机场油库MODFLOW6模拟

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算例工程下载地址

算例简介

研究区位于Waterloo市外距离飞机场很近的地方。区内地层分为三层：浅层含水层，岩性砂岩、砂跞岩；中间的粘土、淤泥半透水层；深层含水层，岩性为砂岩、砂砾岩。该区域周围有飞机燃料补充区，城市供水水源地，以及一个不连续的半透水层区。特征如图所示：

城市供水水源地有两口供水井。东边水井的流量保持在550m3/d，西边水井的流量为400 m3/d。在过去的十年中，飞机燃料定时地排入到燃料区，由于自然渗透作用使得上层含水层产生了羽毛状的污染区。区域地下水流方向从北到南。浅层和深层含水层的渗透系数为2e-4m/s和1e-4m/s，弱透水层的渗透系数为1e-10m/s。

操作步骤

新建项目

打开Envifusion软件，若软件界面仍有其他项目，点击菜单栏按钮关闭当前项目文件。

创建MODFLOW6模型

首先，创建用于运行MODFLOW2005模拟的网格。

点击按键，导入模型边界文件boundary1_arcs.shp，生成boundary1_arcs.shp图层。
在管道面板中，选中boundary1_arcs.shp图层，右击选择快速操作，输入命令：多边形，选择命令：折线->多边形，生成折线->多边形1图层，即将上述线段转化为多边形，用于后续定义边界。
在管道面板中，选中折线->多边形1图层，右击选择快速操作，输入命令：均一平滑，选择命令：曲面→曲面（均一平滑），生成曲面→曲面（均一平滑）1图层，在属性面板中，输入平滑后网格的目标边长，和迭代次数，单击应用。
接下来，点击按键，导入需要加密的区域文件river1_arcs.shp、refuelling1_arcs.shp和Pumping_Wells.csv。在视图1中可以查看。
在管道面板中，选中Pumping_Wells.csv图层，右击选择快速操作，输入命令：散点，选择命令：表格->散点，生成表格->散点1图层，将数据转化为散点形式。
在图层面板中，按住Ctrl键，同时选中river1_arcs.shp、refuelling1_arcs.shp和表格->散点1图层，选择计算->通用工具箱->图层->图层合并。生成图层合并1图层，将三个图层合并为一。
在管道面板中，选中曲面→曲面（均一平滑）1图层，右击选择快速操作，输入命令：采样加密，选择命令：曲面->散点（采样加密），生成曲面->散点（采样加密）1图层，加密区域选择图层合并1图层。在其属性面板中，设置加密边长等参数，单击应用。
在管道面板中，选中曲面->散点（采样加密）1图层，右击选择快速操作，输入命令：散点->曲面，选择命令：散点->曲面（泰森），生成散点->曲面（泰森）1图层。在其属性面板中，选择投影平面以及是否需要外扩边界，单击应用。
在管道面板中，选中散点->曲面（泰森）1图层，右击选择快速操作，输入命令：初始化，选择命令：初始化MODFLOW6模型，生成初始化MODFLOW6模型1图层。右击图层，重命名为：010-初始化MODFLOW6模型1。在其属性面板中，设置模型层数、层厚、水平以及垂向默认渗透系数等选项，单击应用。

定义网格高程

使用grd文件数据定义网格高程。

在管道面板空白区域，右击选择打开，打开算例文件夹airport_input\Surfer中的airport-ground-surface.grd文件，生成airport-ground-surface.grd图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。导入定义地表高程，即第一层网格顶部高程的grd文件。
选择010-初始化MODFLOW6模型1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6网格高程，选择airport-ground-surface.grd图层为高程图层，点击确认生成MF6网格高程1图层，将其重命名为020顶部高程-MF6网格高程1图层。在属性面板中，设置赋值模式：网格属性->单层，高程数列：Band_1，赋值对象：模型顶板，最小层厚：0.1，勾选上层优先，层高布局：仅设置单层。并且在坐标变换中Z方向缩放修改为50，可以看到赋值后的顶板高程如下：
按照上述操作方式，依次导入airport-layer2-top.grd、airport-layer3-top.grd和airport-layer3-bottom.grd文件，分别用来赋值模型第一层底板高程、第二层底板高程和第三层底板高程，针对依次生成的图层，分别命名为030第一层底部高程-MF6网格高程2、040第二层底部高程-MF6网格高程3和050第三层底部高程-MF6网格高程4图层。
通过对其Z方向缩放变换，可以看到赋值高程后的地表。

定义定水头

通过导入形文件定义定水头边界。

在图层面板或者管道面板右击，选择打开选项，或点击界面上方的导入数据按钮，分别导入打开算例文件夹中的CH1.shp和CH2.shp文件，生成CH1.shp和CH2.SHP图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。
CH1.shp文件的位置可代表模型第一层和第三层北部的定水头边界，两层的水头分别为19和18。
选中050第三层底部高程-MF6网格高程4图层，使用MF6线赋值，属性图层选择CH1.shp，在右侧的属性面板中设定属性类别为定水头边界，层号为1，固定水头选择指定值，输入指定值为19。单击应用。生成MF6线赋值1图层，重命名为060北部第一层定水头-MF6线赋值1图层，完成第一层北侧定水头的赋值。
接下来使用相同的方法定义第三层北部定水头，和第三层南侧的定水头（CH2.shp文件代表位置，水头值为16.5）。完成设置后，使用侧视图查看，可以看到第一层的南北部和第三层的北部已经赋值上了定水头边界。
这时管道面板中各图层关系如下：

