工业园区地下水流模拟

项目图示
MODFLOW管道

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算例工程下载地址

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 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

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。

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：
点击计算->创建数据体->MODFLOW ->创建MODFLOW2005模型，创建流场模拟（MODFLOW2005）图层。
将模型网格划分设置为(142，92，2)，即XYZ方向的网格数分别为142、92和2。模型X边界分别设置为(1000，7000)，Y边界分别设置为(-1500，7000)，Z边界分别设置为(0，1)。勾选垂向渗透系数、非稳定流和初始水头选项，默认水平和垂向渗透系数分别为4和0.4；默认给水度和贮水系数分别为0.25和0.005；默认初始水头设为593，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ft，时间单位为天。此时系统将产生初始MODFLOW模拟图层。

定义网格高程

使用grd文件定义网格高程。

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。
选择Grndsrf.grd图层，点击通用工具箱->网格->网格中心->散点，或者在管道面板中，右击Grndsrf.grd图层，选择快速操作，输入要执行的命令关键词：网格中心，选择对应的命令网格中心->散点，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，右击网格中心->散点1图层，选择快速操作，输入要执行的命令关键词：标量扭曲，选择对应的命令标量扭曲，生成标量扭曲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。
选择流场模拟（MODFLOW2005）图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->MF2005网格高程，选择标量扭曲1图层为属性图层，点击确认生成MF2005网格高程1图层，将其重命名为010 MF2005网格高程1图层。
在010 MF2005网格高程1图层属性面板中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。在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面网络，视图窗口如下图所示：
重复步骤1-4，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。将这两个图层进行网格中心->散点和标量扭曲的处理，再分别为模型网格赋值第一层底板和第二层底板，生成020 MF2005 网格高程2和030 MF2005 网格高程3图层。

为更好的查看模型网格，在030 MF2005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。

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。
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。
在图层面板中选择无效网格-多边形1图层，点击通用工具箱->属性->计算器，生成属性计算器1图层，将该图层重命名为IBound-属性计算器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efIBound，数值为0，点击应用完成设置。
选择030 MF2005 网格高程3图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005-> MF2005多边形赋值，选择IBound-计算器1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040无效网格1- MF2005多边形赋值1图层。

在040无效网格1- MF2005多边形赋值1图层属性面板数据子面板中将属性类别设为有效网格，层号为1-2，iBound选择为efIBound数列，点击应用完成设置。
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。
重复步骤4、5，使用通用工具箱->属性->计算器，生成IBound-计算器2图层，为表示大坝的多边形赋值属性。使用数值模拟-> MODFLOW2005-> MF2005多边形赋值，生成050无效网格2- MF2005多边形赋值1图层，为模型定义无效网格。
在050无效网格2- MF2005多边形赋值1图层属性面板数据子面板中，将属性类别设为有效网格，层号为1，iBound选择为efIBound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，视图窗口如上图所示：定义的两个区域内的网格Ibound为0，即模型不活动区域，其他区域为1，即模型活动区域。

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。

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。
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。
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。
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。
选择050 无效网格2- MF2005多边形赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005-> MF2005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060-水平渗透系数2- 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。
重复步骤5，选择060-水平渗透系数2- MF2005层赋值1图层，选择网格节点->散点1图层为属性图层，生成070-垂向渗透系数2- MF2005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）。

点击保存工程，将当前项目文件保存为水流模型.efp。因水流模型图层管道较长，因此先新建EnviFusion工程单独处理定水头与河流边界，将定水头边界图层导出后，再导入水流模型工程文件进行模型设置。
点击Envifusion图标，打开一个新的EnviFusion工程。点击保存工程，将当前项目文件保存为定水头河流边界.efp。
点击导入数据按钮，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。
在图层面板中只保留chemwest.dxf图层的显示，点击俯视视角：Z轴向外工具，使视角变为俯视。
点击创建数据体->几何体->多边形，生成多边形1图层，将其命名为大坝上游-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。生成表示大坝上游定水头的多边形。
在视图窗口中，按住键盘Alt+Ctrl键，单击鼠标，沿着研究区域西侧NM河大坝上游区域绘制闭合折线（具体位置见下图），具体绘制方法参考2.4节步骤2。

