常用软件介绍之三：MODFLOW及其系列商业软件简介

MODFLOW是美国地质调查局（USGS）1980年代开发的地下水模拟软件（http: //water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/modflow.html），采用的是有限差分的数值方法模拟地下水流场，由于其简单直观易用从而在业界得到极其广泛的应用，并陆续增加了很多特定的功能模块，如目前的MODFLOW-2005就包括：

BAS -- Basic Package
BCF -- Block-Centered Flow Package
LPF -- Layer-Property Flow Package
HFB -- Horizontal Flow Barrier Package
CHD -- Time-Variant Specified-Head Option
RIV -- River Package
DRN -- Drain Package
WEL -- Well Package
GHB -- General Head Boundary Package
RCH -- Recharge Package
EVT -- Evapotranspiration Package
SIP -- Strongly Implicit Procedure Package
PCG -- Preconditioned Conjugate Gradient Package
DE4 -- Direct solver
STR -- Streamflow-Routing Package
FHB -- Flow and Head Boundary Package
IBS -- Interbed Storage Package
GMG -- Geometric MultiGrid Solver Package
HUF -- Hydrogeologic-Unit Flow Package
MNW -- Multi-Node Well Package
ETS -- Evapotranspiration with a Segmented Function Package
DRT -- Drains with Return Flow Package
RES -- Reservoir Package
SUB -- Subsidence Package
OBS -- Observation Process
SFR -- Streamflow-Routing Package
LAK -- Lake Package
UZF -- Unsaturated Zone Package
GAG -- Gage Package
SWT -- Subsidence and Aquifer-System Compaction Package


但是MODFLOW最基本的输入输出还是文本格式，一般来说很难直接看明白并使用，除非对其源程序、参数、变量和相应格式都很熟悉。所以人们又开发出许多美观易用并功能各异的图形界面软件，这其中既包括USGS自己开发的MODFLOW-GUI（http: //water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/mfgui4/modflow-gui.html）当然也包括若干商业软件如 Visual MODFLOW（VMODFLOW）等。由于VMODFLOW之类的商业软件非常成功，往往被人们将其和MODFLOW等同起来，或者甚至误以为只有买了 VMODFLOW才能用MODFLOW，实际上MODFLOW的内核是免费的，如果不愿意花大价钱购买VMODFLOW，也可是试一试MODFLOW- GUI，或者花点时间研究怎么直接修改输入文件。

利用MODFLOW计算出来的地下水流场速度加上各种模拟溶质传输与反应的程序模块如MT3D和RT3D，则可以模拟溶质或污染物在地下水中的传输、反应和归宿。VMODFLOW之类的商业软件之所以广受欢迎就是因为它们整合了MODFLOW和MT3D等程序模块，并大大简化优化了用户在建立模型过程中的种种繁琐的设置、输入和调整以及最终结果的显示与处理等。

我所知道的类似于VMODFLOW的图形界面商业软件包括：
－ VMODFLOW (http://www.visual-modflow.com)
－ GMS （http://www.ems-i.com/GMS/gms_6.5_release.html）
－ Groundwater Vistas (GV) (http://www.groundwater-vistas.com/index.html)
－ Argus One （http://www.argusint.com/index.html）
－ 希望大家补充。。。

