机场油库地下水模拟
- 项目图示
- MODFLOW管道
- MT3DMS管道
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MODFLOW模型
首先，创建用于运行MODFLOW2005模拟的网格。
点击计算->创建数据体->MODFLOW->创建MODFLOW2005模型，创建流场模拟（MODFLOW2005）图层。
在右侧的属性面板中，将模型网格划分设置为(60，60，3)，即XYZ方向的网格数分别为40、40和3。模型X边界分别设置为(0，2000)，Y边界分别设置为(0，2000)，Z边界分别设置为(0，1)，默认水平和垂向渗透系数为17.28，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。
视图1中可以看到创建的模型网格，如下：
定义网格高程
使用grd文件数据定义网格高程。
点击快捷键导入数据选项，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airport-ground-surface.grd图层，点击计算->通用工具箱->网格->网格中心->散点，（或者可以在管道面板中，从airport-ground-surface.grd图层右侧的圆点拖拽出线条，生成快捷操作窗口，输入网格中心，选择对应工具），生成网格中心->散点1图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。原始状态下grd文件中的高程信息保存在网格属性中，此步操作将grd文件中的网格转换为散点，便于下一步的高程赋值。
选择网格中心->散点1图层，点击通用工具箱->空间拓扑->标量扭曲（或者在管道面板中使用快捷操作方式），生成标量扭曲1图层，将其重命名为标量扭曲1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将标量数列选为Band1，缩放因子设为1，点击应用完成设置。此时上一步生成的散点面基于Band1（高程）数值，在Z方向进行扭曲。
选择创建ModFlow2005模型1图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->MF网格高程，选择标量扭曲1图层为高程图层，点击确认生成网格高程1图层，将其重命名为010MF2005网格高程1图层。
在010MF2005网格高程1图层属性面板中选择散点Z坐标->单层，将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。
通过对其Z方向缩放变换，可以看到赋值高程后的地表。
接下来按照上述同样的操作，分别导入代表地层第二层顶板（airport-layer2-top.grd）、第三层顶板（airport-layer3-top.grd）和第三层地板（airport-layer3-bottom.grd）的高程数据，然后进行赋值。
点击快捷键导入数据选项，打开算例文件夹airport_input\Surfer中的上述三个grd文件，生成对应的.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2层网格顶部高程的grd文件。
对导入的三个grd文件均进行计算->通用工具箱->网格->网格中心->散点和通用工具箱->空间拓扑->标量扭曲操作。分别生成了标量扭曲2、标量扭曲3、标量扭曲4图层。完成操作后的图层内容如下所示：
选中010MF2005网格高程1图层，使用拖拽的快捷方式，选择MF2005网格高程赋值。
模型工程图层选择010MF2005网格高程1图层，高程图层选择标量扭曲2图层，单击确定。生成MF2005网格高程1图层，重命名为020 MF2005网格高程1。在右侧属性面板中，设置为第一层的底板（即第二层顶板）。单击应用。完成对第二层顶板的高程赋值。
第二层顶板高程如下图所示：
依次完成剩余两个底层的设置后，图层面板内容和地层高程显示如下：
定义定水头
通过导入型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CH1.shp图层，使用快捷方式筛选出计算器，计算出水头数据19和18指定至CH1图层。
选中040MF2005网格高程1图层，使用MF2005线赋值，属性图层选择计算器1，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，水头值选择计算器1中得出的efCHstage1，单击应用。生成MF2005线赋值1图层，重命名为050定水头1MF2005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。
在Envifusion中，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。
选中river1_arcs.shp图层，使用线性赋值。在该图层属性面板数据子面板中，勾选拖拽手柄选项，按住键盘上的Ctrl+1，Ctrl+2依次点击视图窗口线段右侧和左侧（即河流的上游和下游位置），矢量线段两端会自动磁吸至弧段两端。
在属性阈值中分别填入16.5和15.5，为河流两端的河水位值，将结果数列名称设置为efRiverStage，点击应用完成设置。生成线性赋值1图层。
选中线性赋值1图层，再次进行线性赋值操作，这次使用和上面同样的方法，定义河流底部高程。河流西侧和东部的底部高程分别为15.5和15。单击应用，完成设定，生成线性赋值2图层。
选中线性赋值2图层，使用计算器的方法，设置传导系数，在右侧的属性面板中，设置efConductance为250，单击应用，生成计算器4图层。
选中070定水头3MF2005线赋值1图层，进行MF2005线赋值操作，属性图层选择计算器4图层，单击确定。
在右侧的属性面板中，选择属性类型为河流边界，层号为1，河流水头为efRiverStage，传导系数为efConductance，河底高程为efriverbottom，单击应用，生成MF2005线赋值1图层，重命名为080RiverMF2005线赋值1图层。
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，勾选下方的保留坐标选项，点击应用完成设置。
选择080图层，点击模拟-> MODFLOW2005->MF2005层赋值，选择表格->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090-水平渗透系数2-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：第二层模型的水平渗透系数已经和默认设置的渗透系数不同。
