垃圾填埋场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MODFLOW6模型 2.3 定义活动区域 2.4 定义网格高程 2.5 定义渗透系数 2.6 定义补给 2.7 定义定水头 2.8 定义抽水井 2.9 定义排水沟 2.10 应力期 2.11 解释运行MODFLOW6 2.12 创建GWT模型 2.13 解释运行GWT模型 3 小结 |
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算例简介
本算例对规划中的垃圾填埋场进行环境影响评价，预测垃圾渗漏液在地下含水层中的污染烟羽，并预测是否对该区域的抽水井和河流水质产生影响。本算例将先创建MODFLOW6水流模型，并基于水流模型结果创建MODFLOW6溶质运移模型，模拟垃圾填埋厂渗漏液在区域内的运移情况。
研究区域为东德克萨斯州某地区，北部为基岩出露，西南与东部各有一条河流，交汇于区域东南角。场地东西部各有一口抽水井，东部预设一垃圾填埋场。模拟区北部的边界是零流量边界，其它的边界是指定水头边界，且水头等于河流的平均水位。假设该区域的地下水补给主要由降雨造成。该区域中有一些干涸的溪流，由于地下水的流入，偶尔会有水流流入小溪，我们把这些溪流定义为排水沟。 该模拟区域中还有两口抽水井。
如上图b 所示，一条典型的南北走向的剖面贯穿模拟区，揭示模拟区底部为灰岩覆盖，且在模拟区北部尽头出露为山区。模拟区有两个主要的沉积层。上层为非承压层，下层为承压层。
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MODFLOW6模拟的网格。
单击
按键，导入模型边界文件Boundary_polys.shp，生成Boundary_polys.shp图层。选中Boundary_polys.shp图层，单击计算->通用工具箱->标注->界面，或者在右击Boundary_polys.shp图层，选择快速操作，输入命令：界面，选择对应的操作：界面。生成界面1图层。在属性面板中，为边界图层生成上覆或下垫面，本算例中选择下垫面。单击应用。
选中界面1图层，对其进行快速操作：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，设置目标边长，和迭代次数，单击应用。以曲面网络显示如下：
接下来，导入需进行细化的边界条件文件，包括定水头边界和垃圾填埋场边界。
单击
按键，分别导入landfill_arcs.shp、chd01.efd和chd02.efd文件。在图层面板中，按住Ctrl键，选中导入的三个文件，单击通用工具箱->图层->图层合并。生成图层合并1图层。
选中曲面->曲面（均一平滑）1图层，进行快速操作：曲面->散点（采样加密），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，设置加密区边长为30，外扩步数为3，扩展区边长为86.9175，分区数为2，迭代次数为2，单击应用。即可在视图1中看到加密后的模型区。
选中采样加密图层，进行快速操作：散点->曲面（泰森），生成散点->曲面（泰森）1图层，使用此图层来创建MODFLOW 6模型网格。
选中散点->曲面（泰森）1图层，点击数值模拟->MODFLOW6水流->初始化MODFLOW6模型，生成初始化ModFlow6模型1图层。重命名为010初始化MODFLOW6模型1图层。点击应用完成设置。
用户应自行确认模型单位的一致性，单位会在后续操作中进行设置。本算例长度单位为米，时间单位为天。此时系统将产生初始MODFLOW模拟图层。
定义活动区域
在图层面板中选择010初始化MODFLOW6模型1图层，点击计算->数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6多边形赋值，或者在管道面板中，选中010图层右击快速操作，输入操作命令：多边形赋值，选中MF6多边形赋值。选择Boundary_polys.shp图层为属性图层，点击确认生成MF6多边形赋值1图层，将其改名为020有效网格-MF6多边形赋值1图层。在属性面板中进行如下设置，勾选反转，单击应用。
通过选择网格工具，可以查看内外部的网格有效性（0为无效网格，1为有效网格）。
定义网格高程
使用tif文件和散点数据定义网格高程。
单击
按键，导入算例文件夹中的elev_10.tif文件，生成elev_10.tif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tif文件。
在管道面板中，右击020有效网格图层，选择快速模拟，输入操作命令：网格高程，选择MF6网格高程，选择elev_10.tif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030顶板高程-MF6网格高程1图层。
在030顶板高程-MF6网格高程1图层属性面板中将赋值模式设为网格属性->单层，高程数列设为Band_1，赋值对象设为模型顶板，勾选下方的上层优先选项，点击应用完成设置，为第一层顶部设置高程。
单击
按键，导入算例文件夹中的elevs.txt文件，生成elevs.txt图层，在该图层属性面板数据子面板中勾选启用Tab分隔符选项，点击应用完成设置。导入用于定义网格第一层与第二层底板的散点文件。在视图2中以表格形式可查看其数据内容。
选择elevs.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，将其重命名为高程2-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、Y数列，勾选下方的2D散点选项，点击应用完成设置。此时生成了表示第一层和第二层底部高程的散点。