由于NM河上下游水位不同，需要为多边形区域定义线性变化的水位值。为了使多边形内水位值变化更线性平滑，将使用散点穿刺工具在多边形中创建散点，再对散点进行线性赋值。
点击创建数据体->MODFLOW ->MODFLOW2005模型，创建流场模拟（MODFLOW2005）图层。将模型网格划分设置为(142，92，1)。模型X边界设置为(1000，7000)，Y边界设置为(-1500，7000)，Z边界设置为(0，1)，点击应用创建网格。
选择流场模拟（MODFLOW2005）图层，点击通用工具箱->网格->网格中心->散点，生成网格中心->散点1图层，点击应用在网格中心创建散点。
选中网格中心->散点1图层，点击通用工具箱->空间拓扑->散点穿刺，打开选选择图层对话框，将大坝上游-多边形1图层设为待穿刺图层，将网格中心->散点1图层设为散点图层，点击确定生成散点穿刺1图层，被穿刺到的点高程值将按照待穿刺图层发生变化。例如，大坝上游-多边形1图层为待穿刺图层，其高程Z范围为0至0（可在信息面板查看），网格中心->散点1图层为散点图层，其高程Z范围为0.5至0.5，穿刺后散点穿刺1图层高程为0-0.5，需要对Z法向的等维裁切操作。之后在多边形区域内生成密集的散点。
在图层面板中选择等维裁切1图层，点击通用工具箱->空间拓扑->线性赋值，生成线性赋值1图层，将其重命名为上游定水头-线性赋值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，按住键盘上的Ctrl+P，依次点击多边形北部和南部，矢量线段两端会自动磁吸至多边形两端。在属性阈值中分别填入602.5和601.5，为定水头两端水位值，将结果数列名称设置为ef水位。在渲染子面板中，将色彩设为ef水位，点击应用完成设置。
重复步骤4-6，根据场地地图中NM和大坝下游的区域创建定水头多边形，生成图层大坝下游-多边形1图层。
重复步骤8-10，生成等维裁切2图层和下游定水头-线性赋值1图层，在大坝下游多边形区域进行散点穿刺创建散点，并为其线性赋值。在图层属性面板中，将属性阈值设为587.5和586.5，将结果数列名称设置为ef水位。在渲染子面板中，将色彩设为ef水位，点击应用完成设置。
在图层面板中选中上游定水头-线性赋值1图层，点击导出图层，将该图层保存为大坝上游.efd文件，并在保存选项对话框中取消保存所有时间步的勾选，点击确定保存图层。
打开水流模型.efp工程文件，点击界面上方的导入数据按钮，导入上一步的大坝上游.efd文件，生成大坝上游.efd图层。在该图层属性面板中点击应用完成设置，导入大坝上游定水头边界。
选择070-垂向渗透系数2-层赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->MF2005点赋值，选择大坝上游.efd图层为属性图层，点击确认生成MF2005点赋值1图层，将其重命名为080 上游定水头-MF2005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定水头边界，层号为1，固定水头选择ef水位数列点击应用完成设置，为模型赋值大坝上游定水头边界。
重复步骤12-14，将下游定水头-线性赋值1图层保存为大坝下游.efd文件，并将其导入水流模型.efp工程文件中，使用数值模拟-> MODFLOW2005->点赋值，生成090 下游定水头-MF2005点赋值1图层，赋值大坝下游定水头边界。在该图层属性面板渲染子面板中将渲染方式改为曲面，色彩设置为efIBound，视图窗口如下图所示，NM和区域为定水头（蓝色），东部区域为无效网格（灰色）。

