Visual MODFLOW Pro 1

VisualMODFLOWPro4.0使用指南2006.12.28VisualMODFLOWPro4.0指南这个说明书包含一步步的使用指南，指导你运用WaterlooHydrogeologic的VisualMODFLOWPro4.0Demo版本的整个过程。这个指南将指引你按以下所要求的步骤去做：（1）建立网格模型，然后给定其特征值以及边界条件；（2）使用VisualMODFLOW来模拟地下水的流动，水质点的示踪，以及大量物质的运移模拟；（3）可以用二维和三维的可视化图形显示结果；为了方便起见，VisualMODFLOWDemo安装程序自带安装一组完整的数据输入文件，以及你将要建立的模型示例的模拟结果。这个使用指南独立清晰地显示每个步骤，这可以让你在调试过程中就能选择感兴趣的方面，而不用完成整个练习。对示例模型的描述这个地区位于Waterloo河外的飞机场附近。该地区表层的地质条件是由上、下两层沙土以及砾石组成的含水层，中间以粘土和泥沙作为隔水层组成的。相关的地貌特征包括一个飞机加油站，一个市内的供水井区域，以及一个不连续的隔水层。这些特征都在下图中显示出来：这个供水区有两口供水井。东面的井以550m3/d的定流量抽水，而西部的井以400m3/d的定流量抽水。在过去的十年里，飞机燃料已经周期性地泄露到加油站区，而且经过自然渗透导致一部分污染物进入到上层含水层。这个指南将会指导你建立该地区的地下水流动和溶质运移模型的必要步骤。这个模型还会显示燃料污染物对市内供水井的潜在影响。当讨论该地区时，从平面图上看，该地区的上部指定为北面，下部为南，左面为西，右面为东。地下水在这个三层的含水层系统中是从北向南流动（从上到下）。该含水层系统是由顶层潜水含水层、中间一个隔水层以及底部的承压含水层组成的，如下图所示。上下含水层的渗透系数为2e-4m/sec，而隔水层的渗透系数为1e-10m/sec。怎样使用这个指南这个指南分为四个模块，每个模块都包含一系列组成部分。设计这个指南是为了让使用者可以从任何一个模块开始，这样就能选用VisualMODFLOW的某些特定模块。每个组成部分都以简洁明了的形式显示。这些模块如下设置：模块Ⅰ：创建并定义一个流动模型；模块Ⅱ：溶质运移模型；模块Ⅲ：VisualMODFLOW的运行；模块Ⅳ：可视化输出；模块Ⅴ：VisualMODFLOW3维探测一、术语和符号为使用方便，会用到以下一些术语和符号：Type：输入给定的词或数据；Select：在指示的地方单击鼠标左键；：按Tab键；：按Enter键；[…]：表示此键可以点击，这个键会出现在一个窗口中，或者是在菜单栏的旁边或底部；加粗的文字表示可以点击的菜单或窗口界面，或者是可输入文字。二、点击开始双击桌面上的VisualMODFLOW程序图标开始。模块Ⅰ：创建并定义一个流动模型第一部分：建立新模型这第一个模块将会指导你运用VisualMODFLOW界面创建一套新的模型数据所必要的步骤。创建新模型：在主菜单栏中单击File（文件），再单击New（新建），就会弹出一个Createnewmodel（创建新模型）的窗口。为方便起见，系统按已经建立了模型。按照设置的缺省值这个模型位于C:\VMODNT\Tutorial建议使用者建立一个新的文件夹，把新模型保存在此新建文件夹中。建立新文件夹：单击窗口中的新建文件夹图标，输入新文件夹名称，再双击此文件夹，在文件名称栏中输入Airport，点击保存。注意：1、文件夹或者文件名称必须用英文字母或数字，不能出现中文。2、如果你选择了缺省值的目录途径（C:\VMODNT\Tutorial），并输入相同的Airport，就会弹出一个警告对话框，提示已经存在一个Airport.vmf的文件。单击[NO]会把你新建的模型存入另外文件夹中；单击[YES]会覆盖已经存在的模型。VisualMODFLOW会在文件名末尾自动添加.vmf的扩展名。下一步，会在以下三个连续的步骤描述模型建立过程：·地下水流动和运移模拟所需的NumericEngine（数字引擎）；·与各种流动和运移参数相关的Units（单位）；·模型的StartDate（初始日期）和StartTime（初始时间）对于流动模型，可以用到以下的NumericEngine（数字引擎）：·WHI的USGSMODFLOW-96·WHI的USGSMODFLOW-2000·HGL的MODFLOW-SURFACT在这个示例中，选用MODFLOW-2000注意：在目前的VisualMODFLOW版本中，不支持MODFLOW-SURFACT的运移选项。因此，如果在水流模型中选择了MODFLOW-SURFACT，运移选项的数字引擎就会自动不可用了。对于运移模型，用到了以下一些NumericEngine（数字引擎）：·MT3DMS·MT3Dv150·MT3D96·MT3D99·MT3Dv1.0·MT3Dv2.5在这个示例中，选用了MT3DMS。基于所选的运移引擎，你还要选择可用的Sorption（吸收）方法和Reaction（反应）。在这个示例中，没有吸收，也没有选择动力反应。在Units（单位）栏中，为每个模型的输入数据类型选择以下的信息内容：Length：metersTime:dayConductivity:m/secPumpingRate:m3/dayRecharge:mm/yearMass:kilogramConcentration:milligrams/liter这个模型的StartDate（初始日期）和StartTime（初始时间）与初始模拟时间相对应。当前，这些数据只和过渡流模拟有关。在过渡流模拟中，所记录的数据可以被加入用来为选定的边界条件（如定水头、河流、总水头和排放量）设定时间进度表。再点击[NEXT]（下一步）确定，接受这些给定值。在第二步中，会出现下面的窗口，显示地下水流动和运移模型的缺省值：再点击[NEXT]（下一步）确定，接受这些给定值。