质结构体。

3.2根据输入数据，建立水文结构模型

GMS根据输入数据进行定位，然后根据定位好的地图绘制出工作区边界，在根据这些边界生成TINs，。生成TINs后，将整理好的高层点数据输入GMS中。根据适当的插值方法对各层点的数据进行计算，把计算结果在导入到TIN上。总之，就是要通过一系列TIN来建立水文地质结构模型。

3.3水文地质结构中透镜体的显现

水文地层中常常会出现许多透镜体，如何表现这些透镜体在传统技术中是难题，但是在GMS中却是很轻易就能做到的。具体的做法就是要通过透镜体的边缘生成新的边界，然后根据这些新生长的边界生成两个TIN，最后把数据导入到这两个TIN中，透镜体模型就可以完整地产生了。把模块中与地质结构模型重合的部分剪掉，一个真正地水文地质结构模型就产生了。

以上三个步骤，是构建水文地质结构模型的三个基本步骤，其中还有许多内容因为篇幅原因无法展开，这还待深入谈。在构建水文地质结构模型的时候还要注意到常会出现的一些问题，如钻孔分布不均、钻孔深度不够、插值计算方法的选择等问题，重视并解决好这些问题，是构建水文地质结构模型的关键。

GMS在水文地质结构可视化中的应用主要指的是GMS在水文地质结构模型的构建过程中的用法。如何运用GMS构建水文地质结构模型是本文讨论的主题。本文认为GMS在由于其集主要的水文地质结构模型软件于一身，因而应用十分广泛，它对加深水文地质结构的研究有非常重要的作用，对于GMS系统的实用，主要是包括数据输入、构建模型、透镜体显现三个步骤。我们要认真掌握这三个步骤。在构建模型的过程中，还必须要注意到钻孔问题、插值计算方法的选择等问题。解决这些问题，是构建模型的基础。在构建模型之前还必须要注意到资料的收集。

【参考文献】

[1]张海涛，许光泉，李佩，全黄，向菁，刘泽功，胡友彪.基于GMS的隔水层水文地质结构可视化分析[J].人民黄河，2010（9）.

[2]陈正华，周斌，邓智.基于GMS的武山矿区水文地质结构可视化模型[J].安全与环境工程，2012（4）.