معرفی جامع بهترین نرم افزار مدل سازی آب زیرزمینی MODFLOW
MODFLOW در سازمان زمین شناسی ایالات متحده به عنوان یک مدل ماژولار جریان تفاضل محدود توسعه یافته است، این مدل یک کد کامپیوتری است که معادله جریان آب زیرزمینی را حل می کند. این برنامه توسط علم هایدروژئولوژی برای شبیه سازی جریان آب زیرزمینی از طریق سفره های آبی تهیه گردیده است. منبع کد نرم افزار دارای مالکیت عمومی رایگان است. MODFLOW در درجه اول با زبان برنامه نویسی فرترن نوشته شده است، و می تواند کامپایل شده و بر روی ویندوز و یا سیستم عامل های شبه یونیکس اجرا گردد.
شبکه 3 بعدی
از آنجا که MODFLOW توسعه اصلی خود را در اوایل دهه 1980 داشته است، سازمان زمین شناسی آمریکا چهار نسخه های اصلی از آن را منتشر کرد، و در حال حاضر این نسخه ها عملا به عنوان کد استاندارد برای شبیه سازی آبخوان در نظر گرفته شده است. چندین واسط کاربر گرافیکی تجاری و غیر تجاری نیز به طور فعال برای MODFLOW توسعه یافته است.
معادله جریان آب زیرزمینی
معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی حاکم برای یک پهنه آبخوان تحت فشار مورد استفاده در MODFLOW به صورت زیر است:
که در آن:
، و مقادیر هدایت هیدرولیکی در امتداد X، Y، و Z محور مختصات می باشند. (L/T)
، سطح آب پتانسیومتری است (L).
، یک جریان حجمی در واحد حجم به نمایندگی از منابع و / یا سینک ها است، که در آن مقادیر منفی استخراج محسوب شده، و ارزش های مثبت تزریق می باشند (T-1).
، ضریب ذخیره مواد متخلخل است (L-1)؛ و
، زمان است (T).
معادله تفاضل محدود
فرم تفاضل محدود از دیفرانسیل با مشتقات جزئی در یک دامنه آبخوان گسسته (به نمایندگی از ردیف ها، ستون ها و لایه) به شکل زیر است:
که در آن:
، سطح آب هیدرولیکی در سلول I، J، K در زمان m است.
CV، CR و CC رسانایی الکتریکی، هیدرولیک، و یا رسانایی شاخه بین گره i، J، K و یک گره های همسایه می باشد.
، مجموع ضرایب سطح آب از شرایط منبع و سینک است.
، مجموع ثابت از شرایط منبع و سینک، که در آن جریان خروجی از سیستم آب زیرزمینی جریان (مانند پمپ) و جریان ورودی می باشد (مانند تزریق).
، ضریب ذخیره است.
، ابعاد سلول I، J، K، بوده، هنگامی که در حجم سلول ضرب می گردد. و
زمان در گام m است.
این معادله به یک سیستم معادلات برای حل شدن فرموله می شود:
که در آن:
و یا به صورت ماتریسی به صورت ذیل:
که درآن:
A یک ماتریس ضرایب سطح آب برای تمام گره های فعال در شبکه است.
، یک بردار از ارزش سطح آب در پایان گام زمانی m برای تمام گره ها در شبکه است؛ و
، یک بردار از شرایط ثابت، RHS، برای تمام گره های شبکه است.
محدودیت ها
آب باید دارای چگالی ثابت در نظر گرفته شود، همچنین دارای گرانروی پویا (و در نتیجه درجه حرارت ثابت) که تمام این فرض ها در دامنه ی مدل سازی می باشد (SEAWAT یک نسخه اصلاح شده از MODFLOW است که برای جریان آب زیرزمینی و مدل های انتقالی وابسته به چگالی طراحی شده است).
اجزای اصلی ناهمسانگردی هدایت هیدرولیکی مورد استفاده در MODFLOW در زیر نمایش داده شده است. این تانسور اجازه ناهمسانگردی غیر متعامد را می دهد، که از جریان در شکستگی ها انتظار می رود. ناهمسانگردی افقی برای یک لایه کل می تواند با ضریب "TRPY" بدست آید.
