|
FEFLOW是讫今为止功能最为齐全的地下水水量及水质计算机模拟软件系统。
该软件系具有图形人机对话；地理信息系统数据接口；自动产生空间多种有限单元网；空间参数区域化以及快速精确的数值算法和先进的图形视觉化技术等特点。
在FEFLOW系统中，用户可以很方便迅速地产生空间有限单元网格，设置模型参数和定义边界条件，运行数值模拟以及实时图形显示结果与成图。
FEFLOW的应用领域包括：
- 模拟地下水区域流场及地下水资源规划和管理方案;
- 模拟矿区露天开采或地下开采对区域地下水的影响及其最优对策方案;
- 模拟由于近海岸地下水开采或者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分布问题;
- 模拟污染物在地下水中迁移过程及其时间空间分布规律（分析和评价工业污染物及城市废物堆放对地下水资源和生态环境的影响，研究最优治理方案和对策）;
- 结合降水－径流模型联合动态模拟“降雨－地表水－地下水”水资源系统（分析水资源系统各组成部分之间的相互依赖关系，研究水资源合理利用以及生态环境保护的影响方案等）;
1、系统输入特点 (建立模型)
通过标准数据输入接口用户既能直接利用已有的GIS空间多边型数据生成有限单元网格。
也可以用鼠标设计和调整网格几何形状，增加和放疏网格密度。
在建立水流场和迁移模型时，用户不仅能够视具体情况定义第一，第二和第三类边界，而且可以对边界条件增加特定的限制条件，以避免非现实的数值解。
用户也能够直接定义多含水层中的抽水和注水井边界条件。
所有边界及附加条件既可设置为常数，也能定义为随时间变化的函数。已知的边界及模型参数可以按点，线或面的形式直接输入。
对离散的空间抽样数据进行内插或外推(数据区域化)，FEFLOW提供克里格法(Kriging)，阿基玛(Akima)和距离反比加权法(IDW)。
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。
FEFLOW支持ARC/INFO点，线，面的广义数据格式，ArcView形状数据格式,DXF格式,Tiff图形以及 HPGL数据格式。
2、系统模型求解特点
FEFLOW具有齐全的地下水模拟功能：
- 三维空间模型，二维平面，二维剖面或者轴对称二维模型；
- 非稳定流或稳定流模拟；
- 多层自由表面含水系模拟，包括滞水 (perched water)模拟 ；
- 化学物质迁移及热转递模拟，包括温度盐份 (thermohaline)迁移模拟
- 可变密度流场模拟 (盐水或海水入侵问题)；
- 非饱和带流场及物质迁移模拟；
FEFLOW采用加辽金法为基础有限单元法，并配备若干先进的数值求解法来控制和优化求解过程；
- 快速直接求解法，如 PCG，BICGSTAB，CGS，GMRES以及带预处理的再启动 ORTHOMIN法；
- 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；
- 皮卡和牛顿迭代法求解非线性流场问题，自动调节模拟时间步长；
- 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；
- 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；
- 垂向滑动网格 (BASD)技术处理自由表面含水系以及非饱和带模拟问题 ；
- 适应流场变化强弱的有限单元自动加密放疏技术，以获得最佳数值解；
- 实时图形显示模拟非稳定流过程中观测点水头和污染物浓度的动态变化值；
- 非稳定流模拟计算可以随时暂停，以便用户显示和分析中间模拟结果；
- 开放性外部程序接口，以便用户在 FEFLOW系统中连接和使用自己的程序模块；
3 系统结果输出及显示
 
FEFLOW的计算结果既有水位，污染物浓度及温度等标量数据，也包括流速，流线和流径线等向量数据。
模型参数和计算结果既能按ASCII码文件，GIS地理信息系统文件，DXF或HPGL文件输出，又能在FEFLOW系统中直接显示和成图。
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。
其先进的图形视觉化及数据分析技术表现在：
- 有限单元网，边界条件和模型参数的三维视化及显示；
- 标量数据的三维彩色 (透明或灰度)等势面显示以及其二维平面彩色或等值线显示；
- 三维地下水流径追踪，流动时间及流速动画显示 (包括其二维平，剖面投影或二维平面追踪)；
- 三维体截段的空间显示和三维交叉剖面组的空间显示；
- 三维图形的任意旋转，二维，三维图形的放大或缩小；
- 总体和局部水量平衡分析 (包括任意几何多边型内的水流通量分析)；
- 计算和图形显示通过各种边界条件的水通量，物质通量以及其在特定时间区间内的积分量；
- 借助FEFLOW提供的 XPLOT或 FEPLOT程序模块可以直接设计和打印各种成果图件。
其多功能的先进技术表现在：
- 能处理多种点阵式和向量式背景底图；
- 充分利用已有的 ARC/INFO GIS地理信息系统数据产生有限单元网，设置边界条件和参数；
- 自动生成各种有限单元网并分析其几何特性 ；
- 模型空间分布参数的内插和区域化；
- 对模型边界条件及参数设置随时间变化的附加限制及规定 ；
- 实时显示地下水非稳流场，温度场及污染物迁移模拟结果；
- 自动调整有限元网格密度，以获得随流场时空变化的最佳数值解。
|