选择030顶板高程-MF6网格高程1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6网格高程，选择高程2-表格->散点1图层为高程图层，点击确认生成MF6网格高程2图层，将其重命名为040第一层底板-MF6网格高程2图层。
在040图层属性面板数据子面板中选择赋值模式为散点属性->单层，赋值对象为单层底板，层号为1，勾选下方的上层优先选项，点击应用完成设置，为第一层底部设置高程。
选择040第一层底板-MF6网格高程2图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6网格高程，选择高程2-表格->散点1图层为高程图层，点击确认生成MF6网格高程3图层，将其重命名为050第二层底板-MF6网格高程3图层。
在050图层属性面板数据子面板中选择赋值模式为散点属性->单层，赋值对象为单层底板，层号为2，勾选下方的上层优先选项，点击应用完成设置，为第二层底部设置高程。
定义渗透系数
使用csv文件定义模型渗透系数。
单击
按键，导入算例文件夹中的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。导入包含第二层网格水平渗透系数、垂向渗透系数、孔隙度，垂向补给信息的散点文件。在视图2中 以表格形式查看如下：
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散点选项，点击应用完成设置。
选择050第二层底板-MF6网格高程3图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6层赋值，选择表格->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060-水平渗透系数2- MF6层赋值1图层。
点击该图层属性面板顶部的显示/隐藏高级属性
选项，在数据子面板中将属性类别选为水平渗透系数，层号为2，水平渗透系数选择Kh2数列。在渲染子面板中将渲染方式改为曲面网络，色彩设置为ef水平渗透系数，在坐标变换属性中，将Z向缩放设置为5，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。
重复步骤3，选择060-水平渗透系数2- MF6层赋值1图层，选择表格->散点1图层为属性图层，生成070垂向渗透系数-MF6层赋值2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。
定义补给
使用csv文件和表示垃圾填埋场位置的shp文件定义模型垂向入渗边界。
选择070垂向渗透系数-MF6层赋值2图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6层赋值，选择表格->散点1图层为属性图层，点击确认生成MF6层赋值3图层，将其重命名为080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。
选择landfill_arc.shp图层，点击工具箱->散点->散点->曲面（三角化），生成散点->曲面（三角化）1图层，将其重命名为landfill-散点->曲面（三角化）1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，视图窗口如下图所示：
选择080垂向入渗边界-MF6层赋值3图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6多边形赋值，选择landfill-散点->曲面（三角化）1图层为属性图层，点击确认生成MF6多边形赋值1图层，将其重命名为090-landfill补给率-MF6多边形赋值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，垂向入渗率选择指定值，输入指定值6e-05；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，为模型设置垃圾填埋场区域的垂向入渗值。启动附加属性，输入污染浓度值20000。视图窗口如下图所示：
定义定水头
使用efd文件定义模型定水头边界（两条河流）。关于efd文件的创建过程可参考垃圾填埋场MODFLOW2005创建模型2.7章节步骤1-8内容。
本算例中将直接使用创建好的efd文件定义定水头。在视图2中以表格形式，可以查看两个efd文件包含的数据内容，其中stage数据列将用于定义水头值：
选择090-landfill补给率-MF6多边形赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6线赋值，选择CHD01.efd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100定水头1-MF6线赋值1图层。
在该图层属性面板数据子面板中将属性类别选为定水头边界，层号为1 2，固定水头选择CHD02-stage数列；在渲染子面板中将渲染方式改为曲面网络，色彩设置为efIBound，点击应用完成设置，为模型赋值南部定水头边界。视图窗口如下图所示:
选择100定水头1-MF6线赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6线赋值，选择CHD02.efd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110定水头2-MF6线赋值1图层。
