地下水污染修复MODFLOW2005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 设置应力期 2.10 解释运行MODFLOW 3 小结 |
|---|
算例简介
本项目将模拟Drumco废桶填埋处置区域。厂区包含一层潜水层、一层不连续承压水层，以及一层弱透水层。上层和下层含水层都将作为居民和工厂饮用水源。
掩埋废桶中包含工业溶剂成分，主要是四氯乙烯 (PCE)。在1994年进行的常规场地调查中发现了PCE。同时也发现了地下储油罐中泄露出来的石油。自那时起，就开始考虑一系列的方案用来确定污染范围，刻画场地地质和水文地质属性，移除场地污染物。还需要考虑到污染物向下层含水层的蔓延，特别是潜在的经过降解反应的污染物，例如氯乙烯。
在本部分的练习中，我们将创建概念模型，运行场地水流模型分析。在随后的练习中，将考虑多种修复方案。
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MODFLOW2005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ground.grd文件，生成ground.grd图层，在该图层属性面板中点击应用完成设置。导入地表高程文件，在视图1中显示如下：
在管道面板中，选中ground.grd图层，右击快速操作，输入操作命令：初始化，选中初始化MODFLOW2005模型命令。在属性面板中，设置网格划分为80*80*3，勾选水平渗透系数和垂向渗透系数并设置数值，单击应用，创建初始化MODFLOW2005模型1图层。
定义网格高程
使用grd文件定义网格高程。
选择初始化MODFLOW2005模型1图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->MF2005网格高程，选择Ground.grd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 顶板高程-MF2005网格高程1图层。在属性面板中，选择赋值模式为网格属性->单层，高程数列为band_1，赋值对象为模型顶板，最小层厚为0.1，勾选上层优先，单击应用。
重复步骤1，点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中从算例文件夹中分别导入surfer2.grd, surfer3.grd和surfer4.grd文件，生成surfer2.grd,surfer3.grd和surfer4.grd图层。再分别为模型网格赋值第一层底板，第二层底板和第三层底板，生成020第一层底板- MF2005 网格高程2， 030第二层的底板- MF2005 网格高程3和040第三层的底板- MF2005 网格高程4图层。
为更好的查看模型网格，在040 MF2005网格高程4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10，点击应用完成设置，视图窗口如下图所示：
定义河流边界
使用成river1.shp图层和river2.shp图层的位置属性和ground.grd的地表高程数据，创建河流边界。
选中ground.grd图层，单击通用工具箱->图层->提取多边形，生成提取多边形1图层。
点击菜单栏中的导入数据
按钮，从算例文件夹中分别导入river1.shp和river2.shp文件，生成river1.shp和river2.shp图层。选中river1.shp图层，单击通用工具箱->属性->采样，采样体选择river1.shp图层，数据源选择提取多边形1图层，生成采样1图层。
在管道面板中，选中采样1图层，进行快速操作：计算器。生成计算器1图层，右击重命名为河流1河底高程-计算器1图层。在属性面板中，输入计算公式：Band_1-1。
在管道面板中，选中河流1河底高程-计算器1图层，进行快速操作：计算器。生成计算器2图层，右击重命名为河流1传导系数-计算器2图层。在属性面板中，输入数列名称：cond，和计算公式：0.01。
选中040第三层底板图层，进行快速操作：MF2005线赋值。选择河流1传导系数-计算器2图层为属性图层，生成MF2005线赋值1图层，右击重命名为050河流边界-MF2005线赋值1图层。在属性面板中，选择河流边界，并进行参数设定，单击应用，即可在视图1中看到设定的河流边界。
重复步骤3-6，选中river2.shp图层，单击通用工具箱->属性->采样，采样体选择river2.shp图层，数据源选择提取多边形1图层，生成采样2图层。
在管道面板中，选中采样2图层，进行快速操作：计算器。生成计算器3图层，右击重命名为河流2河底高程-计算器3图层。在属性面板中，输入计算公式：Band_1-1。
在管道面板中，选中河流2河底高程-计算器3图层，进行快速操作：计算器。生成计算器4图层，右击重命名为河流2传导系数-计算器4图层。在属性面板中，输入数列名称：cond，和计算公式：0.01。
选中050河流边界-MF2005线赋值1图层，进行快速操作：MF2005线赋值。选择河流2传导系数-计算器4图层为属性图层，生成MF2005线赋值2图层，右击重命名为0560河流边界-MF2005线赋值2图层。在属性面板中，选择河流边界，并进行参数设定，单击应用，即可在视图1中看到设定的河流边界。
定义活动区域
在图层面板中只保留010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，在渲染面板中以外框形式显示。点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中的bound.shp文件，生成bound.shp图层。此多边形内的区域为有效网格区域。
选中图层，对其进行两次计算器操作，分别计算出补给率数值和无效单元格标记值
在图层面板中选择060河流边界图层，点击数值模拟->MODFLOW2005->MF2005多边形赋值，选择计算器6图层为属性图层，生成MF2005多边形赋值1图层，将该图层重命名为070有效网格-MF2005多边形赋值1图层。在该图层属性面板数据子面板中，属性类别设为有效网格，层号为1-3，选择计算好的ibound数值，勾选反转，点击应用完成设置。在视图1总可以看到红色区域为有效网格，绿色区域为无效网格。