定义河流边界

使用river1_arcs.shp文件定义模型中的河流边界。

在图层面板或者管道面板右击，选择打开选项，或点击界面上方的导入数据按钮，分别导入打开算例文件夹中的river1_arcs.shp文件，生成river1_arcs.shp图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。
河流边界需要三个参数值进行定义（河水位、河底高程和传导系数），接下来逐一进行定义。
在管道面板中，选中river1_arcs.shp图层，使用折线->长度计算快速操作。在该图层属性面板数据子面板中，勾选线性变换，输入最大值16.5，最小值15.5，输入数据名称stage。单击应用，生成折线->长度计算1图层，重命名为：河流水位折线->长度计算1图层。
在管道面板中，选中河流水位折线->长度计算1图层。使用折线->长度计算快速操作。在该图层属性面板数据子面板中，勾选线性变换，输入最大值15.5，最小值15，输入数据名称bottom。单击应用，生成折线->长度计算2图层，重命名为：河底高程-折线->长度计算1图层。
在管道面板中，选中080南部定水头3MF6线赋值1图层，进行MF6线赋值操作，属性图层选择河底高程-折线->长度计算1图层，单击确定。生成MF6线赋值图层，右击重命名为090河流边界-MF6线赋值4。在属性面板中，属性类别选择河流边界，层号为1，河流水头和河底高程分别选择刚计算好的stage数列和bottom数列，传导系数指定为250。单击应用。

定义水平渗透系数

使用csv文件定义模型渗透系数。

点击文件菜单栏中的打开选项，或点击界面上方的按钮，打开算例文件夹中的data.csv文件，生成data.csv图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。导入包含第二层、第三层网格水平渗透系数、垂向渗透系数、垂向补给信息的散点文件。导入后可以在视图2中以表格形式查看。
选择data.csv图层，点击通用工具箱->散点->表格->散点，生成表格->散点2图层。在该图层属性面板数据子面板中，为X、Y坐标分别选择x和y数列，勾选下方的保留坐标选项，点击应用完成设置。
选择090河流边界-MF6线赋值4图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6层赋值，选择表格->散点2图层为属性图层，点击确认生成MF6层赋值1图层，将其重命名为100-2层水平渗透系数- MF6层赋值1图层。
在属性面板，在数据子面板中将属性类别选为水平渗透系数，层号为2，水平渗透系数指定为Kh2数列。
重复上述步骤，选择100-2层水平渗透系数- MF6层赋值1图层，选择表格->散点2图层为属性图层，生成110-3层水平渗透系数- MF6层赋值1图层。在该图层属性面板数据子面板中设置相应的参数，点击应用为第三层网格设置水平渗透系数。
选择110-3层水平渗透系数- MF6层赋值1图层，选择表格->散点2图层为属性图层，生成120-2层垂向渗透系数- MF6层赋值1图层。在该图层属性面板数据子面板中设置相应的参数，点击应用为第2层网格设置垂向渗透系数
选择120-2层垂向渗透系数- MF6层赋值1图层，选择表格->散点2图层为属性图层，生成130-3层垂向渗透系数-层赋值1图层。在该图层属性面板数据子面板中设置相应的参数，点击应用为第3层网格设置垂向渗透系数
场地第二层中间区域有一个不连续的半透水层区，其渗透系数需要单独定义。
首先导入代表此区域位置的形文件discontinuous1_arcs.shp。
点击通用工具箱->折线->折线->多边形，生成折线->多边形2图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。此时基于导入的shp文件创建多边形，视图窗口如下图红框内所示：
选中130-3层垂向渗透系数-层赋值1图层，使用MF6多边形赋值，给天窗区域赋值水平渗透系数，属性图层选择折线->多边形2图层，单击确认。生成新图层，重命名为140天窗Kh-MF6多边形赋值1。
在140图层的属性面板中，设定属性类别为水平渗透系数，层号为2，指定数值为17.28。单击应用。
选中140图层，使用MF6多边形赋值，给天窗区域赋值垂向渗透系数，属性图层选择折线->多边形2图层，单击确认。生成新图层，重命名为150天窗KvMF6多边形赋值1。

