网格法创建地下水模型

项目图示
MODFLOW建模管道
可视化管道

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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 定义渗透系数 2.5 定义补给边界 2.6 定义定水头边界 2.7 定义排水沟边界 2.8 定义抽水井 2.9 解释运行MODFLOW 3 小结

算例简介

算例的概念模型如下图所示，研究区域包含三个含水层，网格所覆盖的模拟区域面积为 22860米× 22860米。网格被划分为 15 行和 15 列。为简单起见，顶层和底层的高程为水平高程。区域的补给来源于降水入渗，水流通过排水沟、抽水井（图中未表示出）、以及湖泊（左侧定水头边界）排出系统。初始水头设置为 60，并假设为稳定流情况进行计算。

操作步骤

新建项目

打开ENVIFUSION软件，若软件界面仍有其他项目，点击菜单栏关闭工程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。

点击创建->MODFLOW->创建ModFlow2005模型，创建创建ModFlow2005模型1图层。将模型网格划分设置为(15，15，3)。模型X边界分别设置为(0，22860)，Y边界分别设置为(0，22860)，Z边界分别设置为(-215，60)。勾选垂向渗透系数和初始水头选项，默认水平和垂向渗透系数分别为15和1.5；默认初始水头设为60，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。

点击属性面板右上角的显示/隐藏高级属性变，打开高级属性。在创建ModFlow2005模型1图层属性面板渲染子面板中，将渲染方式设为曲面网络，将坐标变换属性中的Z缩放设为15，视图窗口如下所示：
网格赋值时需要选择相应的网格，为方便选择，为网格添加MODFLOW行列层坐标。选择创建ModFlow2005模型1图层，点击工具箱-> 属性->添加位置属性，生成位置属性1图层，将其重命名为010位置属性1图层。
在该图层属性面板数据字面板中，开启添加ModFlow行列层坐标选项；在渲染面板中将渲染方式设为曲面网络，点击应用完成设置。
在选择面板的网格标签属性中，勾选mf行列层坐标，即可为视图窗口中所选网格显示ModFlow模型行列层坐标的标签。如在界面中未找到选择面板，则点击视图->选择，调出选择面板。如果需要对标签字体、大小、颜色等进行调整，点击散点标签右下角的编辑选择标签属性按钮，打开选择标签属性对话框，设置完成后可点击左下角保存当前设置为系统默认按钮，将当前标签格式设置为系统默认标签格式。
在视图窗口中，点击窗口上方的交互添加网格选项，在视图中点击任意网格，会出现该网格的行列层坐标标签。如需显示其他网格属性，可在选择面板的网格标签按钮中进行选择。

定义网格高程

本模型一共三层网格，四个模型层面，除上一节中定义的第一层顶部高程和第三层底部高程外，还需要定义第一层和第二层网格的底部高程，使用外部准备的csv数据定义网格高程。

由于本模型参数比较简单，其中高程、渗透系数、补给率等参数均为一层网格一个数值，可在外部准备csv数据作为参数库。数据如下图所示，包含位于网格区域中心点的XY坐标，四个模型层面的高程、各层水平渗透系数和垂向渗透系数、垂向补给率等。将该文件命名为grid.csv。
数据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grid.csv文件，在该图层属性面板中点击应用完成设置，生成grid.csv图层。
选择grid.csv图层，点击工具箱->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XYZ坐标选择相应的属性，开启2D散点和保留坐标选项，点击应用完成设置。
选择010位置属性1图层，点击模拟-> MODFLOW2005->网格高程，选择表格->散点1图层为属性图层，点击确认生成网格高程1图层，将其重命名为020 bot1网格高程1图层。
在020 bot1网格高程1图层属性面板中将赋值模式设为散点属性->单层，将高程数列选为Bot1，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，即为第一层网格底板赋值Bot1数列中的高程。
重复步骤4，将020 bot1网格高程1图层设为模型工程图层，将表格->散点1图层为属性图层，生成030 bot2网格高程1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将高程数列设为Bot2，层号设为2；在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面网络，点击应用完成设置。模型高程设置完毕，视图窗口如下图所示：

