实例1——MODFLOW操作说明new

Visual MODFLOW 4.2实例操作手册 引  言 MODFLOW是英文名称Modular Three-dimensional FiniteDifference Groundwater flow model （三维有限差分地下水流模型）的简称。由美国地质调查局（Unite State Geological Survey）于80 年代开发出的一套专门用于孔隙介质中地下水流动相关问题数值模拟的软件。自问世以来，MODFLOW 已经在全世界范围内，在科研、生产、环境保护、城乡发展规划、水资源利用等许多行业和部门得到了广泛的应用，是供水文地质工作者使用的一套功能强大的实用计算机软件。同时，MODFLOW软件的源代码可以在美国内政部网站上免费下载，供水文地质工作者参考和修改，以提高数值模拟的仿真性。 Visual MODLFOW软件中不仅包括MODLFOW模块，还有SEAWAT、MT3D、MODPATH等模块。为了让广大水文地质工作者能快速入门并精通该数值模拟软件，作者参考相关文献分别针对上述的模块自拟几个实例，并给出相应的操作步骤，供大家练习参考。 目  录 实例1 地下水流-污染物迁移规律数值模拟实例    4 1、实例模型背景介绍及概念模型    4 2、VM软件模拟该问题所需要的资料以及资料整理格式    5 2.1数值模拟资料    5 2.2资料整理格式    5 3、VM软件模拟地下水流场: Flow Field    6 3.1新建 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 项目    6 3.2模块I：模型输入    8 3.3模块II：计算（Run）    23 3.4模块III：输出的可视化    24 3.5模型校正    26 4、VM软件模拟地下水流迹线：MODPATH    27 4.1迹线模拟    27 4.2迹线选项    27 5、VM软件模拟均衡区水量变化：Zone Budget    28 5.1均衡区水量模拟    28 5.2均衡区水量选项    28 6、VM软件模拟污染物迁移规律：MT3DS    28 7、VM软件反求参数：PEST    28 实例2 某滨海地区海水入侵数值模拟实例    29 1、实例模型背景介绍及概念模型    29 实例1 地下水流-污染物迁移规律数值模拟实例 本实例是MODFLOW自带的实例之一，主要让水文地质工作者练习地下水与污染物迁移规律的数值模拟的全过程，主要包括流场模拟（MODFLOW）、迹线数值模拟（MODPATH）、水均衡计算（Zone Bughet）与污染迁移规律模拟（MT3D）。 1、实例模型背景介绍及概念模型 在Waterloo城外有一个机场，机场附近加油站的有不断的向含水层渗漏，为了预测与评价污染物的迁移规律，这里采用MODFLOW软件中的水流模型与MT3D模块建立地下水流场与污染物迁移规律的数值模拟模型。 经过实地勘察，水平向研究区的范围如图1，在垂向上，将研究区分为三层：上下各有一层砂砾含水层，中间有一粘土和粉砂弱透水层将它们分开，其中，第一层是潜水含水层，第二层是弱透水层，第三层是承压含水层，如图2。含水层东西边界与基岩相接，是隔水层。含水层北部边界是定水头边界，第一层和第二层水头值为19m，第三层水头值为18m。南部含水层是定水头边界，水头值是16.5m。 相关的场地地物有一个飞机加油场、一个生活供水井场和一块弱透水层不连续区（含水层天窗）。如图1所示。 图1研究区域平面示意图 图2研究区域剖面示意图 生活供水井场有两眼井。东井抽水量稳定在550m3/d，西井为400 m3/d。在过去十年中，在加油场中不断地有飞机燃料的泄漏，其自然下渗已在上层含水层中产生了一个污染羽。本教程首先将向你显示如何一步步地为这个场地建立一个地下水流动模型，然后介绍污染物迁移模拟。 在讨论时，我们将该场地在平面上的视图指定为上北下南左西右东。如图2所示，地下水在一个由上部潜水含水层、中间弱透水层和下部承压含水层所组成的三层系统中自北向南（平面图上是从上到下）流动。上下含水层的水力传导系数为2e-4m/s，弱透水层的水力传导系数为1e-10m/s。 降水资料： 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 降水补给 10 20 30 40 100 100 100 100 50 40 30 10                           2、VM软件模拟该问题所需要的资料以及资料整理格式 2.1数值模拟资料 ? 