Кіріспе

MODFLOW – АҚШ Геологиялық қызметінің модульдік шекті айырмалы ағын моделі, бұл жер асты сулары ағыны теңдеуін шешетін компьютерлік код. Гидрогеологтар бұл бағдарламаны сулы горизонттар арқылы жер асты суларының ағынын модельдеу үшін пайдаланады. Бағдарламалық код негізінен Fortran тілінде жазылған, тегін, жалпыға қолжетімді бағдарламалық қамтамасыз ету, оны Microsoft Windows немесе Unix сияқты операциялық жүйелерде құрастырып, іске қосуға болады. 1980 жылдардың басында жасалғаннан бері USGS алты негізгі нұсқасын шығарды және қазір сулы горизонттарды модельдеу үшін де-факто стандартты код болып саналады. MODFLOW үшін бірнеше коммерциялық және коммерциялық емес графикалық интерфейстер белсенді түрде әзірленуде. MODFLOW 1980-ші жылдары модульдік деп аталған жобалау принципі бойынша құрылған. Бұл оның объектіге бағытталған бағдарламалау деп аталған көптеген қасиеттері бар екенін білдіреді. Мысалы, құлау, көлдер немесе өзендер сияқты құбылыстарды модельдейтін мүмкіндіктер ("жинақтар" деп аталады) оңай қосылып, өшіріледі және осы жинақтардың орындалу уақыты мен сақтау талаптары толығымен жойылады. Егер бағдарламашы MODFLOW-та бірдеңе өзгертігісі келсе, оның анық құрылымы оны жеңілдетеді. Шындығында, осы сияқты жаңарулар MODFLOW жобаланған кезде күтілген. MODFLOW-тың модульділігі бірдей модельдеу мақсатына әртүрлі тәсілдермен қол жеткізуге арналған әртүрлі жинақтарды жасауға мүмкіндік береді. Бұл жүйе процестерінің қалай жұмыс істейтіні туралы әртүрлі пікірлерді тексеруге мүмкіндік береді. Мұндай сынақ – көп модельдік немесе балама гипотезаны тексерудің маңызды бөлігі. MODFLOW сияқты модельдер осы сынақтарды нақтырақ және бақыланатын етеді, себебі бағдарламаның басқа аспектілері өзгеріссіз қалады. Тесттердің нәтижелері сенімдірек болады, өйткені олар басқа сандық және бағдарламалық айырмашылықтардың әсеріне аз бейім.

Нұсқалар

[[Сурет:modflow түпнұсқасы.png|thumb|right|McDonald & Harbaugh (1983) кітабынан алынған мұқаба суреті, FORTRAN 77 тілінде қайта жазылған және алғаш рет 1987 жылдың 24 шілдесінде жарияланған. MODFLOW 88 бағдарламасының қазіргі нұсқасы 2.6, ол 1996 жылдың 20 қыркүйегінде шығарылды. MODPATH 1989 жылы бастапқыда бөлшектердің үш өлшемді траекторияларын анықтау үшін MODFLOW 88 деректерін өңдеуге арналған бағдарлама ретінде әзірленді. Бұл жаңалық ластану гидрогеологиясы саласында таптырмас көмек болды. Ол әлі де MODFLOW-тің соңғы нұсқаларында постпроцессор ретінде қолданылуда. 1992 жылы MODFLOWP бағдарламасында қолданылатын әртүрлі параметрлерді бағалау үшін жеке бағдарлама жасалды. Бұл бағдарлама кейіннен MODFLOW 2000 бағдарламасына енгізілді.]

MODFLOW-96 (Қозғалыс ағыны)

MODFLOW 96 (версия 3.0) бастапқыда 1996 жылдың 3 желтоқсанында жарық көрді және MODFLOW 88-дің тазартылып, қайта қараған жалғасы болып табылады. MODFLOW 96-ның үш соңғы нұсқасы бар:

MODFLOW 96 (версия 3.3, 2000 жылғы 2 мамыр)
MODFLOW 96h (версия 3.3h, 2000 жылғы 10 шілде), HYDMOD пакетімен
MODFLOWP (версия 3.2, 1997 жылғы 9 қазан), параметрлік бағалау мүмкіндігі қосылған MODFLOW 96

Бірнеше графикалық интерфейстер алғаш рет MODFLOW 96 коды негізінде жасалды.

