ADOSE/W 分析外界环境中的水体通过地面和地下的非饱和土区域进入地下水体的有限元软件

VADOSE/W软件是一款革命性的软件，可以模拟环境变化、蒸发、地表水、渗流及地下水对某个区域的影响。

VADOSE/W软件是一种分析外界环境中的水体通过地面和地下的非饱和土区域进入地下水体的有限元软件。

VADOSE/W软件内包含了全面的模型公式，使用户可以对简单和复杂的环境状况和地下水渗流相结合的问题进行分析。比如，用户可以使用VADOSE/W软件对由于下雨而引起的地下水渗流问题进行简单的分析，也可以建立一种考虑了雪的融化、植物根部的蒸发、表面蒸发、流走、积聚、气体扩散等多种因素影响的非常复杂的模型来进行分析。VADOSE/W软件可以应用于岩土工程、采矿、水文地质学、工业和民用工程项目的设计和分析中。

对非饱和土力学性能的理解对于，分析边坡稳定性、设计矿床或城市废弃设施的覆盖土层、农业或灌溉项目中的地下水渗流等问题的研究都是非常重要的。地表的环境状况，如渗流、蒸发、蒸腾等对非饱和区域和渗流区域内的土体性质有很大影响，这已经日益引起人们的关注和认识。事实上，“非饱和土力学行为受地表的水流通量状况的影响，远大于受非饱和土区域厚度的影响。”因此，如何确定环境状况对非饱和土区域的影响，就需要用VADOSE/W软件来进行建模分析了。

1.典型应用：

VADOSE/W软件是一款革命性的软件，可以模拟环境变化、蒸发、地表水、渗流及地下水对某个区域的影响。应用 VADOSE/W，可以对如下的二维热流边界条件问题进行分析：

• 对单一或多层土体覆盖下的矿床和城市废弃物设施进行设计和监控。
• 在天然和人造边坡上用于稳定性分析的孔隙水压力分布状况，这样的孔隙水压力是由气候变化引起的。
• 由农业、灌溉项目或自然系统所决定的渗流、蒸发、蒸腾速度。
• 预测氧气或氡气在渗流区内的扩散和衰减问题。
• 设计和监测矿山、城市废弃物的单层或多层土壤问题；
• 自然斜坡、路堤中气候对孔隙水压分布的影响，藉此，进一步分析其稳定度的变化；
• 分析农业、灌溉项目中的蒸发、渗流及扩散相关的综合问题；
• 预测氧气或氡气及污染物在渗流区的扩散问题。

2.操作简便：

在GeoStudo系列软件中，VADOSE/W软件也采用类似于CAD的交互式界面来建模。用户可以用简单的参数变量如颗粒尺寸、饱水传导性、饱水含量等来定义材料特性函数。如果出了错，用户可以用“Undo”命令来改正。VADOSE/W问题建立步骤：

1）用鼠标或输入值来建立几何模型，产生有限元网格，再在模型表面加一个土层覆盖并划分网格。

2）指定模型的材料特性，从电子表格中直接粘入气象数据作为模型的边界条件，或者从数据库中导入气象数据，用户也可以通过键盘敲入用户自己的数据。

3）可以将全部的气象数据应用于模型的边界条件，也可以将边界条件定义为时间的函数，或者可以将温度、水头、压力、全部或部分水流通量、潜在渗流面等指定为确定的值。

4）VADOSE/W软件可以自动测试数据用于敏感性研究，或者生成用户指定区域的数据。

5）通过绘制一个水含量表或指定节点温度值来定义模型的初始条件，也可以将已经计算完的数据导入，作为模型的初始条件。

3.全面的结果显示：

1）查看结果：

如果已经解算完用户的蒸发量问题，VADOSE/W软件提供多种方式来查看计算结果。VADOSE/W软件的后处理界面可以显示常用的等值线、或由任意时间步计算出的参数作坐标的平面图形。速度向量可以显示流动方向和流动速率，瞬态情形可以由随时间变化的水位线位置来显示。在交互式对话框中点击任意节点、单元的高斯区域、水量流出区可以查看各种计算参数。然后，用户可以把计算结果以诸如Excel或Word文档等形式输出，以便于进行进一步的分析和应用。