第三步是CreatethemodelGrid(建立网格模型)见下图：以上的界面用来Importasitemap（添加地图），指定ModelDomain（模型版图）的维数，并且确定有限差分网格的行数、列数以及层数。为模型中的行数、列数以及层数分别输入以下数据：Columns(j):40列数：40Rows(i):40行数：40Layers(k):3层数：3Zmin:0Z方向最小值：0Zmax:18Z方向最大值：18选择Importasitemap（添加地图）下一步，必须要选择文件扩展名为.DXF的背景地图。点击[Browse]（浏览），返回到Tutorial目录选择以下文件：单击Sitemap.dxf单击[open]单击[Finish]接受这些设定。这时会弹出一个SelectModelRegion（选择模型地区）的窗口，提示你定义模型地区的范围。VisualMODFLOW会从地图（Sitemap.dxf）中读取最大最小坐标值，并在模型版图中央显示缺省值位置。在屏幕显示数据的地方重新输入以下数据：Displayarea：X1：0（显示范围）Y1：0X2：2000Y2：2000ModelOrigin：X：0（初始模型）Y：0Angel（角度）：0ModelCorners：X1：0（模型顶角）YI：0X2：2000Y2：2000单击[OK]确定。此时会出现一个Fileattributes的窗口，显示“Sitemap.dxf”已经被保存到VisualMODFLOW工程里，并且命名为“Airport.Sitemap.MAP”。单击[OK]就会打开Input（输入）菜单，而且在模型范围内会自动生成一个固定规格的40×40×3的有限差分网格。屏幕上还会出现地图的网格形式，如下图所示：当第一次进入Input（输入）时，网格图自动装载。第二部分：网格修饰网格屏幕为修饰模型网格、勾画无效网格单元、输入各层表面标高、指定标高、优化网格以及画各层表面标高等值线提供了一套完整的绘图工具。这个部分描述了对所选地区进行网格修饰的必要步骤，例如在供水井周围地区。进行网格修饰的原因是为了得到所选地区更多详细的模拟结果，例如在预计会有急陡水力变化的地区。例如：如果在井周围出现水位下降，当使用了更精确的网格后，水面会相对较平缓。修改X方向的网格：单击[EditGrid]EditColumns（编辑列）就会弹出一个Columns（列）的窗口，显示要编辑的网格列的选项。Add（添加）选项自动被选中，同时通过在需要增加网格线的地方单击鼠标左键，就会增加一条新的线。把鼠标移到网格中任意地方，注意到有一条突出的垂线会随着鼠标在网格中移动。这条线可以被用来在模型范围内任何地方增加一列。在这次的练习中，需要修改加油站区以及供水井附近的网格。在网格的任意位置点击鼠标右键，就会弹出一个AddVerticalLine（增加垂线）的窗口，选择○·Evenlyspacedgridlinesfrom:在调整文本框中点击，并输入以下数据：from:500to:1600atintervalof:25点击[OK]确定，再点击[CLOSE]关闭Columns（列）的窗口。下一步，要修改加油站到供水井区域Y方向的网格。单击[EditGrid]EditRows（编辑行）在网格的任意位置点击鼠标右键，就会弹出一个AddHorizontalLine（增加水平线）的窗口，选择○·Evenlyspacedgridlinesfrom:在调整文本框中点击，并输入以下数据：from:400to:1900atintervalof:25点击[OK]确定，再点击[CLOSE]关闭Rows（行）的窗口，退出。修改后的网格应该如下图所示：接下去的步骤会教你怎样查看模型的横截面以及怎样给模型增加新的层数。查看模型的横截面：点击左边工具栏中的[ViewColumn]（查看列），把光标移到网格中的任意位置。当在屏幕上移动光标时，有一条红色的竖杠会使某一列突出显示，它会随着鼠标移动。要选择一列查看，在选中的一列上单击鼠标左键，VisualMODFLOW会把网格屏幕从平面图切换到横截面图显示。此时，模型由于没有纵向扩展，横截面图中的三层以接近一条粗线的形式显示，几乎不能分辨出这三层。为了比较合理地显示这三层，需要纵向放大横截面：单击屏幕底部的[F8-VertExag]（纵向放大），就会弹出一个VerticalExaggeration的窗口，提示输入纵向放大的值：输入：40点击[OK]模型的三个层面就会如下所示：从以上的数据可以看出，在整个横截面每层厚度都相同。然而自然条件下几乎不可能会有像这样水平，并且还具有相同厚度的地质条件的含水层。在这个示例中，可以在模型区域中输入包含标高的，有确定的X和Y坐标的文本文件。单击左边工具栏中的[ImportElevation]（输入标高），就会弹出一个Creategridelevation（创建网格标高）的窗口：这个窗口要求为网格模型中每个选中层输入并插入一组数据。在Layersurface栏中自动选择了Groundsurface，在窗口的右侧显示2-D和3-D（2维和3维）的插入层表面标高，以及逐格的展开层数据Array（列表）。点击Option（选项）的下拉菜单，并选择Importdate。当选定这个选项后，就会在Option（选项）下面出现Interpolationsetting（差分组合框）。这个组合框用于选择一个数据库文件以及差分法（NaturalNeighbors,Kriging,InverseDistance）。Interpolation栏中自动选择了NaturalNeighbors。然而这个示例需要在下拉菜单中选择InverseDistance。在Datesource（数据来源）栏中点击打开文件夹的图标，就会出现如下的Open（打开）窗口：选择地表的上层地质数据文件：单击Airport-gs.asc再单击[Open]就会出现如下的Matchfield窗口：RequiredData（所需资料）