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工业园区地下水污染模拟

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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MT3DMS模型 2.3 定义浓度边界 2.4 解释运行MT3DMS 2.5 考虑吸附与反应的MT3DMS模型 2.6 查看观测点处污染物浓度 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，在地下水污染修复项目I算例中，已完成MODFLOW水流模型的创建和运行，得到该研究区域的流场信息。

污染场地位于NM河旁的冲积河谷中，地下储存罐及周边污染的土壤已被挖走。创建MT3DMS模型，设置模型浓度边界和运移参数，分别模拟仅考虑对流和弥散、增加吸附和 化学反应两种情况下污染物的运移情况。

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MT3DMS模型​

首先，导入地下水污染修复项目I算例生成的流场和场地地图，并创建用于运行MT3DMS模拟的图层。

  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。

  2. 点击菜单栏中的导入数据按钮，选择算例文件夹\model.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）,点击应用导入MODFLOW模型结果；在渲染子面板中，将坐标变换属性下的Z方向缩放设为5。

  3. 选中efModFlow2005.nam图层，点击数值模拟->MT3DMS->创建MT3DMS模型，生成创建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0.25，默认纵向弥散度设为16，默认横纵弥散比和垂纵弥散比分别为0.1和0.01，点击应用创建MT3DMS模拟图层。

定义浓度边界​

使用创建多边形的工具，将在污染区域创建表示浓度边界的多边形，并为MT3DMS模型设置浓度边界。

  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。

  2. 点击创建数据体->几何体->多边形，生成多边形1图层，将其命名为污染区-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。

    在视图窗口中，按住键盘Alt+Ctrl键，单击鼠标，沿着污染区绘制闭合折线（具体位置见下图）。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污染区域。点击应用完成设置。

    在污染区-多边形1图层属性面板中，点击右上角显示/隐藏高级属性按钮，展示高级属性，在视图子面板中，勾选三维指针下的平行投影选项，可减少按照底图绘制多边形时透视效果造成的影响。为方便后续的三维查看，注意绘制完毕后取消该选项的勾选。

  3. 选择污染区-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，将该图层重命名为污染物浓度-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初始浓度，数值为56600，点击应用完成设置。

  4. 选择创建MT3DMS模型1图层，点击数值模拟-> MT3DMS->MT3D多边形赋值，选择污染物浓度--计算器1图层为属性图层，点击确认生成MT3D多边形赋值1图层，将其改名为010初始浓度-MT3D多边形赋值1图层。

    由于地下储罐及污染源已被移除，污染区域土壤中残留部分污染物，因此将浓度边界设置为初始浓度边界。

  5. 在010初始浓度-MT3D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初始浓度，层号为2，初始浓度选择为ef初始浓度数列。在渲染子面板中将渲染方式改为曲面，色彩设置为ef初始浓度，点击应用完成设置。

    点击仰视视角:Z轴向内工具，使视角变为仰视。视图窗口中的污染区域如下图所示：

解释运行MT3DMS​

基于模型浓度边界和模型参数，解释运行仅考虑对流和弥散过程的MT3DMS模型，查看污染物烟羽。

  1. 点击俯视视角：Z轴向外工具，使视角变回俯视。

  2. 选中010初始浓度-MT3D多边形赋值1图层，点击数值模拟-> MT3DMS->MT3D解释运行，生成解释运行MT3D解释运行1图层。在该图层的属性面板中，设置总模拟时间为3650，输出步数为10，勾选添加指定时间选项，将指定时间值设为1，GCG收敛标准设为0.0001，点击应用完成设置。

    系统将自动编译并运行MT3DMS模型。在model.modflow文件夹所在位置生成同名的model.mt3dms文件夹。成功运行完毕后，调试窗口中将显示：MT3DMS溶质运移模拟引擎正常结束。

  3. 点击菜单栏中的导入数据按钮，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（1000，-1500，0），点击应用导入MT3D文件。

  4. 为加快MT3DMS解算速度，溶质运移模型输出步数为10，可通过时间定序补齐增加时间步。在图层面板中选择MT3D.CNF图层，点击数据模拟->数据补齐->时间补齐（定序），生成定序时间补齐1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将时间步长设为20，点击应用对溶质运移模型结果进行时间加密。

  5. 由于非活动区域污染物浓度较高，需要对该区域进行裁切。选中定序时间补齐1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，数据系列设为ef浓度_MT3D001，裁切值设为500000，勾选下方的反转选项；在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面，色彩设为ef浓度_MT3D001，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。