空间展布相关资料 ? 地表高程、分层数据 ? 边界位置 ? 含水层参数：渗透系数，弹性释水系数（重力给水度），孔隙度等 ? 源汇项： ? 大气降水入渗系数（分区、数值） ? 蒸发排泄系数 ? 地表水体（河流、湖泊、水库等）水位、底面高程、底面岩性特征（厚度、渗透系数等） ? 渠系灌溉入渗系数 ? 人工开采（点状、面状）：开采井位置、井结构、开采量动态 ? 边界条件：边界类型、水头或流量 ? 初始条件：统测水位 ? 水位动态观测资料：观测孔位置、结构、水位时间变化 2.2资料整理格式 采用Visual MODFLOW软件模拟地下水流以及污染物迁移规律问题时，首先要通过分析现有的勘察资料，建立概念模型，其次将对应的资料按照MODFLOW要求的格式整理，最后，按照先后顺序将资料输入软件，运行即可。下面分别介绍数值模拟资料的输入格式。 2.1.1空间展布资料的输入格式 2.1.1.1平面地图 为了将实际的研究输入计算机，导入的底图需要与实际数据匹配。如果是矢量图（Auto CAD、ARCGIS或者MAPGIS图）可以直接导入，若使BMP格式的图，需要给定图中任意两个点的坐标，在导底图后将坐标如何计算机将底图校正。 2.1.1.2分层数据 MODFLOW软件可以直接对建立好的网格赋分层数据，对于理想模型这种方式比较方便。由于实际问题的每一层的厚度随着位置的变化而变化，常采用“数据导入”与“空间插值”的方式给每一个网格赋值，其中数据的排列格式为 X Y Elevation * * * * * * * * *       （* 代表实际数据） 2.1.2含水层参数 含水层参数包括渗透系数、弹性释水系数（重力给水度），孔隙度等。在MODFLOW中有两种方式可以给含水层赋值：第一种是直接赋值，若有参数分区时，首先导入参数分区图，然后再赋值；第二种方式可以导入数据，导入数据格式与分层数据格式类似。 2.1.3源汇项 在地下水领域中，源汇项有很多，包括井、河流、沟渠、降雨、蒸发等，数据格式同分层数据。 2.1.4边界条件 边界条件有流量边界与水头边界，在MODFLOW中，需要采用井来刻画流量边界。 2.1.5初始条件 数据格式同分层数据。 2.1.6水位动态观测资料 数据格式同分层数据。 3、VM软件模拟地下水流场: Flow Field 3.1新建工程项目 1.新建一个项目文件，输入项目名字 图 3.1 2.下一步，设置项目信息。 图 3.2 3.下一步，水流类型、初始参数的设置 图 3.3 3.下一步，导入底图，初始网格剖分 图 3.4 4.下一步，模型坐标系的设置（将左图中蓝色的坐标系扩大，直到覆盖整个研究区如右图，见图 3.5） 图 3.5 5.下一步，点击ok，完成了项目文件的建立，同时进入了“模型输入（Input）”模块。 图3.6 模型输入模块界面 3.2模块I：模型输入 3.2.1网格设置 3.2.1.1网格查看 当你首次进入输入模块时，Visual MODFLOW会直接进入网格（Grid）输入窗口。屏幕左边的最上面的六个按钮（View Column、View Row、View Layer、Goto、Next和Previous），这几个按钮可以让你从不同的角度查看现有的网格模型：查看横剖面上点击View Row，查看纵剖面点击View Column，查看平面点击View Layer，Goto、Next和Previous主要是用于选择层号。当Visual MODFLOW将模型的显示方式从平面变为剖面视图时，若网格的厚度与网格长度相比太小，层与层的界面不易区分时，你必须对剖面图进行垂向放大。在窗口底部选择： 单击F8-Vertical Exaggeration 就会出现一个垂向放大窗口，供你输入垂向放大系数。 Type：    40 单击OK 3.2.1.2网格编辑 下图是网格编辑块，可以通过“无效网格设置”来刻画平面上边界的不规则性；网格编辑模块主要是用来调整网格的数量，包括行数、列数与层数；网格的伸缩主要是用来调整网格的大小。这里建立的网格还没有赋实际高程，因此，可以通过Import Elevation、Assign Elevation或Contouring来赋值。对于本实例主要用来练习“网格细化”功能与“网格插值”功能。 图3.7 网格边界模块 （1）网格细化 为了提高模拟的精度，有时需要在某些地方将网格细化，比如井、河流、含水层天窗等。本节介绍了对感兴趣的地段如供水井周围地区、含水层天窗区与加油场之间地段进行模型网格细化的步骤。由于单元的大小代表了井的尺寸，因而用更细的网格来模拟井的影响将会更接近实际情况。另外，如果在井周围出现了水位下降，用小的网格剖分可使水面更平滑。