工业园区MODFLOW6水流模拟

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1 算例简介 2 操作步骤 2.1 新建项目 2.2 创建MODFLOW模型 2.3 定义网格高程 2.4 定义活动区域 2.5 定义渗透系数 2.6 定义定水头边界 2.7 定义河流边界 2.8 定义补给边界 2.9 设置应力期 2.10 解释运行MODFLOW 3 小结

算例简介

某化工厂储存罐泄露造成地下水污染。根据研究区域的水文地质条件，创建 MODFLOW 水流 模型，模拟区域内水位分布情况，为下一步地下水污染修复模拟提供流场信息。

污染场地位于 NM 河旁的广阔冲积河谷中，NM 河位于研究区域西侧，对当地地下水系统有影 响。NM 河在此地有 1500 英尺宽，由北向南流经河谷。场地附近有一座防洪大坝，在大坝上下 游形成了 10 英尺的河水面高差。大坝下游 400 英尺是 LU 溪，由东向西流经场地。在区内有两 个小水塘（S湖和 B湖）。沿场地的东部边界出露页岩基底，比河谷地面急剧高出 200英尺。经 分析后该区域的补给来源包括：地下水沿边界直接流入模型区、降水补给、山区侧向径流补给、 地表水体的直接补给。排泄途径主要是向地表水体的排泄。

研究区域的地层可分为地表的泥质砂层和下方的砂砾含水层。地表的泥质砂层横跨整个场地， 厚度为 5 到 25 英尺；砂砾含水层是主要的储水单元，厚度为 10 到 60 英尺；两个含水层下方为 页岩基底，可以视为隔水层。

操作步骤

新建项目

1. 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MODFLOW模型

首先，导入场地地图，并创建用于运行MODFLOW2005模拟的网格。

1. 点击菜单栏中的导入数据按钮，打开算例文件夹中的chemwest.dxf文件，生成chemwest.dxf图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。导入AutoCAD制作的场地地图，在视图1中显示如下：

   

2. 在管道面板中，选中chemwest.dxf图层，右击快速操作，输入操作命令：界面，选中界面命令。在属性面板中，勾选下面-MinXY，单击应用，创建界面1图层。

   

3. 在管道面板中，选中界面1图层，右击快速操作，输入操作命令：平滑，选中曲面->曲面（均一平滑）命令。在属性面板中，目标边长设置为300，迭代次数为1。单击应用，创建曲面->曲面（均一平滑）1图层。

   

   接下来对对模型进行细化，首先导入需要细化区域的文件。

4. 点击菜单栏中的导入数据按钮，打开算例文件夹中的LU溪.efd文件，和waterBody.efd文件 (efd文件是从MODFLOW2005算例文件中导出的文件) ，分别生成LU溪.efd图层和waterBody.efd图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。可以在视图1中看到图层显示如下：

   

5. 在管道面板中，选中LU溪.efd图层，右击快速操作，输入操作命令：飘带，选中折线->飘带命令。在属性面板中，固定宽度设置为80。单击应用，生成折线->飘带1图层。

   

6. 在图层面板中，按住Ctrl键，同时选中折线->飘带1图层和waterBody.efd图层，单击计算->通用工具箱->图层->图层合并，生成图层合并2图层。

7. 在管道面板中，选中曲面->曲面（均一平滑）1图层，右击快速操作，输入操作命令：加密，选中曲面->散点（采样加密）1命令。加密区域选择图层合并2图层，单击确定，生成*曲面->散点（采样加密）1*图层，在属性面板中，设置加密参数。单击应用。

   

8. 在管道面板中，选中*曲面->散点（采样加密）1图层，右击快速操作，输入操作命令：曲面，选中散点->曲面（泰森）1命令。生成散点->曲面（泰森）1*图层，在属性面板中，设置投影平面和边界外扩。单击应用。可以在视图1中看到地表水体部分已经加密后的模型网格。

   

9. 在管道面板中，选中*散点->曲面（泰森）1图层，右击快速操作，输入操作命令：初始化，选中初始化MODFLOW6模型命令。生成初始化MODFLOW6模型1*图层，在属性面板中，设置模型层数、层厚、渗透系数等参数。单击应用。可以在信息面板中看到初始化模型的相关信息。

   

定义网格高程

使用grd文件定义网格高程。

1. 点击菜单栏中的导入数据按钮，打开算例文件夹中的Grndsrf.grd文件，生成Grndsrf.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。

