FEFLOW有限元地下水系统模拟软件介绍PDF格式

地学 · 发表于 2011-2-13 12:41

FEFLOW有限元地下水系统模拟软件介绍
中国国际地下水模型中心中国国际地下水模型中心
Finite Element subsurface FLOW system
FEFLOW发展史
FEFLOW(Finite Element subsurface FLOW system)
是有限元地下水数值模型的杰出代表,由德国WASY公司于
1979年开发的,最初用FORTRAN IV编写的,此后不断得到改
进,90年代初期,FEFLOW4.0版本已扩展为3D并应用于水流,
溶质运移模拟;1996-1998年间FEFLOW的数值性能和数据界
面得到扩展,模型后处理器功能增强;发展到21世纪以来它
的版本已经升级到5.2,具备良好的GIS数据接口,优化的剖
分网格技术,良好的可视化效果等很多优点.
FEFLOW的应用领域
模拟地下水区域流场及地下水资源规划和管理方案
模拟矿区露天开采及地下水开采对区域地下水的影像及其最优对策
方案
模拟近海岸区抽取地下水或矿区抽排地下水引起的海水或深部盐水
入侵问题
模拟非饱和带以及饱和带地下水流及其温度场分布问题
模拟污染物在地下水中迁移过程及其时空分布模式
可以模拟三维空间水流模型,二维平面,二维剖面或者轴
对称二维水流模型
可以对非稳定流或稳定流及多层自由表面含水层进行模
拟,包括潜水含水层中的上层滞水模拟
可以对化学物质迁移及热转递模拟,包括温度,盐份迁移
模拟,可变密度流场模拟(盐水或海水入侵问题)
也可以对非饱和带流场及物质迁移进行模拟.
FEFLOW的地下水模拟功能
FEFLOW的特点和功能
系统输入特点
通过标准数据输入接口,用户既能直接利用已有的GIS空间图形数据生成
有限单元网格,也可以手动调整网格几何形状,加密或放疏网格.在建立地下
水流模型时用户可以对边界条件增加特定的限制条件,以避免异常解的出现.
所有模型参数,边界条件及附加条件既可设置为常数,也可定义为随时间变化
的函数.FEFLOW提供克里金(Kriging),阿基玛(Akima)和距离反比加权法(IDW)
等插值方法.输入数据格式既可以是ASCII码文件,也可以是GIS地理信息系统
文件.
系统模型求解特点
FEFLOW采用加辽金法为基础的有限单元法来控制和优化求解过程,
内部配备了若干先进的数值求解法来控制和优化求解过程:
(1)快速直接求解法, 如PCG,B ICGSTAB, CGS, GMRES.
(2)灵活多变的up-wind 技术, 如流线up-wind, 奇值捕捉法Shock
capturing,以减少数值弥散.
(3)皮卡和牛顿迭代法求解非线性流场问题,据此自动调节模拟时
间步长.
(4)模拟污染物迁移过程包括对流,水动力弥散,线性及非线性吸
附,一阶化学非平衡反应.
(5)为非饱和带模拟提供了多种参数模型,如指数式,Van
Genuchten 式和多种形式的Richard 方程.
(6)变动上边界(BASD)技术处理带自由表面的含水系统以及非饱和
带的模拟.
(7)有限单元自动加密或放疏技术.
(8)实时显示非稳定流模拟过程中的水位和污染物动态变化值.
输出特点
FEFLOW提供了其他任何地下水模拟软件都无法比拟的,丰富实用的
图形显示和数据结果分析工具.其先进的图形可视化及数据分析技术
表现在:
(1)有限单元网格,边界条件和模型参数的三维可视化;三维彩色等
势面显示以及二维平面彩色或等值线显示;
(2)三维地下水流线追踪,流动时间及流速动画显示;
(3)三维交叉断面图,剖面图与切片图显示;
(4)三维图形的交互旋转,放大或缩小;
(5) 模型整体和局部水量均衡分析(包括任意几何多边形内的水流
通量分析);
(6)各种边界条件上的水流通量,物质通量以及在特定时间,空间
内的水流积分量都可以由模型算出并以图形显示出来.