定义渗透系数

使用矩形选择的工具选择网格，使用网格赋值为模型定义渗透系数。

在项目浏览器中只保留030 bot2网格高程1图层的显示，点击俯视视角工具，使视角变为俯视。
点击视图上方矩形选择网格工具，在视图窗口点击鼠标拖动生成包含第一层所有网格的矩形，完成后可旋转视图查看是否选中第一层所有网格。如选择区域有误，可点击选择网格工具条最右方的清除选择按钮，清除错误选择，重新选择网格。
选择030 bot2网格高程1图层，点击模拟-> MODFLOW2005->网格赋值，生成网格赋值1图层，将其改名为040 Kh2-网格赋值1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将属性类别设为水平渗透系数，将水平渗透系数设为0.9，层号设为2，点击应用完成设置，即将第二层网格水平渗透系数设为0.9。
重复3次步骤1-3，最终生成070 Kv3-网格赋值1图层，分别为模型第三层网格赋值水平渗透系数2、为模型第二层和第三层网格赋值垂向渗透系数0.18和0.4。
在070 Kv3-网格赋值1图层属性面板渲染子面板中，将渲染方式设为曲面网络，将色彩设为ef垂向渗透系数，点击应用，视图窗口如下所示，三层网格垂向渗透系数不同。将色彩改为ef水平渗透系数，查看三个网格的水平渗透系数。

定义补给边界

使用网格赋值和层赋值的方法为模型第一层网格定义补给边界。

可以重复2.4节步骤1-3，使用矩形选择网格工具选中第一层网格，使用模拟-> MODFLOW2005->网格赋值工具、生成080 Rch-网格赋值1图层，在该图层属性面板中，将属性类别设为垂向入渗边界，垂向入渗率设为0.0009，层号设为1的方法设置补给边界。
还可以利用表格->散点1图层中的补给率数据，使用层赋值的方法进行赋值。具体操作为：选中070 Kv3-网格赋值1图层，点击模拟-> MODFLOW2005->层赋值，将表格->散点1图层设为属性图层，点击确定创建层赋值1图层，将其重命名为080 Rch-层赋值1图层。
在该图层属性面板数据子面板中，将属性类别设为垂向入渗边界，将层号设为1，垂向入渗率选择ef补给率数列。在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面网络，将色彩设为ef垂向入渗边界，点击应用完成设置，为模型设置垂向入渗边界（降水补给）。

定义定水头边界

使用网格赋值方法，将第一、二层的第一列网格设为定水头。

在项目浏览器中选择080 Rch-层赋值1图层，点击视图上方矩形选择网格工具，在视图窗口点击鼠标拖动生成矩形，包含第一层网格东部即第一列的所有网格。必要时可点击选择面板网格标签中的mf行列层坐标选项，查看第一列所在位置。
点击模拟-> MODFLOW2005->网格赋值，生成网格赋值1图层，将其改名为090 定水头-网格赋值1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将属性类别设为定水头边界，将固定水头设为0，层号设为1-2，点击应用完成设置，即将第一、二层网格最左列（第一列）设为水位为0的定水头边界。
在渲染子面板中将渲染方式设为曲面网络，将色彩设为efIBound，IBound为1时为模型活动网格，为-1时表示该网格为定水头边界，视图窗口如下图所示：