   

2. 选择初始化MODFLOW6模型1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6->MF6网格高程，选择Grndsrf.grd1图层为属性图层，点击确认生成MF6网格高程1图层，将其重命名为010 MF6网格高程1图层。在属性面板中，选择赋值模式为网格属性->单层，高程数列为band_1，赋值对象为模型顶板，最小层厚为0.1，勾选上层优先，单击应用。在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面，视图窗口如下图所示：

   

3. 重复步骤1-2，从算例文件夹中分别导入ChemWest_SG_new.grd和Chemwest_Bed_new.grd文件，生成ChemWest_SG_new.grd和Chemwest_Bed_new.grd图层。将这两个图层进行，再分别为模型网格赋值第一层底板和第二层底板，生成020第一层底板- MF6 网格高程2和030第二层的底板- MF6 网格高程3图层。

   

   为更好的查看模型网格，在030 MF6网格高程3图层属性面板渲染子面板中，将坐标变换属性下的，Z方向缩放设为5，点击应用完成设置，视图窗口如下图所示：

   

定义活动区域

使用创建多边形的工具，将研究区域东侧的高地和西侧NM河上的大坝设置为不活动区域。

1. 在图层面板中只保留chemwest.dxf图层的显示，点击俯拾视角：Z轴向外工具，并单击视图1中的3D 按钮，切换为2D 查看。

2. 点击创建数据体->几何体->多边形，生成多边形1图层，将其命名为无效网格-多边形1图层。在该图层属性面板数据子面板中，勾选显示手柄和封闭折线选项，将添加类型设为多边形。

   在视图窗口中，按住键盘Alt+Ctrl键，单击鼠标，沿着研究区域东侧的道路和区域边缘绘制闭合折线（具体位置见下图，不包含东侧道路）。折线创建起始有（0，0，0）和（1，0，0）两个控制点，在折线创建完毕后，可在控制点列表中选中这两个控制点，点击表格右侧的删除按钮，删除起始两点 ，使得其余控制点形成的闭合折线包围东侧不活动区域。点击应用完成设置。

   

3. 在图层面板中选择030第二层的底板- MF6 网格高程3图层，点击数值模拟->MODFLOW6水流->MF6多边形赋值，生成MF6多边形赋值1图层，将该图层重命名为040无效网格-MF6多边形赋值1图层。在该图层属性面板数据子面板中，属性类别设为有效网格，层号为1，并指定值为0，点击应用完成设置。在视图1总可以看到红色区域为有效网格，蓝色区域为无效网格。

   

4. 重复步骤2，基于场地地图西侧NM河大坝的位置，使用创建数据体->几何体->多边形工具创建多边形1图层，并将其重命名为大坝-多边形1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将添加类型设为多边形，点击应用完成设置。

   

定义渗透系数

使用抽水试验结果定义模型第二层网格渗透系数，试验数据保存在txt文件中。

1. 点击菜单栏中的导入数据按钮，打开算例文件夹中的chemwest_K.txt文件，生成chemwest_K.txt图层，在该图层属性面板中勾选启用Tab分隔符，点击应用完成设置。导入包含第二层网格水平渗透系数、垂向渗透系数的散点文件。在视图2中以表格形式查看如下：

   

2. 选择chemwest_K.txt图层，点击通用工具箱->散点->表格->散点，生成表格->散点1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2D散点和保留坐标选项；在渲染子面板中将点宽设为8，点击应用完成设置。

   

3. 选择表格->散点1图层，点击通用工具箱->散点->散点->均匀网格（克里金），生成散点->克里金均匀网格1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将数据系列设为K，影响半径设为0.1；在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面网络，色彩设为ef插值结果，将透明度设为0.5，点击应用完成设置。散点的K值插值到克里金均匀网格中。

   

4. 选择散点->克里金均匀网格1图层，点击通用工具箱->网格->网格节点->散点，生成网格节点->散点1图层。点击应用完成设置。

5. 选择040无效网格-MF6多边形赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流-> MF6层赋值，选择网格节点->散点1图层为属性图层，点击确认生成层赋值1图层，将其重命名为050-第二层水平渗透系数- MF6层赋值1图层。

   