2）计算参数：

• 对一个蒸发量问题进行分析时，VADOSE/W软件可以计算出的参数有：降雨量和渗透量，积雪和融化，植物的蒸腾，地面冻融，潜在的和实际的蒸发量，地表渗流、径流和蓄水，表面渗流（流走的和流入的），地下水的回流。
• 特定的计算参数有：温度、总水头、压力、压力水头、边界流量、液体速度、气体速度、含冰量、含水量、气体压力、导水率、气体浓度或流量。
• 土表面的结果参数包括（每一时间间隔或从第一天以后的累积）：降水量、总辐射、潜在蒸发量、实际蒸发量、流出量、流入量、积雪深度、实际蒸发量。
• 水平衡的结果参数包括：降水量、流出量、边界流量、蒸发量、存储量、水平衡、植物蒸腾。
• 覆盖土层内相互作用的结果参数包括：液体流动体积、气体流动体积、流过覆盖层的总体积、流过覆盖层的气体总质量。

4. VADOSE/W软件的特点：

• 基于覆盖土层厚度和土质特性参数的生成土体单元网格；
• 复杂土层覆盖的地质岩层建模分析；
• 在求解时使用自适应时间步长来保证计算的收敛和每个天然气象数据的边界条件；
• 基于颗粒尺寸和其他土质输入函数，估计土体的特性参数
• 使用随时更新的全球气象数据库资料或加入某一特定区域的气象数据；
• 可以指定总太阳辐射或潜在水汽蒸发作为气象数据，或让VADOSE/W软件自己估计能量成分；
• 提供与DXF、WMF、EMF或BMP格式文件的接口，并可以将计算结果以这些文件格式输出；
• 在不同文件和窗口之间剪切、粘贴数据
• 计算边界面上的流量：对渗流区域进行建模分析的关键问题是预测准确的面边界条件。VADOSE/W软件通过地热、溶质和蒸气流动与实测气象数据相结合的方法来计算边界面上的流量。
• VADOSE/W软件的突出特点就是对真实的水汽蒸发问题进行预报，把土中水的应力状态作为水汽蒸发函数的变量进行计算，而不是简单地用土中水含量、蒸发时间作为水汽蒸发函数的变量或用户自己根据经验得出的公式来处理。VADOSE/W软件用严格的Penman-Wilson方法来计算真实的水汽蒸发，Penman-Wilson方法把土中水压力和应力分布作为蒸发函数来进行处理。这仅限于对二维问题做相当近似的模拟计算，VADOSE/W软件把流行的SoilCover程序基础上拓展为能够处理二维问题。
• 真实的和隐藏的蒸发：只有当土体饱和时实际的蒸发和隐藏的蒸发才能相等，如果地表土体不饱和时，真实的蒸发率远小于隐藏的蒸发率。
• 气体输运：VADOSE/W软件中包含的公式软件可以对氧气和氡气的瞬时二维扩散、可溶性和衰减问题进行分析，氧气和氡气的这些行为可以改变地基中的热和水汽状况。气体输运可以与热和质量输运一起进行求解分析，根据预先设定和用户自己输入的浓度边界条件，VADOSE/W软件可以确定地基中的气体浓度和质量的流入流出。

5.与其它软件的结合应用：

将VADOSE/W软件计算出的孔隙水压力应用于SLOPE/W软件中：在SLOPE/W软件中用有限元法计算孔隙水出的压力，可以用于稳定性分析中对蒸发量效果的建模分析。比如，在稳定性问题的分析中，用户可以对由于水汽蒸发引起的孔隙水压力随时间的变化进行分析。用户也可以在CTRAN/W 软件中调用VADOSE/W软件计算出的数据来分析污染物的输运问题。

6. 2007版新增功能

1) VADOSE/W基本 新增加的：VADOSE/W作为可供的单维的产品存在。我们希望用户把VADOSE/W的基本版本作为一个可选择的帮助模型，来加强很多市场上的基础物理模型。

2）自定义函数和边界条件：用户可以在边界条件和材料属性中自定义的函数。包括滞后现象，例如：用户自己植被算法。结合自定义函数可以同Excel表格或其它.NET程序联立一起求解。

3) 新的求解器：在PARDISO系统中增加了新的可供选择的求解器。采用多处理器的电脑计算有限元方程的方法在新版本中也得到了优化。

4) 联立求解，解耦合或等温线：在模型中用户可以选择所需的耦合程度

5) 更先进的网格划分功能以及表层设计：在新版本中网格划分功能和表层设计工具得到了很大的改进，自动生成默认的网格在大多数情况下是合适的

6) 计算结果图形得到了很大的改进：VADOSE/W生成了大量的计算结果数据，用户可以同时建立保存图形和点。还可以在一个相同的图表中像浸润和径流这样的水量平衡。