    为了更好的展示污染物烟羽，在该图层的颜色面板中，勾选调色板属性下的颜色使用Log间距选项。如果界面中没有颜色面板，点击布局->颜色面板，在界面右下角出现颜色面板。

    由于污染区域在模型第二层，因此按住鼠标左键旋转视图查看第二层污染物烟羽分布。点击动画工具，查看不同时间污染烟羽分布。点击最后一帧按钮，将动画调整到最后一个时间步，污染烟羽如下图所示：

  6. 为去除上图中污染物浓度小于0的区域，选中等维裁切1图层，点击通用工具箱->空间拓扑->等维裁切，生成等维裁切2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，数据系列设为ef浓度_MT3D001，裁切值设为0.01，不勾选下方的反转选项。

    在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面，色彩设为ef浓度_MT3D001；点击下方的重置颜色阈值到指定边界按钮，将颜色阈值设置为0.01至40000；在风格属性下，将透明度调整为0.5，点击应用完成设置。

    在图层面板中efModFlow2005.nam图层、chemwest.dxf图层和等维裁切2图层设为可见，并将efModFlow2005.nam图层渲染方式设为外框。点击动画工具，查看不同时间污染烟羽分布。

考虑吸附与反应的MT3DMS模型​

增加吸附和反应过程的MT3DMS模型参数，重新解释运行模型，查看污染烟羽分布。

  1. 在图层面板中选择创建MT3DMS模型1图层，在属性面板数据子面板中，勾选吸附与反应选项，将吸附类型设为线性平衡吸附，默认体密度设为4.82e10，默认第一吸附常数设为1.066e-12，反应类型设为一阶不可逆反应，默认第一反应常数设为0.0005，点击应用为MT3DMS模型增加吸附与反应的参数。

  2. 在Envifusion中，修改图层管道上游图层的参数，相应修改会沿着图层管道传递到下游图层。在图层面板中，将解释运行MT3DMS1图层设为可见，并在该图层属性面板中点击应用。根据新设置的模型参数，自动解释运行MT3DMS模型。

  3. 模型成功运行完毕后，在图层面板中选择MT3D.CNF图层，右击选择重新导入文件选项，导入上一步中重新运行的MT3DMS模型结果。将颜色阈值调整在0.01至40000之间，在等维裁切2图层查看增加吸附和反应过程的污染烟羽分布。与仅考虑对流弥散过程的烟羽相比，污染范围变小。

查看观测点处污染物浓度​

为查看污染物运移对其他区域的影响，在一些敏感点设置观测点，查看这些散点处的污染物浓度变化。

  1. 点击菜单栏中的导入数据按钮，打开算例文件夹中的concentration_well.csv文件，生成concentration_well.csv图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。导入包含多个观测点位置的csv文件。

  2. 选择concentration_well.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、Z坐标分别选择X、Y和Screen Elevation数列，勾选下方的保留坐标选项；在渲染子面板中将点宽设为10，点击应用完成设置。将csv文件转换为具有空间位置的散点。

  3. 在图层面板中选择MT3D.CNF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浓度_MT3D001，裁切最小值和最大值分别设为0.01和500000，点击应用去除浓度值过大和为负的网格。

  4. 选择阈值裁切1图层，点击通用工具箱->散点->散点->散点（采样），在选择图层对话框中，将数据源设为阈值裁切1图层，将采样点设置为表格->散点1图层，点击确认生成散点采样1图层。

  5. 在该图层属性面板数据子面板中，勾选保留散点数据选项。在渲染子面板中，将色彩设为ef浓度_MT3D001；点击下方的使用独立调色板按钮和选择预设调色板按钮，选择适宜的调色板，本算例中使用的是jet调色板。在风格属性下，将点宽设置为10。在颜色面板中，勾选调色板属性下的颜色使用Log间距选项，点击应用完成设置。将chemwest.dxf图层、散点采样1图层设为可见，视图窗口如下图所示：

  6. 选择散点采样1图层，点击通用工具箱->标注->散点->文字标注，生成散点标注1图层，在该图层属性面板数据子面板中，将标注数列设为ef浓度_MT3D001，格式控制设为浮点数，点击应用完成设置。

    将chemwest.dxf图层、散点采样1图层和散点标注1图层设为可见，将chemwest.dxf图层透明度设为0.5。点击动画工具，在视图窗口查看观测点的污染物浓度值变化。

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MT3DMS溶质运移模型；
  • 如何设置模型浓度边界；
  • 如何设置对流、弥散、吸附、反应过程涉及的模型参数；
  • 如何解释运行MT3DMS模型；
  • 如何修改模型参数，重新运行模型；
  • 如何使用散点采样工具。