MODFLOW-2000-тің үлгісі

MODFLOW 2000 (версия 1.0; нөмірлеу қайта басталды) 2000 жылдың 20 шілдесінде жарық көрді, ол MODFLOWP және HYDMOD кодтарын негізгі бағдарламаға біріктірді және бақылау, сезімталдық талдау, параметрлерді бағалау және белгісіздікті бағалау мүмкіндіктерін енгізді. Жаңа шешімдер, ағын және қаныққан ағын пакеттері сияқты көптеген жаңа пакеттер мен жақсартулар да қосылды. Бұрынғы нұсқалардан өзгеше, бұл нұсқада пакеттер, процестер және модульдер бөлек жобаланған. Бұл нұсқа FORTRAN 77 және Fortran 90 тілдерінің қосындысымен кодталған, ал бір шешім табушы C тілінде бағдарламаланған. MODFLOW 2000 параллель есептеу үшін де құрастырылуы мүмкін, бұл модельдің күрделілігін арттыру және/немесе симуляция уақытын қысқарту үшін бірнеше процессорды пайдалануға мүмкіндік береді. Параллельдеу мүмкіндігі MODFLOW 2000-дың сезімталдық талдау, параметрлерді бағалау және белгісіздік талдау мүмкіндіктерін қолдау үшін жасалған. MODFLOW 2000 (немесе MF2K) соңғы нұсқасы – 1.19.01 нұсқасы, ол 2010 жылдың 25 наурызында жарық көрді. MODFLOW 2000 негізінде құрылған төрт байланысты немесе тармақталған код бар: MF2K GWM немесе GWM 2000 (1.1.4 нұсқасы, 31 мамыр 2011, mf2k 1.17.2 нұсқасынан тармақталған), оңтайландыру арқылы жер асты суларын басқару мүмкіндігімен MF2K FMP (1.00 нұсқасы, 19 мамыр 2006, mf2k 1.15.03 негізінде), Фермалық процесс MF2K GWT (1.9.8 нұсқасы, 28 қазан 2008, MF2K 1.17.02 негізінде), жер асты суларының ағыны және ерітілген заттарды тасымалдау моделі SEAWAT (4.00.05 нұсқасы, 19 қазан 2012), өзгермелі тығыздық ағыны және тасымалдау процестері VSF (1.01 нұсқасы, 5 шілде 2006), өзгермелі қаныққан ағын.

MODFLOW-2005 (Қосымша)

MODFLOW 2005 MODFLOW 2000-нен ерекшеленеді, себебі сезімталдық талдау, параметрлерді бағалау және белгісіздікті бағалау мүмкіндіктері алынып тасталды. Осылайша, осы мүмкіндіктерді қолдау енді MODFLOW қолдау тобының сыртқы қолдауымен қамтамасыз етілетін "қосымша" кодтарына жүктеледі. Сонымен қатар, код LGR (жергілікті желіні жетілдіру) мүмкіндігіне қажетті бір MODFLOW ішінде бірнеше модельдерді қолдау үшін қайта ұйымдастырылды. MODFLOW 2005 негізінен Fortran 90 және C тілдерінде жазылған, ал C тек бір шешім табушы үшін қолданылады. MODFLOW 2005-тің қазіргі нұсқасы 1.12.00, ол 2017 жылдың 3 ақпанында жарық көрді. Қатысты немесе тармақталған кодтар:
MODFLOW CFP (нұсқасы 1.8.00, 23 ақпан 2011), турбулентті немесе ламинарлық жер асты су ағысының жағдайын модельдеу үшін арналық ағыс процесі.
MODFLOW LGR (нұсқасы 2.0, 19 қыркүйек 2013), жергілікті желіні жетілдіру.
GWM 2005 (нұсқасы 1.4.2, 25 наурыз 2013), оптимизацияны пайдалану арқылы жер асты суларын басқару мүмкіндігі.
MF2005 FMP2 (нұсқасы 1.0.00, 28 қазан 2009), жер беті суы мен жер асты суы ағысын модельдеудің бөлігі ретінде суармалы егістіктің динамикалық интеграцияланған ұсыныс және сұраныс компоненттерін бағалау.
MODFLOW NWT (нұсқасы 1.1.3, 1 тамыз 2017), шектелмеген жер асты су ағысы теңдеуінің құрғату және қайта ылғалданудың сызықтық емес мәселелерін шешу үшін Ньютон формуласы.
MODFLOW OWHM (нұсқасы 1.00.12, 1 қазан 2016), USGS және АҚШ-тың Reclamation бюросы бірлесіп әзірлеген "Бір Су Гидрологиялық Ағын Моделі" (MODFLOW OWHM, MF OWHM немесе One Water) – бұл MODFLOW 2005 (NWT, LGR, FMP, SWR, SWI) нұсқаларының біріктірілуі, жаңартулар мен жаңа мүмкіндіктерді қамтиды және су ресурстарын бірлесіп пайдалануға әсер ететін басына байланысты ағындарды, ағынына байланысты ағындарды және деформацияға байланысты ағындарды модельдеуге мүмкіндік береді.
MODFLOW USG. Жоғарыда тізілген MODFLOW-тың барлық нұсқалары құрылымдалған торға негізделген. Яғни, тор тікбұрышты блоктардан тұрады. Бірден-бір ерекшелік – LGR мүмкіндігі, ол жергілікті тазартылған желілерді "бастапқы" желі құрылымына енгізуге мүмкіндік береді. Жергілікті аймақ та тікбұрышты блоктардан тұрады, бірақ блоктар кішірек. Көп икемді желілік құрылыммен тәжірибе жүргізу нәтижесінде MODFLOW USG (нұсқасы 1.3.00, 1 желтоқсан 2015) шығарылды, ол құрылымдалмаған желілерді пайдалану арқылы желілік түрлердің кең ауқымына бейімделуге арналған. MODFLOW USG желілік мүмкіндіктері және орташа деңгейдегі икемділігі бар MODFLOW 6 сияқты мүмкіндіктерге ие.