定义补给

使用csv文件定义模型垂向入渗边界。

选择150天窗KvMF6多边形赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6层赋值，选择表格->散点2图层为属性图层，点击确认生成MF6层赋值1图层，将其重命名为160-RCH- MF6层赋值1图层。
在该图层属性面板数据子面板中将属性类别选为垂向入渗边界，层号为1，垂向入渗率选择Rch数列，点击应用完成设置，为模型设置垂向入渗（降水补给）背景值。
该区域内有飞机燃料补充区，此区域的补给值和其他区域不同，需要单独设定。首先导入代表燃料补充区的refuelling1_arcs.shp文件，然后使用折线->多边形工具，变换导入的文件，用于后续赋值。
选择折线->多边形3图层，点击通用工具箱->属性->计算器，生成计算器1图层，将其重命名为加油站污染物计算器图层，在该图层属性面板数据子面板中，结果数列名称设为ef浓度，数值为5，点击应用完成设置。
选择160-RCH- MF6层赋值1图层，使用MF6多边形赋值，选择加油站污染物计算器图层为属性图层，点击确认生成MF6多边形赋值3图层，将其重命名为170加油站补给-MF6多边形赋值3图层。
在该图层属性面板数据子面板中将属性类别选为垂向入渗边界，层号为1，垂向入渗率选择指定值：0.00685，勾选附加属性，输入污染物浓度5；在渲染子面板中将渲染方式改为曲面网络，色彩设置为ef垂向入渗边界，点击应用完成设置，为模型设置燃料区的垂向入渗值。视图窗口如下图所示：

定义抽水井

使用csv文件定义模型井边界。

选择170加油站补给-MF6多边形赋值3图层，使用MF6点赋值，选择表格->散点1图层为属性图层，点击确认生成点赋值1图层，将其重命名为180井边界-MF6点赋值1图层。
在该图层属性面板数据子面板中将属性类别选为井边界，层号为3，井抽水率选择Q数列，点击应用完成设置，为模型赋值抽水井边界。
视图1窗口中，翻转模型，即可看到赋值的井边界。

应力期

通过导入应力期.csv文件定义模型应力期。

点击按键，导入应力期.csv文件，在视图2中以表格形式查看其内容如下：
选中180井边界-MF6点赋值1图层，右击快速操作，进行MF6应力期操作。应力期图层选择应力期.csv，单击确定。重命名为190-MF应力期。在属性面板中，设置应力期的相关选项，单击应用。

解释运行MODFLOW

解释运行创建完成的水流模型。

选中190-MF应力期图层图层，选择MF6解释运行，生成并重命名为airportMf6.mf6.efs图层。在属性面板中，点击按钮选择模型文件生成的位置，将模型名保存为airportMF6。选择复杂度为线性模型，时间单位为天，长度单位为米，勾选所有时间布和保存水均衡，点击应用，系统将自动编译并运行MODFLOW模型。
调试窗口会提示正常结束。
点击按键，选择上一步中用户指定名称的MODFLOW文件夹中的efModFlow6.nam6文件。图层面板中生成efModFlow6.nam6图层，在该图层属性面板数据子面板中，将模型原点设为（0，0，0），点击应用导入MODFLOW模型结果。
在渲染子面板中，用户可根据展示需求，选择展示方式。下图分别为曲面和矢量流线的方式。

选择渲染模式为矢量流线，系统将自动使用ModFlow计算所得的逐网格径流量绘制动态流线。流线的长度、持续时间等参数可以在渲染子面板的矢量流线处进行设定。
更多展示方式，将在本算例（下）可视化中具体介绍。
选中efModFlow6.nam6图层，对其进行阈值裁切。在属性面板中，对层号进行裁切，即只显示第三层水头分布。
使用矢量流线显示如下：

创建溶质运移模型

基于MODFLOW6模型的运行结果，创建GWT模型，运行溶质运移模型。

选中efModFlow6.nam6图层，点击数值模拟->MODFLOW6溶质->创建GWT模型，生成并重命名为000创建GWT模型1图层，在属性面板数据子面板中，将默认有效孔隙度设为0.14，默认纵向弥散度设为10，默认横纵弥散比和垂纵弥散比分别为0.1和0.01，线性平衡吸附中设置吸附参数如下，默认体密度1700，点击应用完成设置。

解释运行GWT模型

解释运行创建完成的GWT模型，查看污染烟羽。

选中000创建GWT模型1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6溶质->GWT解释运行，生成解释运行GWT图层。在该图层的属性面板中，设置解算器为UPSTREAM，勾选浓度全部保存，启用垂向入渗边界。点击应用，系统将自动编译并运行GWT模型。在airportMf6.mf6.efs文件夹所在位置生成同名的efMF6GWT文件夹。运行完成后，程序提示如下：
点击按键，选择上一步中生成的efMF6GWT文件夹中的efMF6GWT.nam6文件。图层面板中生成efMF6GWT.nam6图层，在该图层属性面板数据子面板中，将模型原点设为（0，0，0），点击应用导入MT3D文件。
为了更细腻的展示污染物运移，可以对efMF6GWT.nam6图层进行时序补齐，生成时间补齐（定序）1图层。属性面板中设置时间步长为10，补齐模式为线性补齐，
选中时间补齐（定序）1图层，进行浓度阈值裁切，在属性面板中设置裁切范围，单击应用。坐标变换Z方向缩放设置为50，可更立体查看污染物分布。
同时可以选中efMF6GWT.nam6图层可见，将其Z方向缩放设置为50，透明度调低，可同时查看污染物在模型区内的分布状况。
通过对渲染面板的选项进行设置，看到污染物的影响范围。更多可视化操作，请参考本算例（下）中的内容。