下面简单谈谈这几个商业软件各自的功能和特点。因为我也只用过一小部分功能，所以只能挑些我稍微明白点的或者感兴趣的说，希望能够抛砖引玉，和大家一起多交流。

VMODFLOW
－VMODFLOW4.2 的地下水及溶质模拟模块包括MODFLOW-2005，MODPATH，Zone Budget，MT3DMS，RT3D，MT3D99，Stream Routing Package，MODFLOW-SURFACT，USGS SEAWAT，MIKE 11，PHT3D。其中MIKE和PHT3D是VMODFLOW4.2版本新增的模块，前者来自于丹麦DHI公司著名的地表水模拟软件MIKE系列用于模拟地下水和地表水之间的交换，后者则是基于MT3D和PHREEQC开发的三维溶质反应传输模拟软件。
－VMODFLOW可以导入AutoCAD的.dxf格式文件或者.bmp图像格式文件作为模型的底图，输出的图形格式则可以为Enhanced Windows Metafile (.emf)、AutoCAD (.dxf)或 ESRI Shape (.shp)。
－VMODFLOW有一个自带的Visual MODFLOW 3D-Explorer软件可以显示三维空间的流场和溶质浓度等变化的图形和动画，用来向别人演示你的模拟结果是非常的酷的...
－VMODFLOW自带的WinPEST整合了PEST的功能用于对模型参数的自动校正，非常实用
－Fetter的《Applied Hydrogeology》一书附带的光盘里有VMODFLOW的学生版
－...

GMS
－GMS6.5 支持的模型模块包括MODFLOW 2000，MT3DMS，SEAM3D，MODAEM，SEEP2D，MODPATH，RT3D，ART3D，FEMWATER，UTCHEM， UTEXAS。可以看出GMS在这方面比VMODFLOW涵盖得更广，如SEEP2D和FEMWATER采用的是有限元数值方法，ART3D则是3D的 Analytical Solution，UTCHEM是多相流体流动与传输模拟，等等。
－GMS也有模型参数校正模块，有三种算法可以选择，分别是MODFLOW PES、PEST和UCODE
－GMS还有随机过程模块（stochastic modeling），不过我也不懂，就不敢多说了...
－GMS 在模型的建立和图形化方面似乎比VMODFLOW更强大一些，可以通过输入BOREHOLE LOG来生成CROSS-SECTION，并进一步生成三维的模型。可以通过2D或3D的地理统计模块（Geostatistics）来对分散的数据点进行内插并作图显示。
－GMS的GIS功能也更强大一些，可以和ArcGIS的数据格式进行交换。
－GMS 有专门的在线帮助（http://www.xmswiki.com/index.php?title=GMS:Tutorial_Tables）和论坛（http://aquaveo.invisionzone.com/index.php?showforum=4）
－...

GV
－GV4支持的模块包括MODFLOW2000, MT3D99, GFLOW, MODPATH 3.2, MT3DMS, RT3D, PATH3D, MODFLOWT, MODFLOW-SURFACT和SEAWAT等
－GV 可以导入MODFLOW, ModelCad 和 FLOWPATH的文件以及SURFER和ASCII格式的数据，输出文件的格式包括SURFER, Slicer, DXF, BMP, WMF, Earth Vision, EVS, Tecplot, ArcView 和 ASCII。
－参数校正采用的是PEST或UCODE
－GIS方面据说可以和ArcView或EQuIS结合
－GV也有随机过程模块可以进行Monte Carlo之类的模拟
－GV的开发者Jim Rumbaugh有一个很有意思的博客（http://groundwatermodels.blogspot.com/）介绍MODFLOW及GV使用过程中的种种技巧、心得和问题等。
－Zheng & Bennett的经典《Applied Contaminant Transport Modeling》（http://www.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd- 0471384771.html）附带的光盘里有学生版GV version3.18，也可以到郑春苗的MT3D网站上下载该学生版（http: //www.mt3d.org/software/gwv3.htm）。
－...

Argus One
－USGS的MODFLOW-GUI其实就是Argus One的一个模块
－支持的模块包括MODFLOW 2000, MODFLOW 96, MOC3D, MODFLOWP, MODPATH, ZONEBUGT, PTC, NAPL, SUTRA, HST3D, FEMWATER, CFEST, Acunsaf2d等，涵盖的范围和功能也很广，并且有GIS界面
－大牛George Pinder写过一本专门针对Argus One的书《Groundwater Modeling Using Geographical Information Systems》（http://www.amazon.com/Groundwater-Modeling-Geographical- Information-Systems/dp/0471084980），书里附带的光盘上有Argus One的学生版，不过我个人感觉不是很好用：）