定义排水沟边界

排水沟底部高程呈线性变化，使用线赋值方法定义排水沟边界。

在项目浏览器中选中090 定水头-网格赋值1图层，点击Z轴向外工具，使视角变为俯视。为方便绘制表示排水沟的线段，在该图层属性面板渲染子面板中，将渲染模式改为网络；在视窗子面板中，打开平行投影选项，消除网格透视的影响。
点击工具箱->几何体->线，点击应用，生成线1图层，将其重命名为drain-线1图层。在该图层中，打开拖拽手柄选项。在视图窗口中找到（8行，2列，1层）的网格，并将鼠标放置其中，按键盘P键创建线段起点；再找到（8行，10列，1层）网格，按P键创建线段终点。
为方便查看网格行列层信息，可参考2.2节步骤3，在090 定水头-网格赋值1图层中打开mf行列层坐标标签，交互选择网格线会出现该网格的行列层信息。
注意新生成的线段有方向，起点第2列，终点第10列。下一步将按线段长度赋值排水沟底部高程，因此线段尽量充满第8行，2-10列的网格。视图窗口如下所示：
点击工具箱->折线->折线->长度计算，生成线长度1图层，将其命名为bot线长度1图层。在该图层属性面板数据子面板中，勾选线性变换选项，将最小值设为0，最大值设为30，数列名称设为efdrain-bot。在渲染子面板中将色彩设为efdrain-bot，点击显示/隐藏颜色图例按钮，将线宽改为3，点击应用完成设置。可看到线段左端为低值，右边为高值。
在项目浏览器中选择bot线长度1图层，点击工具箱->属性->计算器，生成属性计算器1图层，将其重命名为C-属性计算器1图层。在该图层的属性面板数据子面板中，将结果数列名称设为efdrain-C，将数值设为7430，中点击应用完成设置，为线1赋值传导系数。
选择090 定水头-网格赋值1图层，点击模拟-> MODFLOW2005->线赋值，选择C-属性计算器1图层为属性图层，点击确认生成线赋值1图层，将其重命名为100 drain-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排水沟边界，层号为1，排水沟高程和传导系数分别选择efdrain-bot和efdrain-C数列；在渲染子面板中，将渲染方式设为曲面网络，将色彩设为ef排水传导系数，点击应用完成设置。视图窗口如下图所示，第8行，2-10列被定义为排水沟。

定义抽水井

使用网格赋值方法设置抽水井边界。

在项目浏览器中选择100 drain-线赋值1图层，点击Z轴向外工具，使视角变为俯视。点击视图上方交互添加网格工具，在视图窗口点击鼠标依次点击第9、11和13行的第8、10、12和14列网格，这些网格将被设置为井边界。
必要时可点击选择面板网格标签中的mf行列层坐标选项，查看所选网格行列层坐标。如选择区域有误，可点击选择网格工具条最右方的清除选择按钮，清除错误选择，重新选择网格。
点击模拟-> MODFLOW2005->网格赋值，生成网格赋值1图层，将其改名为110 井1-网格赋值1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将属性类别设为井边界，将井抽水率设为-12230，层号设为1，点击应用完成设置，将第一层所选网格设置为井边界。
重复步骤1-2操作，选择（4行，6列）和（6行，12列）网格，使用模拟-> MODFLOW2005->网格赋值工具，为两个所选网格第二层赋值井边界，井抽水率为-12230。
选择（5行，11列）网格，使用模拟-> MODFLOW2005->网格赋值工具，生成130井3-网格赋值1图层，为所选网格第三层赋值井边界，井抽水率为-0.15。完成三个含水层中井边界的赋值。

解释运行MODFLOW

解释运行创建好的水流模型。

选中130井3-网格赋值1图层，点击模拟-> 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grid。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，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mf2005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。
在该图层属性面板渲染子面板中，将渲染方式改为曲面网络，将色彩设为ef水头，点击下方的选择预设调色板按钮，选择适宜的调色板，本算例中选择RainbowRich调色板；坐标变换属性下的Z方向缩放设为15，点击应用导入MODFLOW模型水位结果。
可提取潜水层网格，使用水位值对潜水面进行标量扭曲。在项目浏览器中选择efModFlow2005.nam图层，点击工具箱->网格->结构网格->提取子网格，生成提取子网格1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将子网格Z坐标设为0-1，即提取模型第一层网格，点击应用完成设置。
点击工具箱->网格->网格中心->散点，生成网格中心->散点1图层。点击应用完成设置，在第一层网格中心位置生成散点。
点击工具箱->散点->散点->曲面（三角化），生成散点->曲面1图层。点击应用完成设置，使用散点构成潜水面。
在项目浏览器中选择散点->曲面1图层，点击工具箱->空间拓扑->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，将标量数列设为ef水头，缩放因子设为10；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，点击应用完成设置。潜水面根据水位结果从二维变为三维，如下图所示。