前言

第一章 地下水数值模拟概述

一、概述

二、地下水数值模拟流程

第二章 有限差分法

一、差分的概念

二、几种主要的差分格式

（一）显式差分格式

（二）隐式差分格式

（三）中心式差分格式

（四）加权显式一隐式格式

三、二维地下水流问题的差分方程

四、三维地下水流问题的差分方程

五、三对角线方程组的解法——追赶法

第三章 有限单元法

一、概述

二、GaIerkin法基本原理

（一）方法简介

（二）有限元剖分与基函数

（三）有限元方程

三、系数矩阵的存贮和线性代数方程组的解法

（一）系数矩阵存贮方式的讨论

（二）改进平方根法

第四章 反求模型参数的数值法

一、基本概念

二、试估一校正法和优选法

（一）试估一校正法

（二）逐个修正法

（三）单纯形探索法

（四）最速下降法

三、修正的GaUSS-Newton法

（一）方法简介

（二）计算矩阵[A]的方法

（三）计算步骤

第五章 数值模型的不确定性分析

一、不确定性的由来

二、评估不确定性的方法

（一）敏感度分析

（二）Monte Carlo法

（三）一阶误差分析法

三、不确定性的处理

第六章 地下水模拟软件简介

一、GMs软件简介

（一）GMS软件介绍

（二）GMS软件发布历史

（三）GMS软件面向的地下水问题

（四）GMS软件的特点

二、GMS软件的应用情况

三、GMS软件模块介绍

四、GMS建模过程介绍

（一）MODFL0w建模过程介绍

（二）MT3DMS建模过程介绍

（三）FEMWATER建模过程介绍

（四）SEAwAT建模过程介绍

第七章 地下水数值模拟案例

一、案例介绍

（一）研究背景

（二）研究区概况

二、水文地质概念模型的建立

（一）研究区范围的划定

（二）边界条件的设置

（三）源汇项的设置

（四）水文地质参数分区

三、海水入侵数值模拟模型的建立

（一）MODFLOW模型的建立

（二）MT3DMS模型的建立

（三）SEAwAT模型的建立

四、结果显示与分析

参考文献 2100433B

《地下水数值模拟基础/普通高等教育“十三五”规划教材》系统地讲述了地下水数值模拟方法的基本原理、求解过程、常用软件及实例应用。全书共分七章，*章主要介绍地下水数值模拟方法的概念及特点；第二章主要讲解有限差分法的基本原理及求解过程；第三章着重讲述有限单元法的基本原理及求解过程；第四章主要介绍反求模型参数的数值方法；第五章主要讲解地下水数值模拟中的不确定性及其处理方法；第六章主要介绍地下水数值模拟常用软件GMS及其使用；第七章以海水入侵的实例研究展示了地下水数值模拟的一般过程，通过实践练习，达到学以致用的目的。

《地下水数值模拟基础/普通高等教育“十三五”规划教材》可作为水文与水资源工程、地下水科学与工程、水利工程、环境工程等专业的本科教材，也可供水文地质科研人员、工程技术人员参考。

《地下水数值模拟:GMS应用基础与实例》内容分为两部分。第一部分介绍地下水运动的基本方程，包括水流运动方程、非水相流体(NAPL)运动方程和地下水中化学组分迁移方程，其中非水溶性液体运动方程与GMS采用方程一致。第二部分以实例为基础，介绍在GMS环境下进行地下水数值模拟全过程，包括水文地质模型概化、几何模型建立、边界条件设定、参数赋值和反演，以及计算模拟与结果分析。通过《地下水数值模拟:GMS应用基础与实例》的学习，读者可以较为深入熟练地掌握地下水数值模拟的技术方法。

《地下水数值模拟:GMS应用基础与实例》可供环境、地矿、城建、水利等部门从事地下水研究的技术人员阅读，也可供环境、地矿、城建、水利等专业的高年级本科生及研究生作为教学用书使用。

GMS也是groundwater modeling system的简称，它是一个地下水数值模拟的软件平台。

可以对地下水进行多种模拟，包括水流模拟和溶质运移模拟，同样可以对地下水进行污染物的风险评价。同时可以同其他软件相结合使用，如modfllow,GIS(地理信息系统）等软件。2100433B