定义垂向入渗边界
继续使用bound.shp文件定义模型垂向入渗边界。
在图层面板中选择070有效网格图层，点击数值模拟->MODFLOW2005->MF2005多边形赋值，选择计算器6图层为属性图层，生成MF2005多边形赋值2图层，将该图层重命名为080垂向入渗边界-MF2005多边形赋值2图层。在该图层属性面板数据子面板中，属性类别设为垂向入渗边界，层号为1，并指定垂向入渗率为计算器好的rech数据，点击应用完成设置。
针对该模型部分地区补给不同的情况，我们导入rech.shp文件来进行计算和定义。
点击菜单栏中的导入数据
按钮，从算例文件夹中rech.shp文件，生成rech.shp图层。在管道面板中，选中rech.shp图层，进行快速操作：计算器。生成计算器7图层，右击重命名为部分地区补给-计算器7图层。在属性面板中，输入数列名称rech，和计算值：0.0000018。
在图层面板中选择080垂向入渗边界图层，点击数值模拟->MODFLOW2005->MF2005多边形赋值，选择计算器6图层为属性图层，生成MF2005多边形赋值3图层，将该图层重命名为090垂向入渗边界-MF2005多边形赋值3图层。在该图层属性面板数据子面板中，属性类别设为垂向入渗边界，层号为1，并指定垂向入渗率为计算器好的rech数据，点击应用完成设置。在视图1中可以 看到三个不同补给分布区域。
定义蒸散发边界
继续使用bound.shp文件定义模型蒸散发边界。
在图层面板中选择090垂向入渗边界图层，点击通用工具箱->网格->结构网格->提取子网格，生成结构网格->提取子网格1图层，对该图层进行网格中心->散点的操作。
在管道面板中选中网格中心->散点1图层，进行快速操作：添加位置属性，在属性面板中勾选添加散点坐标，单击应用，生成添加位置属性1图层。
在管道面板中选中添加位置属性1图层，进行快速操作：分量提取，在属性面板中将Z坐标提取出来，作为地面高程数列单独输出，单击应用，生成并重命名为地面高程-分量提取1图层。
在地面高程-分量提取1图层的基础上，进行两次计算器快速操作，分别计算最大蒸散率和极限埋深值。
在图层面板中选择090垂向入渗边界图层，点击数值模拟->MODFLOW2005->MF2005点赋值，选择极限埋深-计算器9图层为属性图层，生成MF2005点赋值1图层，将该图层重命名为100蒸散发边界-MF2005点赋值1图层。在该图层属性面板数据子面板中，属性类别设为蒸散蒸腾，层号为1，并三个相关参数，点击应用完成设置。
定义定水头边界
点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中的chead.shp文件，生成chead.shp图层。此线段代表定水头位置。将其渲染风格设置为柱状线，并设置线宽为10，可以更清楚的看到位置。
在管道面板中，选中chead.shp图层，对其进行快速操作：空间变换，生成空间变换1图层，在属性面板中，Y方向的平移设置为-35，单击应用。
在管道面板中，选中空间变换1图层，对其进行快速操作：计算器，生成并重命名为定水头-计算器10图层，在属性面板中，输入结果数列名称及数值，单击应用。
在管道面板中，选中100蒸散发边界图层，对其进行快速操作：MF2005线赋值，属性图层选择定水头-计算器10图层，生成MF2005线赋值3图层，重命名为110定水头-MF2005线赋值3图层，在属性面板中，选中定水头边界进行设置，单击应用。在视图1中可以看到赋值的定水头边界。
定义井边界
使用抽水井的表格文件定义井边界。
点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中的pumping_wells.csv文件，生成pumping_wells.csv图层。在视图2中以表格形式可以查看数据内容。
在管道面板中，选中pumping_wells.csv图层，对其进行快速操作：表格->散点，生成表格->散点1图层。将其属性转化为散点属性，便于后期赋值使用。
选中110定水头图层，对其进行快速操作：MF2005点赋值，生成MF2005点赋值2图层，重命名为120井边界-MF2005点赋值2图层，在属性面板中，选中井边界，并设定层号为3，指定井抽水率，单击应用。在视图1中可以看到赋值后的井边界。
井位于第三层，翻转模型至第三层，即可看到井边界。
展示场地图
点击菜单栏中的导入数据
按钮，打开算例文件夹中的DRUMCO.dxf文件，生成DRUMCO.dxf图层。
对DRUMCO.dxf图层，进行等维裁切操作。
基于等维裁切1图层，进行地表高程采样操作，数据源选择ground.grd图层，采样体选择等维裁切1图层，生成采样3图层。
对采样3图层进行高程标量扭曲操作，实现和地表高程同一平面的可视化效果。
解释运行MODFLOW2005
解释运行创建好的水流模型。
选中100井边界-MF2005点赋值1图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->MF2005解释运行，生成解释运行MF2005解释运行1图层。在属性面板中，点击
按钮选择模型文件生成的位置，输入模型名。选择解算器为PCG，时间单位为天，长度单位为米，保存应力期为1，勾选允许再湿润，点击应用，系统将自动编译并运行MODFLOW2005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。
点击菜单栏中的导入数据
按钮，选择上一步中用户指定名称的MODFLOW2005文件夹中的efMODFLOW2005.nam文件。图层面板中生成efMODFLOW2005.nam图层。因场地内水头变化范围较小，需单独指定调色板阈值，点击应用导入MODFLOW2005模型结果。
调整为曲面渲染方式，并通过网格选择工具，查看具体水头值。
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MODFLOW2005模型；
- 如何使用grd文件为MODFLOW模型赋值；
- 如何使用csv文件为MODFLOW2005模型赋值；
- 如何基于shp文件为MODFLOW2005模型赋值。