地下水污染修复MODFLOW6模拟
- 项目图示
- 视频教程
| 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 |
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算例简介
本项目将模拟Drumco废桶填埋处置区域。厂区包含一层潜水层、一层不连续承压水层，以及一层弱透水层。上层和下层含水层都将作为居民和工厂饮用水源。
掩埋废桶中包含工业溶剂成分，主要是四氯乙烯 (PCE)。在1994年进行的常规场地调查中发现了PCE。同时也发现了地下储油罐中泄露出来的石油。自那时起，就开始考虑一系列的方案用来确定污染范围，刻画场地地质和水文地质属性，移除场地污染物。还需要考虑到污染物向下层含水层的蔓延，特别是潜在的经过降解反应的污染物，例如氯乙烯。
在本部分的练习中，我们将创建概念模型，运行场地水流模型分析。在随后的练习中，将考虑多种修复方案。
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，导入场地地图，并创建用于运行MODFLOW2005模拟的网格。
点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中的ground.grd文件，生成ground.grd图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。导入地表高程文件，在视图1中显示如下：
在管道面板中，选中ground.grd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。
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200，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。
点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中的river1.shp文件，river2.shp文件和hole.shp文件，分别生成river1.shp图层，river2.shp图层和hole.shp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：
在图层面板中，按住Ctrl键，同时选中river1.shp图层，river2.shp图层和hole.shp图层，单击计算->通用工具箱->图层->图层合并，生成图层合并1图层。
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1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。
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。
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。
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Ground.grd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 顶板高程-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：
重复步骤1，点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中从算例文件夹中分别导入surfer2.grd, surfer3.grd和surfer4.grd文件，生成surfer2.grd,surfer3.grd和surfer4.grd图层。将这三个图层进行，再分别为模型网格赋值第一层底板，第二层底板和第三层底板，生成020第一层底板- MF6 网格高程2， 030第二层的底板- MF6 网格高程3和040第三层的底板- MF6 网格高程4图层。
为更好的查看模型网格，在040 MF6网格高程4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：
定义河流边界
使用成river1.shp图层和river2.shp图层的位置属性和地表高程数据，创建河流边界。
在图层面板中，按住Ctrl键，同时选中river1.shp图层和river2.shp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。
选中图层合并2图层，进行快速操作：采样。数据源为图层合并2图层，采样体为ground.grd图层，单击确定，生成采样1图层。
选中采样1图层，进行快速操作：计算器。生成计算器1图层，右击重命名为河底高程-计算器1图层。在属性面板中，输入计算公式：Band_1-1。
选中040第三层底板图层，进行快速操作：MF6线赋值。生成MF6线赋值1图层，右击重命名为050河流边界-MF6线赋值1图层。在属性面板中，选择河流边界，并进行参数设定，单击应用，即可在视图1中看到设定的河流边界。
定义活动区域
在图层面板中只保留010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，在渲染面板中以外框形式显示。点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中的bound.shp文件，生成bound.shp图层。此多边形内的区域为有效网格区域。
在图层面板中选择050河流边界图层，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060有效网格-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1-3，并指定值为0，勾选反转，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。
定义垂向入渗边界
继续使用bound.shp文件定义模型垂向入渗边界。
在图层面板中选择060有效网格图层，点击数值模拟->MODFLOW6水流->MF6多边形赋值，生成MF6多边形赋值2图层，将该图层重命名为070垂向入渗边界-MF6多边形赋值2图层。在该图层属性面板数据子面板中，属性类别设为垂向入渗边界，层号为1，并指定值为2.86e-06，点击应用完成设置。
定义蒸散发边界
继续使用bound.shp文件定义模型垂向入渗边界。
在图层面板中选择070垂向入渗边界图层，点击数值模拟->MODFLOW6水流->MF6多边形赋值，生成MF6多边形赋值3图层，将该图层重命名为080蒸散发-MF6多边形赋值3图层。在该图层属性面板数据子面板中，属性类别设为蒸散蒸腾，层号为1，并设定相关参数，点击应用完成设置。
定义定水头边界
在图层面板中只保留010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，在渲染面板中以外框形式显示。点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中的chead.shp文件，生成chead.shp图层。此线段代表定水头位置。将其渲染风格设置为柱状线，并设置线宽为10，可以更清楚的看到位置。
在管道面板中，选中chead.shp图层，对其进行快速操作：空间变换，生成空间变换1图层，在属性面板中，Y方向的平移设置为-50，单击应用。
在管道面板中，选中080蒸散发图层，对其进行快速操作：MF6线赋值，生成MF6线赋值2图层，重命名为090定水头-MF6线赋值2图层，在属性面板中，选中定水头边界进行设置，单击应用。在视图1中可以看到赋值的定水头边界。
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。
定义井边界
使用抽水井的表格文件定义井边界。
点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中的pumping_wells.csv文件，生成pumping_wells.csv图层。在视图2中以表格形式可以查看数据内容。
在管道面板中，选中pumping_wells.csv图层，对其进行快速操作：表格->散点，生成表格->散点1图层。将其属性转化为散点属性，便于后期赋值使用。
选中090定水头图层，对其进行快速操作：MF6点赋值，生成MF6点赋值1图层，重命名为100井边界-MF6点赋值1图层，在属性面板中，选中井边界，并设定层号为3，指定井抽水率，单击应用。在视图1中可以看到赋值后的井边界。
井位于第三层，翻转模型至第三层，即可看到井边界。
解释运行MODFLOW6
解释运行创建好的水流模型。
选中100井边界-MF6点赋值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，长度单位为米，勾选保存所有时间步、保存水均衡，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。
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。因场地内水头变化范围较小，需单独指定调色板阈值，点击应用导入MODFLOW6模型结果。
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203、1000；在渲染子面板中，将渲染方式设为矢量流线，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。
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csv文件为MODFLOW6模型赋值；
- 如何基于shp文件为MODFLOW6模型赋值。