MODFLOW 6 (Қозғалыс режімі)

MODFLOW 6 (MF6), алғаш рет 2017 жылы жарық көрген, USGS ұсынған MODFLOW-тың алтыншы негізгі нұсқасы. Бұл нұсқа Fortran-дағы объектіге бағытталған бағдарламалау үлгісі бойынша MODFLOW-ты қайта жазу болып табылады және MODFLOW NWT, MODFLOW USG және MODFLOW LGR-ді қоса алғанда, бірнеше MODFLOW 2005 нұсқаларының мүмкіндіктерін қамтитын платформаны ұсынады. MODFLOW 6 құрылымды немесе құрылымдалмаған торларды қолдайды, Ньютон-Рафсон формуласын толыққанды қолдайды және ағындарды Streamflow Routing, Lake, Multi Aquifer Well және Қанықпаған аймақ ағыны пакеттері сияқты кеңейтілген пакеттер арасында бағыттауға мүмкіндік беретін бірегей Су қозғалтқышы пакетіне ие. MODFLOW 6 құрылымды немесе құрылымдалмаған торларда және кеңейтілген ағын мен қозғалтқыш арқылы өткінші үш өлшемді ерітінділердің тасымалдануын модельдейтін Groundwater Transport (GWT) моделін де қамтиды. MODFLOW 6 үшін қосымша бағдарламалау интерфейсі (API) де қол жетімді, ол бағдарламаны басқа модельдермен байланыстыруға немесе Python сияқты танымал сценарийлік тілдермен басқаруға мүмкіндік береді. Қазіргі нұсқада MODFLOW 2005-те қолдау көрсетілген кейбір мүмкіндіктер жоқ болғанымен, бұрынғы MODFLOW нұсқаларындағы көптеген танымал мүмкіндіктер MODFLOW 6-да қол жетімді. Ағымдағы нұсқасы – 6.2.2, ол 2021 жылдың 30 шілдесінде жарық көрді.

Пакеттер

Бұл кестедегі атаулар – кілт енгізу файлы арқылы MODFLOW мүмкіндіктерін қосу және өшіру үшін қолданылатын белгілер. Көптеген мүмкіндіктерде көптеген баламалар бар немесе оларды алып тастауға болады, бірақ BASIC пакетінің мүмкіндіктері әрқашан қажет. Көптеген енгізілген мүмкіндіктер кейінгі нұсқаларда қолдау табады, бірақ MODFLOW USG және MODFLOW 6 желісін өзгерту мұндай артқа үйлесімділіктің таңдамалы болуын білдірді.

Атау Ұзын атау Версиясы енгізілген BASIC пакеті және оның құрауы
BAS Basic Package түпнұсқа
OC Output Control түпнұсқа
DIS Discretization MODFLOW 2000 (1.0)
DISU Unstructured Discretization MODFLOW USG (1.0)
DISV Discretization by Vertices MODFLOW 6 (1.00)
IC Initial Conditions MODFLOW 6 (1.00)

Жер асты су ағыны пакеттері
BCF Block Centered Flow Package түпнұсқа
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)
NPF Node Property Flow MODFLOW 6 (1.00)
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)

Біріктірілген қолдану және жер пайдалану симуляциясы
FMP Farm Process MODFLOW FMP
SWO Surface Water Operations MODFLOW OWHM (2.0)

Белгілі бас шекара пакеттері
CHD Constant Head Boundary / Time Variant Specified Head MODFLOW 88
FHB Flow and Head Boundary Package MODFLOW 96 (3.2)

Белгілі ағын шекара пакеттері
FHB Flow and Head Boundary Package MODFLOW 96 (3.2)
RCH Recharge Package түпнұсқа
WEL Well Package түпнұсқа

