AnAqSim是领先的地下水建模软件,AnAqSim涵盖了广泛的应用,可以轻松地进行分析,取代手工计算,但如果需要,可以更快、更复杂。对具有非均质性、各向异性、多层和完全瞬态流动的更复杂情况进行建模。比使用有限差分或有限元模型更快地完成这些操作。AnAqSim快速且易于使用,并且比其他分析元素程序功能强大得多 !它使用子域,这使它在异质性和各向异性方面具有强大的能力。它还采用了高阶线单元、空间可变面积汇和有限差分时间步长,以实现多级含水层系统和广泛的瞬态流模拟。
安装激活教程
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软件功能
1、全瞬态功能
瞬态仿真具有类似于 MODFLOW 的时间段和时间步长。您可以随时间改变大多数输入:井和线边界流量、指定水头、河流阶段、补给率和地表水位。瞬态输出包括每个时间步长的等值线图和矢量图、沿线的瞬态水头剖面图、井或任何点的水位图、河道流量与时间的关系、按级别与时间划分的多级井排放、头部指定边界和井的排放与时间的关系。
2、多层和灵活的分层
AnAqSim 允许在一个模型中最多包含 15 个层,因此您可以模拟 3D 流动、部分穿透井、溪流动等。分层方案可以从模型的一个区域更改为另一个区域。分层方案在域间边界过渡,其中放电和水头的正常成分匹配。这种灵活性使您可以将图层和细节集中在感兴趣区域。
3、各向异性
AnAqSim中的每个域都可以是各向异性的,具有任意的Ks比率和K主轴的任何方向。右边的模型显示了各向异性含水层中的屏障和井。与各向同性结构域不同,路径线并非处处垂直于头部轮廓。
4、三维路径线
AnAqSim 以 3D 方式跟踪路径线,即使在单级模型中也是如此。可以跟踪上游或下游的路径,标记以指定的时间增量和指定的总时间。您可以从单个点、沿线的多个点、井周围的多个点或均匀分布在面区域上的点开始路径线。可以在多个级别垂直指定起点。可以有选择地绘制路径,以仅包括由选定井或线边界捕获的路径,例如,用于分析贡献补给的区域。
右侧的模型追踪从下游红色多边形区域内地下水位起点(红色圆圈)到浅渗透沟槽和沟槽下游端的井的路径线。仅显示井捕获的路径线。
5、新鲜/盐界面域
AnAqSim可以使用Ghyben-Herzberg近似建模的新鲜/盐界面模拟无约束域和受限域(参见Strack,1989)。假设界面是尖锐的,盐水被认为是静水的。右边是模型中模拟淡水/盐界面的垂直剖面图,其中两个含水层被一个含水层隔开。AnAqSim的结果与相同垂直剖面的SEAWAT和MODFLOW(SWI)结果非常接近(来自Fitts等人,2015)。
使用帮助
1、子域和模型级别
AnAqSim为每个子域使用一个单独的二维模型。在AnAqSim中,在模型输入/域数据表中输入子域输入(AnAqsem菜单系统中的域是子域的缩写)。在每个子域模型中,垂直流阻力被忽略,水头与子域内的高程无关(Dupuit假设)。对垂直流动和三维流动的阻力是通过使用多个水平来建模的,水平之间具有垂直泄漏。为了说明子域和模型级别是如何在AnAqSim中实现的,我们将通过几个例子,从简单开始,逐渐复杂。
最简单的模型是一个层次(二维),只有一个子域(同构)。下面是这样一个简单模型的平面图。
子域的财产(导水率、孔隙度、高程等)在模型输入/域菜单中定义。子域(蓝色)的空间范围由列在子域外周长上的线边界定义。这与TWODAN或其他分析元素程序不同,其中一个域是无限的“背景”域,而非均质性(域)位于专门用于定义非均质性边界的多边形内。AnAqSim中的方案允许不同类型的边界来定义域的极限,这要灵活得多。在上面显示的简单模型中,有两个线边界形成了域的外部边界:一个是头部指定的(红色),另一个是法向通量指定的(黑色)。
确定域内哪些点的算法如下所示:如果从该点向正x方向(右)移动,则该点位于子域内,你会奇数次越过域的边界。对于域内的大多数点,在正x方向上只有一个边界交叉点(如上面的“a”),但可能有3个或多个交叉点(如上的“b”)。
一般来说,子域边界应该结合起来形成一个完全闭合的多边形,在线边界的终点/起点相交的地方有完全匹配的点。如果定义域边界的线边界有间隙,则可能导致域区域的错误定义和奇怪的模型结果。以下示例中的边界间隙允许间隙左侧的条带(白色),该条带在技术上不在该域内(蓝色);这条带中的点在右边没有边界交叉。如果两个端点/起点的位置存在重叠,则会出现类似的结果;在它们重叠的地方,算法在正x方向上看到两个交叉点。
现在考虑一个仍然是一个级别(二维)的模型,但它是异构的,有三个子域,蓝色、黄色和绿色(如下)。这个例子有三种类型的线边界,它们被标记为:头指定(hs)、法向通量指定(nfs)和域间(id)。每个不同的线边界都以不同的颜色显示,并标记为hs、nfs或id。在两个或多个线边界相交的所有公共交叉点上,端点的坐标必须精确匹配,以便定义每个子域区域时没有间隙或错误。