   在该图层属性面板数据子面板中将属性类别选为水平渗透系数，层号为2，水平渗透系数选择ef插值结果数列。在渲染子面板中将渲染方式改为曲面，色彩设置为ef水平渗透系数，点击应用完成设置。视图窗口如上图所示：两层模型的水平渗透系数不同。

   

6. 重复步骤5，选择050-第二层水平渗透系数- MF6层赋值1图层，选择网格节点->散点1图层为属性图层，生成060-第二层垂向渗透系数- 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，点击应用为第二层网格设置垂向渗透系数。

   

定义定水头边界

基于场地地图创建并为模型赋值定水头（NM河）。

1. 点击保存工程，将当前项目文件保存为MF6水流模型.efp。

2. 在图层面板中只保留waterBody.efd图层的显示，点击俯视视角：Z轴向外工具，使视角变为俯视。

3. 在管道面板中，选中waterBody.efd图层，使用矩形选择网格按钮，绘制矩形，选中大坝上游的定水头区域，如下图所示。

   

4. 点击通用工具箱->图层->提取所选对象，生成提取所选对象1图层，将其命名为大坝上游-提取所选对象1图层。

5. 在管道面板中，选中大坝上游-提取所选对象1图层，对其进行快速操作：线性赋值，生成线性赋值1图层，重命名为上游水头-线性赋值1图层，在属性面板中，输入水头变化范围602.5和601.5，单击应用。在视图1中可以看到其线性变化色差图。

   

6. 在管道面板中，选中060-第二层垂向渗透系数图层，对其进行快速操作：MF6多边形赋值，生成MF6多边形赋值1图层，重命名为070定水头大坝上游-MF6多边形赋值2图层，在属性面板中，选中定水头边界进行设置，单击应用。

   

   对于水头值和底板高程值发生冲突的位置，软件按照属性中设定的忽略网格进行处理，另外还有其他处理方式，用户可根据具体项目情况进行选择。

7. 重复3-6操作步骤，提取大坝下游河流，进行线性赋值和MF6多边形赋值，生成080定水头大坝下游-MF6多边形赋值2图层。

   

   

定义河流边界

基于场地地图创建并为模型赋值河流边界（S湖、B湖和LU溪）。

1. 在管道面板中，选中waterBody.efd图层，使用矩形选择网格按钮，绘制矩形，选中北部湖泊区域，如下图所示。

   

2. 点击通用工具箱->图层->提取所选对象，生成提取所选对象3图层，将其命名为北部湖泊-提取所选对象3图层。

3. 在管道面板中，选中080定水头大坝下游-MF6多边形赋值2图层，对其进行快速操作：MF6多边形赋值，生成MF6多边形赋值1图层，重命名为090北部湖泊-MF6多边形赋值4图层，在属性面板中，选中河流边界，并设定相关的三个参数，单击应用。在视图1中可以看到赋值后的河流边界。

   

4. 重复步骤1-3，为水流模型赋值河流边界条件，生成100 南部湖泊- MF6多边形赋值1图层。

   

5. 选择LU溪.efd图层，点击通用工具箱->空间拓扑->标量扭曲，生成标量扭曲4图层，在该图层属性面板中，将标量数列设为ef河底高程，点击应用完成设置。此时根据LU溪河底高程，将表示LU溪的折线从二维变为三维，方便之后的模型赋值。

   

6. 选择100 南部湖泊-MF多边形赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流-> MF6线形赋值，选择标量扭曲4图层为属性图层，点击确认生成MF6线赋值1图层，将其重命名为110LU溪-MF6线赋值11图层。

   

   在该图层属性面板数据子面板中将属性类别选为河流边界，勾选3D赋值选项，河流水头、传导系数和河底高程分别选择ef水位、efC和ef河底高程数列。在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面，将色彩设为ef河底高程，点击应用完成设置。根据LU溪折线的空间分布，为水流模型进行3D赋值，调整图层透明度，可以看到一部分LU溪在模型第一层，一部分在第二层。

   

定义补给边界

创建散点并为散点赋值，定义模型垂向入渗补给边界；创建多边形定义模型侧向径流边界。

1. 点击创建数据体->几何体->球形随机散点，创建球形随机散点1图层，在该图层属性面板数据子面板中，勾选拖拽手柄选项，将散点拖拽到研究区域XY范围内，如将散点中心设为（4000，2500，0），并将散点数量设为1，点击应用完成设置。为方便查看，可在渲染子面板中，将散点点宽设为10，在坐标变换属性下，将Z方向的平移设为3000。

