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Visual MODFLOW Pro
4.0
指南
这个说明书包含一步步的
使用指南，指导你运用
Waterloo
Hydrogeologic
的
Visual MODFLOW Pro 4.0 Demo
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：<
/p>
（
1
）建立网格模型，然后给定其特征值以及
边界条件；
（
2
）使用
Visual
MODFLOW
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，
Visual MODFLOW
Demo
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
该地区
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，<
/p>
一个市内的供水井区域，
以及一个不连续的隔
水层。如下图所示：
这个供水
区有两口供水井。
东面的井以
550m
3
/d
的定流量抽水，
而西部的井
以
400m
3
/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。
当研究该地区时，从平面图
上看，指定该区的上部为北面，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
、
中间一个弱透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
，而弱透水层的
渗透系
数为
1e-10m/sec
。<
/p>
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
Visual
MODFLOW
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（第一至第五章）
；
模块Ⅱ：溶质运移模型（第六至第九章）
；
模块Ⅲ：运行
Visual
MODFLOW
（第十至第十一）
；
模块Ⅳ：可视化输出；
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
键；
：
按
<
br>键； <
br>MODFLOW ：在主菜单栏中单击 ，再单击
>
[
?
]
：
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。<
/p>
二、点击开始
双击桌面上的
Visual
MODFLOW
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
Visual
界面创建一套新的模型数
据所必要的步骤
。
创建新模型
File
（文件）
New
（新建）
，
就会弹出一个
Create
new
model
（创建新模型）的
窗口。为方便起见，系
统按已经建立了模型。按照默认设置这个模型位于
C:VMODNTTutorial
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:VMODNTTutori
al
）
，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
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。
Visual MODFLOW<
/p>
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
Numeric
Engine
（数学计算软件）
；
·与各种流动和运移参数相关的
Units
（单位）
；
·模型的
Start
Date
（初始日期）和
Start
Time
（初始时间）
对于流动模型，可以用到以下的
Numeric
Engine
：
·
WHI
的
USG
S MODFLOW-96
·
WHI
的
USGS MODFLOW-2000
·
HGL
的
MODFLOW-SURFACT
在这个示例中，选用
MODFLOW-2000
注意：
在目前的
Visual
MODFLOW
版本中，不支持
MODFLOW-SURFAC
T
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
Numeric
Engine
（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
< br>（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
：
meters
Time:
day
Conductivity:
m/sec
Pumping Rate:
m
3
/day
Recharge:
mm/year
Mass:
kilogram
Concentration:
milligrams/liter
这个模型的
Start
Date
（初始日期）和
Start
Time
（初始时间）与初始模拟时
间相对应。当前，这些数据只和非稳定流模拟有关。在非稳定流模拟中，所记录
的数据可
以被导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，确定这些给定值。
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默认值：
再点击
[NEXT]
（下一步）确定这些给定值。
第三步是
Create the model Grid
(
建立网格模型
)
见下图：
以上的界面用来
Import a site
map
（添加地图）
，指定
Model
Domain
（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：
40
Rows (i):
40
行数：
40
Layers (k):
3
层数：
3
Zmin:
0
Z
方向最小值：
0
Zmax:
18
Z
方向最大值：
18
选择
Import a site
map
（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
单击
[open]
单击
[F
inish]