ورژن های MODFLOW
مدل های ماژولار:
سازمان زمین شناسی آمریکا در دهه 1970 چند صد مدل را برای آب های زیرزمینی ایجاد کرده بود. این مدل ها در ورژن های مختلفی از زبان برنامه نویسی فرترن نوشته شده بودند که در نتیجه در آن زمان، نیاز به یک عمل مشترک برای بازنویسی یک مدل جدید و متناسب با نیاز یک سناریوی جدید آب زیرزمینی احساس شد. مفهوم MODFLOW در سال 1981 طراحی گردید که به ارائه یک مدل مشترک آب زیرزمینی ماژولار منجر شد. این مدل می تواند در سیستم عامل های مختلف بدون تغییر عمده وارد شده، و همچنین می توانید اقدام به خواندن و نوشتن فرمت های رایج داده ها نماید. جنبه های گوناگون سیستم آب زیرزمینی می تواند با استفاده از ماژول های این کد شبیه به ایده "سیستم استریو اجزاء" در نظر گرفته شود. نام اصلی این کد از عبارت "مدل سه بعدی تفاضل محدود آب های زیر زمینی جریان USGS"، و یا به صورت غیررسمی "مدل ماژولار" گرفته شده است. نام MODFLOW چند سال پس از توسعه اولیه، که در سال 1981 آغاز شده ابداع گردید.
اولین نسخه از MODFLOW در تاریخ 28 دسامبر سال 1983 منتشر شد، و به طور کامل در فرترن 66 نوشته گردید. کدگذاری کد منبع برای این نسخه در USGS در فایل گزارش 83-875 اصلی به صورت باز ارائه گردید.
MODFLOW-88
این نسخه از MODFLOW در FORTRAN 77 بازنویسی شد و در ابتدا در 24 ژوئیه 1987 منتشر شد. نسخه فعلی MODFLOW-88 2.6 است، که در 20 سپتامبر 1996 منتشر گردید.
MODPATH، در ابتدا در سال 1989 به عنوان پس پردازش توسعه داده شد و آن هم در MODFLOW-88 در حالت پایدار و برای تعیین خطوط مسیر سه بعدی از ذرات آلودگی بود. این نوآوری برای زمینه های آلودگی هیدروژئولوژی ضروری بوده است. این کد هنوز به عنوان یک پس پردازش در نسخه های اخیر MODFLOW استفاده می شود.
یک برنامه جداگانه، تحت عنوان MODFLOWP، در سال 1992 به منظور برآورد پارامترهای مختلف مورد استفاده در MODFLOW توسعه داده شد. این برنامه در نهایت در MODFLOW-2000 ساخته شده است.
MODFLOW-96
MODFLOW-96 (نسخه 3.0) در اصل در تاریخ 3 دسامبر 1996 منتشر شد، و یک تفاوت و ادامه تجدید نظر شده از MODFLOW-88 بود. سه نسخه نهایی از MODFLOW-96 وجود دارد:
MODFLOW-96 (نسخه 3.3 در 2 می 2000)
MODFLOW-96h (نسخه 3.3h در 10 جولای، 2000)، با بسته HYDMOD
MODFLOWP (نسخه 3.2، در 9 اکتبر 1997)، MODFLOW-96 با پارامتر برآورد.
چندین واسط گرافیکی برای اولین بار با استفاده از کد MODFLOW-96 توسعه داده شد.
MODFLOW-2000
MODFLOW-2000 (نسخه 1.0، نسخه تنظیم مجدد) در 20 جولای سال 2000، که MODFLOWP و HYDMOD در کد برنامه اصلی با هم ادغام شدند منتشر گردید. بسیاری از بسته ها و پیشرفت های جدید نیز در آن را شامل میشد، از جمله موتورهای محاسباتی جدید، بسته های جریان و جریان اشباع. مفهوم طراحی داخلی نیز نسبت به نسخه های قبلی تغییر کرد، به طوری که بسته های فرآیندها و ماژول های مجزا به شکلی جامع تغییر کرده بود. این نسخه در مخلوطی از FORTRAN 77، فرترن 90 و زبان C ایجاد شد. MODFLOW-2000 همچنین قادر بود تا برای محاسبات موازی وارد شود، که به کاربر برای بهره گیری از پردازنده های متعدد مورد استفاده امکان می داد و این سبب افزایش پیچیدگی مدل و یا کاهش زمان شبیه سازی کدگذاری شد.
نسخه نهایی MODFLOW-2000 (یا MF2K) نسخه 1.19.01، در 25 مارس منتشر شد، و آن هم در سال 2010. چهار کد مرتبط و یا شاخه بر اساس MODFLOW-2000 وجود دارد:
MF2K-GWM یا GWM-2000 (نسخه 1.1.4، 31 مه 2011، شاخه ای از MF2K 1.17.2)، با قابلیت مدیریت آب های زیرزمینی با استفاده از بهینه سازی.