在属性面板中进行如下设置，单击应用。
定义抽水井
使用csv文件和创建随机散点工具定义模型井边界。
单击
按键，导入算例文件夹中的well1.csv文件，生成well1.csv图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。导入表示抽水井的csv文件。在视图2中以表格形式查看如下：
选择well1.csv图层，点击通用工具箱->散点->表格->散点，生成表格->散点3图层，将其重命名为well1-表格->散点3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散点选项，点击应用完成设置。此时可在视图1中看到表示抽水井的散点。
选择110定水头2-MF6线赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6点赋值，选择well1-表格->散点2图层为属性图层，点击确认生成MF6点赋值1图层，将其重命名为120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1 2，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。
定义排水沟
使用排水沟.efd图层定义模型排水沟边界。
单击
按键，分别导入算例文件夹中的drain1.efd、drain1.efd和drain3.efd文件。在图层面板中，使用ctrl按键，同时选中上述三个排水沟图层。单击计算->通用工具箱->图层->图层合并，将三个图层合并为一个，生成图层合并2图层，重命名为排水沟-图层合并2。
选择排水沟-图层合并2图层，对其进行快速操作：网格属性->散点属性，生成网格属性->散点属性1图层。
选择120井边界-MF6点赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6线赋值，选择网格属性->散点属性1图层为属性图层，点击确认生成MF6线赋值3图层，将其重命名为130排水沟-MF6线赋值3图层。
在该图层属性面板数据子面板中将属性类别选为排水沟，层号为1，排水沟高程选择arc-elev数列，传导系数选择COND数列，点击应用完成设置，为模型赋值排水沟边界。
应力期
使用应力期.csv文件创建模型应力期。
单击
按键，导入算例文件夹中应力期.csv文件。生成应力期.csv图层，可在视图2中以表格形式查看其内容
选择130排水沟-MF6线赋值3图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6应力期，选择应力期.csv图层为应力期图层，点击确认生成MF6应力期1图层，重命名为140应力期-MF6应力期1图层。在其属性面板中，设置如下内容：
解释运行MODFLOW6
解释运行创建好的水流模型。
选中140应力期-MF6应力期1图层，点击数值模拟-> MODFLOW6水流->MF6解释运行，生成MF6解释运行MODFLOW1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landfillRunMf6。复杂度选择线性模型，时间单位为天，长度单位为米，勾选保存所有时间步力和保存水均衡，点击应用，系统将自动编译并运行MODFLOW6模型。
单击
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。点击应用导入MODFLOW6模型结果。
使用网格选择工具，可查看其水头值。
由于非活动区域水位值异常高，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ef水头，最小值与最大值分别设为0和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：
创建GWT模型
基于MODFLOW6模型的运行结果，创建GWT模型，运行地下水溶质运移模型。
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0.3，默认纵向弥散度设为20，默认横纵弥散比和垂纵弥散比分别为0.2和0.1，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，查看垃圾渗漏液污染烟羽。
选中创建GWT模型1图层，点击数值模拟->MODFLOW6溶质->GWT解释运行，生成GWT解释运行1图层。在该图层的属性面板中，设置结算期为TVD，勾选浓度全部保存，启用源汇项浓度勾选垂向入渗边界选项，将点击应用，系统将自动编译并运行GWT模型。在landfillRunMf6.mf6文件夹下所在位置生成efMF6GWT文件夹。
单击
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。在选择面板中，使用散点标签选中浓度值，使用散点选择工具，可以查看浓度分布。
因为非活动单位格数据异常，需进行阈值裁切，选中efMF6GWT.nam6图层，单击通用工具箱->网格->阈值裁切。生成阈值裁切2图层。在其属性面板中，进行如下设置，输入裁切范围值，单击应用。
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tif文件为MODFLOW6模型赋值；
- 如何使用csv和txt文件为MODFLOW6模型赋值；
- 如何使用efd文件为MODFLOW6模型赋值；
- 如何定义MODFLOW6模型中的浓度边界；
- 如何创建并运行MODFLOW6溶质运移模型。