feflow

FEFLOW（Finite Element subsurface FLOW system）是有限元地下水數值模型的傑出代表，1996－1998年間FEFLOW的數值性能和數據界面得到擴展，模型后處理器功能增強；發展到21世紀以來它的版本已經升級到5.2，具備良好的GIS數據介面，優化的剖分網格技術，良好的可視化效果等很多優點。

FEFLOW是迄今為止功能最為齊全的地下水水量及水質計算機模擬軟體系統。該軟體系具有圖形人機對話；地理信息系統數據介面；自動產生空間多種有限單元網；空間參數區域化以及快速精確的數值演演算法和先進的圖形視覺化技術等特點。在FEFLOW系統中，用戶可以很方便迅速地產生空間有限單元網格，設置模型參數和定義邊界條件，運行數值模擬以及實時圖形顯示結果與成圖。

模擬礦區露天開採或地下開採對區域地下水的影響及其最優對策方案; 模擬由於近海岸地下水開採或者礦區抽排地下水引起的海水或深部鹽水入侵問題; 模擬非飽和帶以及飽和帶地下水流及其溫度分佈問題; 模擬污染物在地下水中遷移過程及其時間空間分佈規律（分析和評價工業污染物及城市廢物堆放對地下水資源和生態環境的影響，研究最優治理方案和對策）; 結合降水－徑流模型聯合動態模擬“降雨－地表水－地下水”水資源系統（分析水資源系統各組成部分之間的相互依賴關係，研究水資源合理利用以及生態環境保護的影響方案等）;

1、系統輸入特點

(建立模型) 通過標準數據輸入介面用戶既能直接利用已有的GIS空間多邊型數據生成有限單元網格。也可以用滑鼠設計和調整網格幾何形狀，增加和放疏網格密度。在建立水流場和遷移模型時，用戶不僅能夠視具體情況定義第一，第二和第三類邊界，而且可以對邊界條件增加特定的限制條件，以避免非現實的數值解。用戶也能夠直接定義多含水層中的抽水和注水井邊界條件。所有邊界及附加條件既可設置為常數，也能定義為隨時間變化的函數。已知的邊界及模型參數可以按點，線或面的形式直接輸入。對離散的空間抽樣數據進行內插或外推(數據區域化)，FEFLOW提供克里格法(Kriging)，阿基瑪(Akima)和距離反比加權法(IDW)。輸入數據格式既可以是ASCII碼文件，也可以是GIS地理信息系統文件。FEFLOW支持ARC/INFO點，線，面的廣義數據格式，ArcView形狀數據格式,DXF格式,Tiff圖形以及 HPGL數據格式。

2、系統模型求解特點

FEFLOW具有齊全的地下水模擬功能： · 三維空間模型，二維平面，二維剖面或者軸對稱二維模型； · 非穩定流或穩定流模擬； · 多層自由表面含水系模擬，包括滯水 (perched water)模擬； · 化學物質遷移及熱轉遞模擬，包括溫度鹽份 (thermohaline)遷移模擬 · 可變密度流場模擬 (鹽水或海水入侵問題)； · 非飽和帶流場及物質遷移模擬； FEFLOW採用加遼金法為基礎有限單元法，並配備若干先進的數值求解法來控制和優化求解過程: · 快速直接求解法，如 PCG，BICGSTAB，CGS，GMRES以及帶預處理的再啟動 ORTHOMIN法； · 靈活多變的 up-wind技術，如流線 up-wind，奇值捕捉法 (Shock capturing)以減少數值彌散； · 皮卡和牛頓迭代法求解非線性流場問題，自動調節模擬時間步長； · 模擬污染物遷移過程包括對流，水動力彌散，線性及非線性吸附，一階化學非平衡反應； · 為非飽和帶模擬提供了多種參數模型如指數式，Van Genuchten式和多種形式的Richard 方程； · 垂向滑動網格 (BASD)技術處理自由表面含水系以及非飽和帶模擬問題； · 適應流場變化強弱的有限單元自動加密放疏技術，以獲得最佳數值解； · 實時圖形顯示模擬非穩定流過程中觀測點水頭和污染物濃度的動態變化值； · 非穩定流模擬計算可以隨時暫停，以便用戶顯示和分析中間模擬結果； · 開放性外部程序介面，以便用戶在 FEFLOW系統中連接和使用自己的程序模塊；

3 系統結果輸出及顯示

FEFLOW的計算結果既有水位，污染物濃度及溫度等標量數據，也包括流速，流線和流徑線等向量數據。模型參數和計算結果既能按ASCII碼文件，GIS地理信息系統文件，DXF或HPGL文件輸出，又能在FEFLOW系統中直接顯示和成圖。FEFLOW提供了其他任何地下水模擬軟體都無法比擬的，豐富實用的圖形顯示和數據結果分析工具。其先進的圖形視覺化及數據分析技術表現在： · 有限單元網，邊界條件和模型參數的三維視化及顯示； · 標量數據的三維彩色 (透明或灰度)等勢面顯示以及其二維平面彩色或等值線顯示； · 三維地下水流徑追蹤，流動時間及流速動畫顯示 (包括其二維平，剖面投影或二維平面追蹤)； · 三維體截段的空間顯示和三維交叉剖面組的空間顯示； · 三維圖形的任意旋轉，二維，三維圖形的放大或縮小； · 總體和局部水量平衡分析 (包括任意幾何多邊型內的水流通量分析)； · 計算和圖形顯示通過各種邊界條件的水通量，物質通量以及其在特定時間區間內的積分量； · 藉助FEFLOW提供的 XPLOT或 FEPLOT程序模塊可以直接設計和列印各種成果圖件；其多功能的先進技術表現在： · 能處理多種點陣式和向量式背景底圖； · 充分利用已有的 ARC/INFO GIS地理信息系統數據產生有限單元網，設置邊界條件和參數； · 自動生成各種有限單元網並分析其幾何特性； · 模型空間分佈參數的內插和區域化； · 對模型邊界條件及參數設置隨時間變化的附加限制及規定； · 實時顯示地下水非穩流場，溫度場及污染物遷移模擬結果； · 自動調整有限元網格密度，以獲得隨流場時空變化的最佳數值解。