MF2K-FMP (نسخه 1.00، 19 می، 2006، بر اساس MF2K 1.15.03)، با فرآیند پردازش مزرعه.
MF2K-GWT (نسخه 1.9.8، 28 اکتبر، 2008، بر اساس MF2K 1.17.02)، جریان آب زیرزمینی و مدل انتقال املاح.
SEAWAT (نسخه 4.00.05، 19 اکتبر، 2012)، چگالی متغیر و فرآیندهای انتقال.
VSF (نسخه 1.01، 5 جولای، 2006)، جریان متغیر اشباع.
MODFLOW-2005
این نسخه فعلی یا به عبارتی آخرین نسخه رسمی از MODFLOW است. این ورژن در درجه اول در فرترن 90 و زبان C نوشته شده است. نسخه فعلی از MODFLOW-2005 نسخه 1.11.00 است، که در 8 اوت منتشر شد، و آن هم در سال 2013. کدهای مرتبط و یا شاخه عبارتند از:
MODFLOW-OWHM (نسخه 1.00.00، 15 سپتامبر 2014)، مدل جریان آب هیدرولوژیک (MODFLOW-OWHM، MF-OWHM یا MODFLOW-ONE)، تلفیقی از چندین نسخه از MODFLOW است (NWT، LGR، FMP، SWR، SWI) در یک نسخه، شامل ارتقاء ویژگی های جدید که اجازه شبیه سازی جریان وابسته به سطح آب، جریان وابسته به جریان و تغییر شکل جریان وابسته، که در مجموع اثرات مصرف توأم از منابع آب را فراهم می کند. راهنمای آنلاین را مشاهده کنید.
MODFLOW-CFP (نسخه 1.8.00، 23 فوریه، 2011)، جریان پیوسته مجرا برای شبیه سازی شرایط جریان آب زیرزمینی آشفته و یا ورقه ای.
MODFLOW-LGR (نسخه 2.0، 19 سپتامبر 2013)، پالایش شبکه محلی.
GWM-2005 (نسخه 1.4.2، 25 مارس 2013)، قابلیت مدیریت آب های زیرزمینی با استفاده از بهینه سازی.
MF2005-FMP2 (نسخه 1.0.00، 28 اکتبر، 2009)، برآورد به صورت پویا برای اجزای یکپارچه عرضه و تقاضا در کشاورزی آبی به عنوان بخشی از شبیه سازی آب های سطحی و جریان آب های زیر زمینی.
MODFLOW-NWT (نسخه 1.0.9، 1 جولای 2014)، فرمول نیوتن برای حل مشکلات مربوط به خشک شدن سلول ها و rewetting غیرخطی در معادله زیرزمینی جریان محصور نشده.
MODFLOW-USG
MODFLOW-USG در ابتدا در سال 2013 منتشر شد، که برای طیف گسترده ای از تغییرات شبکه با استفاده از شبکه های بدون ساختار اقتباسی طراحی شده است. نسخه فعلی از MODFLOW-USG نسخه 1.3.00 است، که در 1 دسامبر 2015 عرضه گردید.
در ذیل بسته های موجود در این مدل را مشاهده می نمایید.