重复上述步骤，选择090-水平渗透系数2-层赋值1图层，选择表格->散点1图层为属性图层，生成100-水平渗透系数3-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100-水平渗透系数3-层赋值1图层，选择表格->散点1图层为属性图层，生成110-垂向渗透系数2-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110-垂向渗透系数2-层赋值1图层，选择表格->散点1图层为属性图层，生成120-垂向渗透系数3-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型文件discontinuous1_arcs.shp。
点击通用工具箱->散点->散点->曲面（三角化），生成散点->曲面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：
选择散点->曲面1图层，点击通用工具箱->属性->计算器，生成计算器5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天窗Kh，数值为17.28，点击应用完成设置。
选中120-垂向渗透系数3-层赋值1图层，使用多边形赋值，给天窗区域赋值水平渗透系数，属性图层选择计算器5图层，单击确认。生成新图层，重命名为130天窗KhMF2005多边形赋值1。
在130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，选择具体系数值为刚计算出的ef天窗Kh系列数据。单击应用。
选中130图层，使用多边形赋值，给天窗区域赋值水平渗透系数，属性图层选择计算器5图层，单击确认。生成新图层，重命名为140天窗KvMF2005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140天窗KvMF2005多边形赋值1图层，点击模拟-> MODFLOW2005->层赋值，选择表格->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150-RCH- MF2005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，将其重命名为计算器6图层，在该图层属性面板数据子面板中，结果数列名称设为efRCH2，数值为0.00685，点击应用完成设置。
选择150RCH-MF2005层赋值1图层， 使用MF2005多边形赋值，选择计算器6图层为属性图层，点击确认生成多边形赋值1图层，将其重命名为160天窗补给-MF2005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efRCH2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。
打开算例文件夹中的Pumping_Wells.csv文件，生成Pumping_Wells.csv图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。
选择Pumping_Wells.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，将其重命名为well1-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2D散点选项，点击应用完成设置。此时可在视图中看到表示西部抽水井的散点。
选择160天窗补给-MF2005多边形赋值1图层，使用MF2005点赋值，选择表格->散点2图层为属性图层，点击确认生成散点赋值1图层，将其重命名为170-井边界1-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。
解释运行MODFLOW
解释运行创建完成的水流模型。
选中170-井边界1-点赋值1图层图层，选择MF2005解释运行，生成解释运行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airport。选择解算器为GMG，时间单位为天，长度单位为米，保存应力期为1，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。
点击文件菜单栏中的打开选项，或点击界面上方的
按钮，选择上一步中用户指定名称的MODFLOW文件夹中的efModFlow2005.nam文件。对象浏览器中生成efModFlow2005.nam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。其中hed文件为水头文件，lmt6文件为MODFLOW生成的链接文件，其中记载了边界信息、参数信息、以及逐网格的水力梯度信息。
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。
创建MT3DMS模型
基于MODFLOW模型的运行结果，创建MT3DMS模型，运行溶质运移模型。
选中efModFlow2005.nam图层，点击模拟->MT3DMS->创建MT3DMS模型，生成并重命名为000创建MT3DMS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。
接下来给燃油区设置污染参数。选择折线->多边形1图层，进行计算器操作，生成计算器7图层，设置数列名称为ef污染浓度，数值为5，单击应用。
选择000创建MT3DMS模型1图层，进行 MT3D多边形赋值，选择计算器7图层为属性图层，点击确认生成多边形赋值1图层，将其改名为010燃料区补给浓度MT3D多边形赋值1图层。
在该图层属性面板中选择属性类别为入渗补给浓度，层号为1，入渗补给浓度选择为ef污染浓度数列，点击应用完成设置。
解释运行MT3DMS模型
解释运行创建完成的MT3DMS模型，查看污染烟羽。
选中010燃料区补给浓度MT3D多边形赋值1图层，点击模拟-> MT3DMS->解释运行，生成解释运行MT3DMS1图层。在该图层的属性面板中，设置总模拟时间为7300，输出步数为10，GCG收敛标准设为0.0001。点击应用，系统将自动编译并运行MT3DMS模型。在airport.mf2005文件夹所在位置生成同名的airport.mt3dms文件夹。运行完成后，程序提示如下：
点击文件菜单栏中的打开选项，或点击界面上方的
按钮，选择上一步中生成的model.mt3dms文件夹中的MT3D.CNF文件。对象浏览器中生成MT3D.CNF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。可以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。
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MODFLOW水流模型；
- 如何使用tif文件为MODFLOW模型赋值；
- 如何使用csv和txt文件为MODFLOW模型赋值；
- 如何使用shp文件为MODFLOW模型赋值；
- 如何对shp文件进行提取与赋值；
- 如何定义MT3DMS模型中的浓度边界创建并运行MT3DMS模型。