modflow飞机场作业.docx
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modflow飞机场作业
1、飞机场水文地质简介
模拟场所位于Waterloo市外距离飞机场很近的地方。
模型区域内有浅层的砂和砂砾含水层，深层砂和砂砾含水层，中间粘土和淤泥半透水层将上下两个含水层分割。
该区域周围有飞机燃料补充区，城市供水水源地，以及一个不连续的半透水层区。
城市供水水源地有两口供水井。
东边水井的流量保持在550m3/d，西边水井的流量是每天400m3。
在过去的十年中，飞机燃料定时地排入到燃料区，自然渗透作用使得上层含水层产生了羽状污染区。
该指南将会说明建立该地区地下水水流和污染物运移模型的必要步骤。
该模型将会指出燃料污染对城市供水水源地潜在的影响。
当从平面角度上讨论该模型时，模型区域顶部设定为北部，模型底部为南部，左边和右边分别为西部和南部。
地下水流在由浅层潜水含水层，中间弱透水层以及深层承压含水层组成的三层含水系统中从北流向南（从顶部到底部）。
浅层和深层含水层的渗透系数为2e-4m/sec，弱透水层的渗透系数为1e-4m/sec。
2、天然状态下水均衡分析
天然状态水均衡分析表：
第一层
第二层
第三层
合计
数量
比例
数量
比例
数量
比例
数量
补给项
降雨
1077.5
0.9999
0.0000
0
0.0000
0
1077.5
边界流入
0.0218
0.00002
0.0000
0
87.010
0.3203
87.0318
越流
0.12042
0.00011
184.45
1
184.64
0.6797
0
小计
1077.6
1
184.45
1
271.65
1
1164.532
排泄项
河流
867.43
0.80347
0.0000
0
0.0000
0
867.43
边界
27.789
0.02574
0.0000
0
281.95
0.99957
309.739
开采
0.0000
0
0.0000
0
0.0000
0
0
越流
184.33
0.17074
184.76
1
0.12029
0.00043
0
小计
1079.6
1
184.76
1
282.07
1
1177.169
将该模拟区含水层系统分为三层，由顶层潜水含水层、中间一个弱透水层以及底部的承压含水层组成。
由于北部水头高，因此地下水的流动趋势为由北向南。
分析模拟区的各排泄项，潜水层的排泄主要通过河流以及越流，弱透水层的排泄基本全部是通过越流排泄，而对于承压含水层来说，绝大部分是通过边界流出。
3、现状年下水均衡分析
现状开采条件下的地下水均衡表：
第一层
第二层
第三层
合计
数量
比例
数量
比例
数量
比例
数量
补给项
降雨
1077.5
0.97199
0.0000
0
0.0000
0
1077.5
边界流入
30.999
0.02796
0.0000
0
635.91
0.65849
666.909
越流
0.0562
0.00005
329.86
1
329.80
0.3415
0
小计
1108.5
1
329.86
1
965.71
1
1744.409
排泄项
河流
786.56
0.70455
0.0000
0
0.0000
0
786.56
边界
0.0606
0.000054
0.0000
0
28.233
0.02886
28.2936
开采
0.0000
0
0.0000
0
950.01
0.9711
950.01
越流
329.80
0.2954
329.85
1
0.56139E-01
0.000057
0
小计
1116.4
1
329.85
1
978.30
1
1764.864
我们可以从现状年表中可以发现，他与天然状态下的分层均衡表作对比，首先来看潜水含水层，边界流入较天然状况下有少量增加。
中部弱透水层的情况与天然状况下相类似，但是越流量从184.45增加到329.86，这样的情况说明在开采情况下可以改变地下水的运动速度。
对于承压层，边界的补给大大地增加，从87.010增加到635.91，越流也有所增加，但是幅度没有边界补给大。
4、设计新增开采方案
方案一：
三口井的抽水量：
单位：
m3/D
开采井
开采量
Screenlevelbottom（m）
screenleveltop（m）
supplywell3
300
4
7
supplywell4
300
4
7
supplywell5
300
4
7
三口井坐标：
井坐标
X
Y
supplywell3
326
323
supplywell4
564
321
supplywell5
838
274
Screenlevelbottom4m,screenlevel7m
方案一中可以看到质点示踪和溶质运移都会进入supplywell3,说明supplywell3
影响到地下流场的分布和水头的变化，从来影响溶质容易的方向，二十年稳定流
后污染羽将进入新开采井。
所以否定方案一。
方案二：
井坐标
X
Y
Screenlevelbottom
screenleveltop
supplywell3
377
129
4
7
supplywell4
1013
119
4
7
supplywell5
1490
119
4
7
三口井开采量：
单位：
m3/D
开采井
模拟一
模拟二