Name | Long name | Version introduced |
---|---|---|
Required packages | ||
BAS | Basic Package | original |
DIS | Discretization | MODFLOW-2000 (1.0) |
DISU | Unstructured Discretization | MODFLOW-USG (1.0) |
OC | Output Control | original |
Groundwater flow packages | ||
BCF | Block-Centered Flow Package | original |
CLN | Connected Linear Network Process | MODFLOW-USG (1.0) |
GNC | Ghost Node Correction Package | MODFLOW-USG (1.0) |
HFB | Horizontal Flow Barrier Package | MODFLOW-88 |
HUF | Hydrogeologic Unit Flow Package | MODFLOW-2000 (1.1) |
LPF | Layer-Property Flow Package | MODFLOW-2000 (1.0) |
SWI2 | Seawater Intrusion Package | MODFLOW-2005 (1.11) |
UPW | Upstream Weighting Package | MODFLOW-NWT (1.0) |
UZF | Unsaturated-Zone Flow Package | MODFLOW-2005 (1.2) |
Specified Head boundary packages | ||
CHD | Constant-Head Boundary / Time-Variant Specified-Head | MODFLOW-88 |
FHB | Flow and Head Boundary Package | MODFLOW-96 (3.2) |
Specified flux boundary packages | ||
FHB | Flow and Head Boundary Package | MODFLOW-96 (3.2) |
RCH | Recharge Package | original |
WEL | Well Package | original |
Head-dependent flux boundary packages | ||
DAF | DAFLOW | MODFLOW-96 |
DRN | Drain Package | original |
DRT | Drain Return Package | MODFLOW-2000 (1.1) |
ETS | Evapotranspiration Segments Package | MODFLOW-2000 (1.1) |
EVT | Evapotranspiration Package | original |
GHB | General-Head Boundary Package | original |
LAK | Lake Package | MODFLOW-2000 (1.1) |
MNW | Multi-Node, Drawdown-Limited Well Package | MODFLOW-2000 (1.11) |
RES | Reservoir Package | MODFLOW-88 (2.6) |
RIP | Riparian Evapotranspiration Package | MODFLOW-OWHM (1.0) |
RIV | River Package | original |
SFR | Streamflow-Routing Package | MODFLOW-2000 (1.14.00) |
STR | Stream Package | MODFLOW-88 |
SWR | Surface-Water Routing Process | MODFLOW-NWT 1.08 |
UZF | Unsaturated-Zone Flow Package | MODFLOW-2005 (1.2) |
Solvers | ||
DE4 | Direct Solver Package | MODFLOW-88 (2.5) |
GMG | Geometric Multigrid Solver | MODFLOW-2000 (1.15.00) |
LMG | Link-AMG Package | MODFLOW-2000 (1.4) |
NWT | Newton | MODFLOW-NWT (1.0) |
PCG | Preconditioned Conjugate-Gradient Package | MODFLOW-88 |
PCGN | Preconditioned Conjugate Gradient Solver with Improved Nonlinear Control | MODFLOW-2005 (1.9.0) |
SIP | Strongly Implicit Procedure Package | original |
SMS | Sparse Matrix Solver | MODFLOW-USG (1.0) |
SOR | Slice Successive Over-Relaxation Package | original |
Miscellaneous packages | ||
GAG | Gage | MODFLOW-2000 |
HYD | HYDMOD | MODFLOW-2000 (1.1) |
IBS | Interbed-Storage | MODFLOW-88 |
KDEP | Hydraulic-Conductivity Depth-Dependence Capability | MODFLOW-2000 (1.12) |
LMT | Link-MT3DMS | MODFLOW-2000 (1.5) |
LVDA | Model-Layer Variable-Direction Horizontal Anisotropy Capability | MODFLOW-2000 (1.12) |
SUB | Subsidence and Aquifer-System Compaction | MODFLOW-2000 (1.12) |
SWT | Subsidence and Aquifer-System Compaction Package for Water-Table Aquifers | MODFLOW-2000 (1.18) |
UTL | Utility | original |
Observation process input files | ||
OBS | Input File For All Observations | MODFLOW-2000 |
HOB | Head-Observation | MODFLOW-2000 |
DROB | Drain Observation | MODFLOW-2000 |
DTOB | Drain Return Observation | MODFLOW-2000 |
RVOB | River Observation | MODFLOW-2000 |
GBOB | General-Head-Boundary Observation | MODFLOW-2000 |
CHOB | Constant-Head Flow Observation | MODFLOW-2000 |
ADV | Advective-Transport Observation | MODFLOW-2000 (1.0) |
STOB | Stream Observation | MODFLOW-2000 |
Obsolete packages | ||
GFD | General Finite-Difference | MODFLOW-88 to 96 |
TLK | Transient Leakage | MODFLOW-88 to 96 |
تصویر بالا پوشش از McDonald و Harbaugh در سال 1983 است که نشان از یک کامپیوتر احاطه شده توسط ماژول ها و آرایه های استفاده شده توسط MODFLOW می باشد. این تصویر در زمان "سیستم استریو اجزاء" ذکر شده است.
رابط های گرافیکی کاربر
چندین رابط گرافیکی برای MODFLOW ساخته شده است، که اغلب شامل کد MODFLOW و البته با تغییرات در آن است. این برنامه های گرافیکی در اصل کمکی برای ورود داده ها در ایجاد مدل ریاضی MODFLOW می باشند.
رابط های غیر تجاری
نسخه MODFLOW غیر تجاری رایگان می باشد، با این حال، این حالت رایگان صدور مجوز خود را معمولا در استفاده با اهداف آموزشی و یا غیر انتفاعی پژوهش محدود می کند.