第一章 地下水运动的基本理论

第一节 地下水流运动基本方程

一、达西定律

二、基本微分方程

第二节 地下水化学组分运移基本方程

一、含水层中溶质运移的机制

二、污染物运移模型的控制方程

第三节 NAPL迁移基本方程

一、土"para" label-module="para">

二、土壤非饱和带中油"para" label-module="para">

三、UTCHEM模型方程

第四节 有限差分法简介

一、显式有限差分法

二、隐式有限差分法

三、交替方向隐式法(ADI)

四、迭代方法

第二章 GMS软件介绍

第一节 GMS结构体系

第二节 GMS功能特点

一、属性对象

二、工具

三、例题

第三节 GMS界面介绍

第三章 MODFLOW直接建模法

第一节 例题与几何模型建立

一、例题

二、软件初始化

三、网格的创建

第二节 变量的赋值

一、MODFLOW模型的创建

二、全局变量的赋值

三、单元边界条件直接赋值

四、LPF模块赋值

五、降雨入渗模块输入

六、排水模块输入

七、水井模块输入

第三节 检查、保存和运行模型

小结

第四章 MODFLOW概念模型法

第一节 例题与几何模型建立

一、例题

二、输入模型底图

三、定义模拟范围界限

第二节 源汇项创建及参数输入

一、源汇项

二、定义分区面源抽水和大气降水补给

三、定义水文地质参数

第三节 网格剖分及高程

一、网格的剖分

二、网格高程插值

第四节 模型导入与运行

一、导入模型

二、定义各层类型

三、模拟运行与结果观察

小结

第五章 模型校核

第一节 例题

第二节 输入观测井

小结

第六章 模型参数反演

第一节 方法简介

第二节 参数区划法

一、定义区划带参数

二、指针值输入

三、启动参数估计引擎

四、输入初始水头

五、编辑参数

六、观察反演结果

第三节 试点法

一、调入PEST计算引擎

二、创建散点

三、输入散点集HK参数

四、运行和观察结果

五、观察渗透系数反演结果

小结

第七章 非稳定流模拟的数据管理

第一节 问题描述

一、例题描述

二、GMS时间管理

第二节 模型参数的输入

一、大气降水入渗的输入

二、地下水开采数据

三、湖泊入渗的输入

四、输入给水率

第三节 MODFLOW时间步长初始化

一、改变模拟类型

二、设置时间步长

第四节 模型运行与结果查看

一、模型导入与运行

二、非稳定流计算结果观察

小结

第八章 MODPATH

第一节 例题及模型创建

一、例题

二、定义孔隙度

第二节 井的粒子示踪

一、定义起始位置

二、流线和截获区的显示

三、观察粒子示踪随时间的变化

第三节 垃圾填埋场的粒子示踪

一、定义粒子束

二、设定显示颜色

三、流线长度和时间计算

四、通过区域代码设定截获区

小结

第九章 MT3DMS直接建模法

第一节 例题描述及模型初建

一、例题描述

二、导入流场模型

第二节 创建溶质迁移模型

一、初始化MT3DMS

二、基础运移模块

三、对流和离散系数

四、源汇项组件

第三节 运行模型及查看结果

小结

第十章 MT3DMS概念模型方法

第一节 立体描述及模型初建

一、例题

二、模型基础参数的输入

第二节 模型参数的输入

一、定义含水层特征

二、入渗浓度的赋值

三、离散组件的输入

第三节 运行模型并观察结果

第四节 吸附和分解的模拟

一、模型参数的输入

二、保存和运行模型

三、观察计算结果

小结

第十一章 DNAPL迁移模拟

第一节 问题描述及模型初建

一、问题描述

二、创建栅格

第二节 各个阶段的模拟

一、污染过程模拟

二、溶解过程

三、冲洗前的隔离井间示踪测试阶段

四、水冲洗处理阶段

五、表面活性剂冲洗处理阶段

六、水冲洗示踪测试PITT（可选的）

小结

第十二章 GIS模块介绍

第一节 未安装ESRIArcObjects

一、读取shapefile文件

二、查看shapefile文件

三、查看属性表

四、将shapefile转换为2D离散点

五、将GIS数据转化为GMS建立概念模型的属性对象

第二节 已安装ESRIArcObjects

一、创建概念模型和图层

二、启动ArcObjects

三、读出数据

四、查看shapefile文件

五、图形文件转化为属性对象

小结

参考文献