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）。

在定水头河流边界.efp工程文件中，只保留chemwest.dxf图层的显示，点击俯视视角：Z轴向外工具，使视角变为俯视。
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S湖-多边形1图层。在该图层属性面板数据子面板中，勾选显示手柄和闭合折线选项，将添加类型设为多边形。生成表示S湖的多边形。
在视图窗口中，按住键盘Alt键，单击鼠标，沿着LU溪南部S湖绘制闭合折线（具体位置见下图），具体绘制方法参考2.4节步骤2。
在图层面板中选择S湖-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，将其重命名为S水位-计算器1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将结果数列名称设为efS水位，数值设为599，点击应用完成设置。
重复步骤4，使用通用工具箱->属性->计算器，依次生成S高程-计算器1图层和SC-计算器1图层。在图层属性面板中，分别为结果数列名称输入efS河底高程和efSC，数值分别为595.5和515。
重复步骤2-5，基于场地地图绘制S湖南部的B湖多边形，生成B湖-多边形1图层。通过属性计算器工具，依次为该多边形赋值水位、河底高程和传导系数C属性，数值分别为599、597.5和515，最终生成BC-属性计算器1图层。
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LU溪-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LU溪从西向东绘制折线（具体位置见下图），具体绘制方法参考2.4节步骤2。
因为LU溪有上下游，因此需要对上一步创建的折线进行线性插值，对于比较曲折的折线，可以使用长度计算工具代替线性赋值工具对折线进行线性插值。
在图层面板中选中LU溪-多边形1图层，点击通用工具箱->折线->折线->长度计算，生成折线→长度计算1图层，将其重命名为LU水位-折线→长度计算1图层。在该图层属性面板数据子面板中，勾选线性变换，将最大值、最小值分别设为586.8和598，数列名称设为ef水位；在渲染子面板中，将色彩设置为ef水位，将线宽设置为5，点击应用完成设置，根据水位范围自动沿折线进行线性插值。
重复步骤8，生成LU河底高程-折线→长度计算1图层，为LU溪赋值河底高程，高程最小值与最大值分别为582.2和594。
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LUC-计算器1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将结果数列名称设为efC，数值设为55，点击应用完成设置。三个河流边界如下图所示：
重复2.6节步骤12-13，将SC-计算器1图层、BC-计算器1图层和LUC-属性计算器1图层，分别保存为S湖.efd、B湖.efd和LU溪.efd文件，并导入水流模型.efp项目文件中，生成相应的图层。
在水流模型.efp项目文件中选择090-下游定水头-MF2005点赋值1图层，点击模拟-> MODFLOW2005-> MF2005多边形赋值，选择S湖.efd图层为属性图层，点击确认生成MF2005多边形赋值1图层，将其重命名为110 S湖河流1- 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河流边界，层号为1，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，点击应用完成设置。
重复步骤12，使用B湖.efd图层和多边形赋值工具，为水流模型赋值河流边界条件，生成110 B湖河流2- MF2005多边形赋值1图层。
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。
选择110 B湖河流2-多边形赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005-> MF2005线形赋值，选择标量扭曲4图层为属性图层，点击确认生成MF2005线赋值1图层，将其重命名为120 LU溪河流3- MF2005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。

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。
选择球形随机散点1图层，点击通用工具箱->属性->计算器，生成计算器1图层，将其重命名为补给率1-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1，数值为1.83e-3，点击应用为上一步创建的散点赋值属性。
选择120-LU溪河流3-层赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->MF2005层赋值，选择补给率1-计算器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130 垂向补给-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ef补给率1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。
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050无效网格2-MF2005多边形赋值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。
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。
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。
选择130 垂向补给-层赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->MF2005线赋值，选择补给率2-计算器1图层为属性图层，点击确认生成线赋值1图层，将其改名为140侧向径流- MF2005线赋值1图层。
在140侧向径流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。
为方便查看，可将040无效网格1-多边形赋值1图层设为可见，降低140侧向径流 1图层透明度，视图窗口如下图所示，活动网格最右侧网格（红色）为侧向径流区域。

解释运行MODFLOW

解释运行创建好的水流模型。

选中140侧向径流图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->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model。选择解算器为PCG，时间单位为天，长度单位为英尺，保存应力期为1，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MODFLOW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，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。
在该图层属性面板数据子面板中，将模型原点设为（1000，-1500，0）；在渲染子面板中，将坐标变换属性下的Z方向缩放设为5，点击应用导入MODFLOW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efModFlow2005.nam图层，点击通用工具箱->空间拓扑->等维裁切，生成等维裁切1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将切块类型设为数据系列，将标量数列设为散点ef水头，裁切值设为0；在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面，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。
在渲染子面板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。水流模型的流线如下图所示：为方便展示，设置chemwest.dxf图层可见，并在该图层渲染子面板中将Z方向平移3000；设置140侧向径流-多边形赋值1图层可见，并将该图层透明度设为0.5。