ModelMuse یک رابط کاربر گرافیکی مستقل از شبکه از USGS برای MODFLOW-2005، MODPATH و PHAST است. هیچ محدودیتی در مجوز آن وجود ندارد. کد منبع گنجانده شده است.
MODFLOW-GUI - ساخته شده توسط USGS: که اغلب برای مطابقت با USGS MODFLOW توسعه و بروز شده است. این امکان از MODFLOW-96، MODFLOW-2000، MODFLOW-2005، MODPATH، ZONEBUDGET، GWT، MT3DMS، SEAWAT و GWM پشتیبانی می کند. کد منبع برای MODFLOW-GUI نیز گنجانده شده است. که به Argus ONE بستگی دارد: یک رابط تجاری برای ساخت مدل های عمومی است. هیچ محدودیتی در مجوز فراتر از Argus ONE وجود ندارد.
PMWIN برای "پردازش MODFLOW" (برای ویندوز) - نرم افزار رایگان قدرتمند برای پردازش MODFLOW و تصویر سازی آن است، این رابط گرافیکی کاربر در کنار یک کتاب آموزشی ارائه گردیده است؛ همچنین در Traditional Chinese در دسترس است. مجوز برای این نسخه به استفاده غیر تجاری محدود شده است.
mflab - mflab یک رابط MATLAB برای MODFLOW است. کاربر قادر به ایجاد و تجزیه و تحلیل مدل با نوشتن مجموعه ای از اسکریپت ها در MATLAB است. این نتایج در فرآیند خود انعطاف پذیر و کارآمد بوده، و مقدار زیادی از اتوماسیون را امکان می دهد.
IMOD - رایگان و رابط منبع باز توسعه یافته توسط Deltares IMOD است. شامل نسخه سریع MODFLOW با تکنیک های مدل سازی زیر دامنه سریع، انعطاف پذیر و سازگار می باشد. ساده سازی های عمده را ایجاد کرده، دارای وضوح بالا در مدل MODFLOW می باشد و ویرایش زیر سطحی جغرافیایی را ممکن می سازد.
برنامه های تجاری
برنامه MODFLOW تجاری معمولا توسط دولت ها و مشاوران برای کاربردهای عملی از MODFLOW و درباره مسائل آب های زیرزمینی در دنیای واقعی استفاده می شود. نسخه های حرفه ای از MODFLOW به طور کلی در حداقل حدود 1000 دلار قیمت داشته و معمولا در دامنه رو به بالا به 7000 دلار آمریکا (25 میلیون تومان) هم می رسند. این یک لیست از برنامه های تجاری برای MODFLOW است:
GMS - سیستم مدل سازی آب های زیرزمینی (رابط قدرتمند و توسعه یافته)
Groundwater Vistas
Processing Modflow
Visual MODFLOW
Argus ONE
Leapfrog Hydro
همه نسخه های فعلی از این برنامه ها تنها بر روی ویندوز اجرا می شوند، با این حال نسخه های قبلی از GMS (تا نسخه 3.1) برای چندین سیستم عامل یونیکس همگام شده بود.
رابط های گرافیکی سابق
رابط های مبتنی بر ویندوز - گرافیک آبهای زیرزمینی
ModelCad - رابط کاربری مبتنی بر ویندوز، توسعه یافته توسط Geraghty و میلر
ModIME - رابط کاربری مبتنی بر DOS توسط S.S. Papadopulos و همکاران
سایر مدل آب زیرزمینی پر استفاده
MARTHE
HydroGeoSphere
FEFLOW
MIKE SHE
برای یافتن تمامی مطالب مرتبط با این مطلب در سایت از جستجوی سایت در حاشیه سمت راست و بالای صفجه استفاده فرمایید.
ورود به بخش آموزش های متنی GMS
دانلود آخرین نسخه نرم افزار GMS
دریافت لایسنس ارزیابی (14 روزه)
برای سفارش انجام مدل سازی اینجا کلیک کنید
شناسه تلگرام مدیر سایت: SubBasin@
نشانی ایمیل: behzadsarhadi@gmail.com
(سوالات تخصصی را در گروه تلگرام ارسال کنید)
_______________________________________________________
با سلام و عرض تبریک سال نو ، باطلاّع می رساند خط آدرس گیر پست الکترونیک مخاطبین شما متاسفانه اعداد لاتین را در هر حالت به فارسی بر می گرداند ،لطفاً جهت برقراری ارتباط با مخاطبین تان اشکال ارتباطی پیش آمده را برطرف نمایید...
با سلام و سپاس از توجه شما. من متوجه مشکل نشدم متاسفانه.