沿着域间边界,指定哪个域位于左侧,哪个域位于右侧。例如,如果按从下到上的顺序列出蓝色和黄色之间的域间边界的坐标,则蓝色在左侧,黄色在右侧。如果黄色和绿色之间的边界坐标是按顺时针顺序定义的,则黄色在左边,绿色在右边。
现在想象一下,上面显示的模型在蓝色和黄色区域(二维)中是一个级别,但在绿色区域(三维)中有四个级别。下面显示了这种模型沿A-A’的垂直横截面。
在AnAqSim中命名级别的惯例是从顶部的级别1开始,并在多级堆栈中随着深度增加级别编号。在绿色区域中,级别1位于顶部,级别4位于底部。AnAqSim假设存在于同一区域但不同垂直水平的子域之间存在垂直泄漏。可以跳过子域堆栈中的级别编号;例如,上面部分中的绿色区域可以具有级别为2、3、5和6的域,而不是级别为1、2、3和4的域。AnAqSim会在上面和下面找到下一个域,无论级别编号是什么,即使级别编号有差距。这在复杂分层方案的情况下很有帮助,例如,与上面和/或下面的域相比,域的范围有限。根据为domai指定的垂直水力传导率和厚度来计算水平之间的垂直流动阻力
2、关于线边界的左/右
对于域间线边界和法向通量指定线边界,重要的是指定线边界左侧和/或右侧的边界。要解释这意味着什么,请参阅下图。
假设在这个AnAqSim模型的地图视图图中,北方向上,南方向下。不同颜色的区域表示不同的子域,子域由不同的线边界限定。考虑分隔蓝色和黄色子域的红色域际线边界(id)。如果这个线边界的坐标是从南到北的顺序,那么蓝色子域将在左边,黄色子域将在右边。把它想象成沿着线边界从坐标中的第一个顶点走向最后一个顶点。当你沿着边界行走时,“左边”在你的左边,“右边”在右边。或者,如果按从北到南的顺序列出该域间边界的坐标,则黄色域在左侧,蓝色域在右侧。
现在考虑分隔绿色和黄色子域的绿色域间边界。如果该边界的坐标是按顺时针顺序指定的,则黄色域在左侧,绿色域在右侧。或者,如果按逆时针顺序指定该边界的坐标,则绿色域在左侧,黄色域在右侧。
当法向通量指定边界在外部或具有头部相关法向通量边界时,顶点坐标必须按逆时针顺序指定,当你沿着边界前进时,域在边界的左边。考虑图中的紫色法向通量指定边界(nfs)。它的坐标必须按逆时针顺序(从西到东)指定,黄色域在左边。同样,对于蓝色法向通量指定边界,必须从东南到西北逆时针指定坐标,将黄色区域保持在左侧。当你从开始到结束(流出子域)时,从左到右穿过边界的法向通量是正的。从开始到结束(流入子域),从右到左的正常流量为负值。
3、充电、泄漏和瞬态存储
与任何流动模型一样,AnAqSim中的流动方程是基于达西定律和质量守恒(和体积守恒,密度不变)。守恒方程,最简单的是:
- ∇ Q = γ = Lt + Lb + S ∂ h / ∂ t
其中ŞQ是二维含水层流量矢量场的散度,γ是单位面积的净提取量(汇项,L/T单位)。汇项γ可能有来自子域顶部泄漏(Lt)、子域底部泄漏(Lb)和瞬态放电/进入储存的面积(Sõh/õt)的贡献。见Fitts(2010)的方程4-6。
垂直泄漏Lt和Lb是与域和上方或下方的水头之间的水头差成比例的比排放(可以是指定的水头或不同水平的另一个域),并且与等效垂直水力传导率Ke成比例,该等效垂直水力导率Ke基于所涉及的域指定的平均水头处的垂直传导率和饱和厚度。如果在不同级别的两个域之间存在泄漏,则用于计算Ke的方程为
Ke = (b1 + b2) / (b1/K1 + b2/K2)
其中b1和b2是这两层的平均饱和厚度,K1和K2是这两个层的垂直导水率。在AnAqSim中,Ke被假设为常数,与水头和实际饱和厚度无关。
在受限制的情况下(均匀补给、稳定流量和单级模型),γ是恒定的,与位置无关。在这种情况下,可以使用均匀面积汇来精确地模拟均匀的γ分布。
在许多实际情况下,由于空间可变的垂直泄漏和/或空间可变的存储变化,模型需要空间可变的提取(γ随x,y变化)。在这种情况下,模型需要空间可变面积的下沉来近似γ的适当分布。AnAqSim中的空间可变面积汇函数在子域内创建了一个光滑、连续、不规则的γ表面。该模型使用Fitts(2010)的方程13作为γ分布的模型,其中γ等于每个基点处的完美提取/面积(由Fitts(2011)的方程6计算),但在基点之间近似Fitts(20106)的方程。γ的模型分布在基点处完全满足流动方程,并近似于基点之间的流动方程。如果基点间距较小,则此近似值更准确。
为了检查这种近似的准确性,AnAqSim提供了一个分析工具(分析菜单/沿线图形条件)。如果使用此工具进行的检查显示近似值较差,则基点间距过大。如果近似值很好,则可以减少基点间距并节省一些计算。
空间可变面积水槽会给系统带来大量的方程和计算负担,因此要谨慎使用。在可能的情况下(通常是远场),在模型中使用单个水平,如果它是稳定的,这意味着你可以使用非常有效的均匀面积汇,而不是空间可变面积汇。在井周围使用特殊的井基点间距,以最小的计算量获得精度。