supplywell3
300
400
supplywell4
300
400
supplywell5
300
400
方案二中从宏观上考虑水头是北高南低，而河流又是补给地下水的，
将三口井打在河流的南部，可能对地下水流场的改变对污染羽的影响
较小。
我们从方案二的质点示踪图和溶质运移图中可以看到新设计
的三口井没有受到影响。
所以我们可以选择方案二进行抽水。
方案二中当抽水量从300立方增加到400立方时，也没有受到污染羽
的影响。
所以我们采用方案二。
方案二中三口井抽水400m3/D条件下的水均衡分析：
第一层
第二层
第三层
合计
数量
比例
数量
比例
数量
比例
数量
补给项
降雨
1077.5
0.957352288
0.0000
0
0.0000
0
1077.5
边界流入
47.994
0.042642381
0.0000
0
1765.1
0.8264737
1813.094
越流
0.028228
2.50804E-05
370.50+0.028434
1
370.60
0.173522
0
小计
1125.5
1
370.53
1
2135.7
1
2890.594
排泄项
河流
761.72
0.672778661
0.0000
0
0.0000
0
761.72
边界
0.0000
0
0.0000
0
0.021811
1.014E-05
0.021811
开采
0.0000
0
0.00016
0
2150.0
0.999953491
2150
越流
370.50
0.327239004
370.60+0.028228
1
0.028434
1.322E-05
0
小计
1132.2
1
370.63
1
2150.1
1
2911.742
结果分析：
一、补给项从天然状态下1164.532，到现状年下1744.409，再到方案二中的2890.594，
我们可以发现补给项随着水井开采量的增加而增加。
二、随着开采量的增加，对河流的排泄从867.43减少到761.72。
三、各个层之间的越流量也越来越大。
四、排泄项中边界量从309.739减少到0.021811，我们可以看出井的开采对
地下水流场的影响。
5、模拟运行结果图
天然状态下等水头线图：
现状年下第1层质点示踪图：
现状年下第2层质点示踪图：
现状年下第3层等水头线图：
现状年下第3层速度矢量图：
现状年下第5层等水头线图：
现状年下第5层质点示踪图：
现状年下第5层速度矢量图：
现状年10年溶质运移图：
现状年20年运移图23列示图：
现状年第六层20年溶质运移图：
现状年第四层20年溶质运移图：
现状年第一层20年溶质运移图：
增加三口水井方案一、
方案一第二层质点示踪图：
方案一第5层质点示踪图：
方案一第6层质点示踪图：
方案一第二层20溶质运移图：
方案一第5层20溶质运移图：
方案二第4层等水头线图：
方案二第6层等水头线图：
方案二第三层等水头线图：
方案二第六层质点示踪图：
方案二第四层溶质运移图：
方案二第六层溶质运移图：
方案二增加到300开采量第五层溶质运移图：
6、Modflow软件的特点
VisualModflow（简称VM）可视化三维地下水流动模型软件，是目前最流行并被各国机构认可的三维地下水水流和溶质数值模拟评价的标准可视化专业软件系统，在地下水模拟领域得到广泛的应用。
[1]VisualModflow在我国地下水研究中应用潜力巨大,特别是流线示踪模拟和任意均衡域的水均衡计算等功能,对于科学制定水资源的可开采调蓄量和矿井防治水决策方案具有极其重要的理论指导意义和实用价值。
这个软件包由Modflow（水流评价）、Modpath（平面和剖面流线示踪分析）和MT3D（溶质运移评价）三大部分组成，并且具有强大的图形可视界面功能。
设计新颖的菜单结构允许用户非常容易地在计算机上直接圈定模型区域和剖分计算单元，并可方便地为各剖分单元和边界条件直接在机上赋值，做到真正的人机对话。
如果剖分不太理想需要修改时，用户可选择有关菜单直接加密或删除局部网格以达到满意为止。
同时，用户可选用不同的菜单分别单独或共同运行Modflow、Modpath和MT3D三大部分。
各部分均设计了模型识别和校正的菜单。
本软件包可方便地以平面和剖面两种方式彩色立体显示计算模型的剖分网格、输入参数和输入结果。
[2]
VisualModflow的模块化结构便于用户根据实际需要添加程序和完善功能。
界面分为输入、运行和输出模块。
所有模块都支持使用底图，这些底图可以是JPG、BMP或GIF等格式。
输入模块的功能是完成初始条件和边界条件的输入。
运行模块的功能是提供多种算法模拟计算。
输出模块的功能是输出直观图形结果，并可方便地计算出三维流线分布和任意时间水质点的移动位置。
这个软件系统的最大特点是将数值模拟评价过程中的各个步骤天衣无缝似地连接起来，从开始建模、输入和修改各类水文地质参数与几何参数、运行模型、反演校正参数，一直到显示输出结果，使整个过程从头至尾系统化、规范化。
7、使用Modflow软件的体会
很多时候输错参数就不知道从哪里撤销，只能重新修改，这样感觉不是那么便捷。
各种参数很难在图上体现出来，我们要去overlay中设置，操作界面立体可视化效果比较弱。
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