Басқа тәуелді ағын шекара пакеттері
DAF DAFLOW MODFLOW 96
DRN Drain Package түпнұсқа
DRT Drain Return Package MODFLOW 2000 (1.1)
ETS Evapotranspiration Segments Package MODFLOW 2000 (1.1)
EVT Evapotranspiration Package түпнұсқа
GHB General Head Boundary Package түпнұсқа
LAK Lake Package MODFLOW 2000 (1.1)
MAW Multi Aquifer Well MODFLOW 6 (1.00)
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 түпнұсқа
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)

Шешімдеушілер
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 Raphson 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 түпнұсқа
SMS Sparse Matrix Solver MODFLOW USG (1.0)
SOR Slice Successive Over Relaxation Package түпнұсқа

Әртүрлі пакеттер
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)
MVR Water Mover MODFLOW 6 (1.00)
STO Storage MODFLOW 6 (1.00)
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)
CSUB Skeletal Storage, Compaction, and Subsidence MODFLOW 6 (6.1.0)
UTL Utility түпнұсқа

Бақылау процесінің енгізу файлдары
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

Ескі пакеттер
GFD General Finite Difference MODFLOW 88 to 96
TLK Transient Leakage MODFLOW 88 to 96

Графикалық пайдаланушы интерфейстері

MODFLOW-қа бірнеше графикалық интерфейстер бар, олар жиі өзгертілген компиляцияланған MODFLOW кодын қамтиды. Бұл бағдарламалар MODFLOW модельдерін жасау үшін деректерді енгізуге көмектеседі.

Коммерциялық емес интерфейстер

MODFLOW коммерциялық емес нұсқалары тегін, бірақ олардың лицензиясы көбінесе коммерциялық емес білім беру немесе ғылыми зерттеу мақсаттары үшін қолданумен шектеледі. ModelMuse – USGS-тің MODFLOW 6, MODPATH, SUTRA және PHAST 1.51 нұсқалары үшін тордан тәуелсіз графикалық пайдаланушы интерфейсі. Лицензиялық шектеулер жоқ. Бастапқы код қосымша беріледі. FloPy – MODFLOW негізіндегі модельдерді жасау, іске қосу және кейін өңдеуге арналған Python жинағы. MODFLOW GUI – USGS жасаған: ол қазіргі USGS MODFLOW әзірлемелеріне сәйкес жиі жаңартылады. Ол MODFLOW 96, MODFLOW 2000, MODFLOW 2005, MODPATH, ZONEBUDGET, GWT, MT3DMS, SEAWAT және GWM бағдарламаларын қолдайды. MODFLOW GUI үшін бастапқы код қосымша беріледі. Ол Argus ONE-ға тәуелді: жалпы модельдерді құруға арналған коммерциялық интерфейс. Argus ONE лицензиясынан басқа лицензиялық шектеулер жоқ. PMWIN – "Processing MODFLOW" (Windows үшін) – MODFLOW өңдеу және визуализациясы үшін қуатты тегін бағдарламалық қамтамасыз ету, оқулықпен бірге келеді; дәстүрлі қытай тілінде де қол жетімді. Бұл нұсқаның лицензиясы коммерциялық емес пайдалануға ғана шектелген. mflab mflab – MODFLOW үшін MATLAB интерфейсі. Пайдаланушы MATLAB скрипттері жиынтығын жазып, модельдерді құрастырып, талдай алады. Бұл жұмыс процесінің икемділігі мен тиімділігін арттырады, кең ауқымда автоматтандыруға мүмкіндік береді. iMOD – Deltares әзірлеген тегін және ашық кодты интерфейс. iMOD MODFLOW-тың жылдам, икемді және үйлесімді субдомендік модельдеу әдістері бар үдетілген нұсқасын қамтиды. FREEWAT – MODFLOW (қосылған MODFLOW нұсқалары MODFLOW 2005 және MODFLOW OWHM) және келесі MODFLOW-қа қатысты модельдеу кодтарын біріктіретін тегін және ашық бастапқы кодты, QGIS-пен интеграцияланған модельдеу платформасы: MT3DMS, MT3D USGS, SEAWAT, ZONE BUDGET, MODPATH, UCODE 2014. FREEWAT H2020 FREEWAT жобасы аясында әзірленді (су ресурстарын басқаруға арналған тегін және ашық бағдарламалық құралдар), оны Еуропалық Комиссия "Су инновациясы: Еуропа үшін оның құндылығын арттыру" шақыруы бойынша қаржыландырды. Бастапқы код 1991 жылғы маусым айының 2 нұсқасы GNU GENERAL PUBLIC LICENSE бойынша, толық пайдаланушы нұсқаулықтары мен оқулықтар жиынтығымен бірге жарияланды.