   

   

2. 选择110-LU溪河流3-层赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6层赋值，选择球形随机散点1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120垂向入渗边界-MF6层赋值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数：0.00183，点击应用完成设置，为模型设置垂向入渗（降水补给）背景值。

   

3. 由于模型活动网格区域右侧有来自东部高地侧向径流的影响，本算例中将在模型非活动区的左侧边缘绘制折线，使用垂向入渗边界模拟地下水的侧向径流。由于模型右侧还有部分无效网格区域，需保证此折线位于活动区域内，紧邻非活动单元格，这样赋值的参数才能最终参与模型运算。

   在图层面板中保留无效网格-多边形1图层的显示，点击俯视视角：Z轴向外工具，使视角变为俯视。并将其透明度调低，便于查看绘制的折线。

4. 点击创建数据体->几何体->多边形，生成多边形1图层，将其命名为侧向径流-多边形1图层。在该图层属性面板数据子面板中，勾选显示手柄选项，将添加类型设为折线。

   在视图窗口中，按住键盘Alt+Ctrl键，单击鼠标，沿着非活动区的左侧边缘绘制折线（具体位置见下图），单击应用，将线渲染为圆柱，并调大线宽，便于查看和调整位置。具体绘制方法参考2.4节步骤2。

   

5. 在图层面板中选择侧向径流-多边形1图层，点击通用工具箱->属性->计算器，生成计算器1图层，将该图层重命名为补给率2-计算器1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补给率2，数值为5.37e-10，点击应用完成设置。

   

6. 选择120 垂向补给-层赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6线赋值，选择补给率2-计算器1图层为属性图层，点击确认生成MF6线赋值1图层，将其改名为130侧向补给- MF6线赋值1图层。在130侧向补给图层属性面板数据子面板中将属性类别设为垂向入渗边界，层号为1，垂向入渗率选择为ef补给率2数列；在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面，色彩设为ef垂向入渗边界，点击应用为模型设置侧向径流边界。

   

设置应力期

1. 点击菜单栏中的导入数据按钮，打开算例文件夹中的应力期.csv，生成应力期.csv图层。

2. 选中130侧向补给- MF6线赋值1图层，对其赋值应力期，生成并重命名为140-MF6应力期1图层，在属性面板中设置应力期参数，单击应用。

   

解释运行MODFLOW

解释运行创建好的水流模型。

1. 选中140 MF6应力期1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6解释运行，生成解释运行MF6解释运行1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chemwest.mf6。选择复杂度为线性模型，时间单位为天，长度单位为英尺，勾选保存所有时间步、保存水均衡、允许再湿润选项，点击应用，系统将自动编译并运行MODFLOW6模型，运行完成后会弹出调试窗口，显示MODFLOW水流模型引擎正常结束。

   

2. 点击菜单栏中的导入数据按钮，选择上一步中用户指定名称的MODFLOW6文件夹中的efModFlow6.nam6文件。图层面板中生成efModFlow6.nam6图层。

   在该图层属性面板将坐标变换属性下的Z方向缩放设为5，点击应用导入MODFLOW6模型结果。

   

3. 由于非活动区域水位值较低，需要对该区域进行裁切。选中efModFlow6.nam6图层，点击通用工具箱->网格->阈值裁切，生成阈值裁切1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将标量数列设为水头，阈值范围最大最小值设为587、1000；在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面网络，色彩设为ef水头，点击下方的重置颜色阈值到数值边界按钮，点击应用完成设置。模拟区水位如下图所示，为之后的溶质运移提供流场信息。

   

4. 选中阈值裁切1图层，对其进行计算器快速操作，生成计算器2图层，在属性面板中，输入计算公式：ef径流量/mag(ef径流量)，生成梯度场，单击应用。并以矢量流线的形式展示。

   

   

小结

完成本指南中的算例后，可以学到以下内容：

• 如何创建并运行地下水MODFLOW6水流模型；

• 如何使用grd文件为MODFLOW模型赋值；

• 如何使用txt文件进行克里金插值并为MODFLOW6模型赋值；

• 如何基于场地地图绘制多边形和折线；

• 如何对散点、折线和多边形进行单一属性和线性属性赋值；

  如何保存和导入efd图层文件。