确定这些设定。
这时会弹出一个
Select Model Region
（
选择模型区域
）
的窗口，提示你定义
模型区域的范围。
Visual MODFLOW
会从底图（
）中读取最大最
小坐标值，并显示其在模型中心的默认位置坐标。
在屏幕显示数据的地方重新输入以下数据：
Display area
：
X1
：
0
（显示范围）
Y1
：
0
X2
：
2000
Y2
：
2000
Model
Origin
：
X
：
0
（初始模型）
Y
：
0
Ang
el
（角度）
：
0
Model Corners
：
X1
：
0
（模型顶角）
YI
：
0
X2
：
2000
Y2
：
2000
单击
[OK]
确定。
此时会出现一个
File
attri
butes
的窗口，显示“
”已经被保
存到
Visual MODFLOW
工程里，并且命名为“
”
。
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：网格加密
网格界面为加密模型网格、勾画无效网格单元、输入各层标高、指定标高、
< br>优化（光滑）网格以及画各层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加密的必要步骤，
例如在供水井
周围地
区。进行网格加密的原因是为了得到所选地区更详细的模拟结果，
（如在水力梯
度可能变化大的地区）
。例如：如果在井
周围出现水位下降，当使用了加密的网
格后，水位会相对较平缓。
修改
X
方向的网格：单击
[Edit Grid] Edit Columns
（
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
Add
Vertical Line
（增加垂
线）的窗口，选择
·
○
Evenly spaced
gridlines from:
在调整文本框中点击，
并输入以下数据：
from:
500
to :
1600
at interval of:
25
点击
[O
K]
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
[Edit Grid] Edit Rows
（
编辑行
）
在网格的任意位置点击鼠标
右键
，
就会弹出一个
Add Horizontal Line
（增加
水平线）的窗口，选择
·
○<
/p>
Evenly spaced gridlines from:
在调整文本框中点击，并输入以下数据：
from:
400
to :
1900
at interval of:
25
点击
[OK]
确定，再点击
[CLOSE ]
关闭
Rows
（
行
< br>）
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
[View
Column]
（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，
Visual MODFLOW
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-Vert
Exag]
（
纵
向
放
大
）
，
就
会
弹
出
< br>一
个
Vertical
Exa
ggeration
的窗口，提示输入纵向放大的值：
输入：<
/p>
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
< br>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
[Import <
/p>
Elevation]
（输入标高）
，就
会弹出一个
Create
grid
elevation
（创建网格标高）的窗口：
这个窗口要求为网格模型各层输入一组数据。在
Layer <
/p>
surface
栏中自动选择
了
Ground surface
，
在窗口的右侧
显示
2-D
和
3-D
< br>（
2
维和
3
维）的插入层
表面标高，以及逐格的展开层数据
Array
（矩阵）
。
点击
Option
（选项）的下拉菜单
，并选择
Import date
。
当
选定这个选项
后，就会在
Option
（选项）下面出现
Interpolation setting
（
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（
Natural Neighbors,
Kriging,
Inverse Distance
）
。
Interpolation
栏中自动选
择了
Natural Neighbors
。然而
这个示例需要在下拉菜单中选择
Inverse
Distance
。
在
Date source
（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：
选择地表的顶层地层数据文件：
单击
再单击
[Open]
就会出现如下的
Match
field
窗口：
Required
Data
（所需数据）框列出了来自数据库的纵行数据，而且根据数值
差分法，
Match to column number
（和列序号匹
配）框用来把数据和各自相
应的数据库相连接。如上窗口所示，在每栏中输入合适的数字
，把
X
坐标与
Column#1
（第一列）
匹配，
Y
坐标与
Column#2
（第二列）
匹
配
，
Elevation
（标高）与<
/p>
Column#3
（第三列）匹配。一旦这些列都匹配好了，
[NEXT]
按
扭就会被激活。
单击
[NEXT]
进入
Data
Validation
（有效数据）界面。如下图所示：
由于没
有发现错误输入（错误的输入会以红色的字体显示）
，就确保了数据库中
的数据都是有效的，而且数据都存在于模型范围内，如下图的
Coordina
te
System and
Uuits
（坐标系和单位）窗口所描述的。
单击
[Finish]
进入
Coordinate
System and Uuits
（坐标系和单位）
窗口，<
/p>
然后在
Coordinate System
（坐标系）
框中选择
Model
（
标准）
，
在
E
levation
Units
（标高单位）框中选择
Meter
（米）
。如下图所示：
单击
[OK]
对输入的标高数据进行插值，就会出现如下的窗口：
再单击
[OK]
在进入下一步操作，
把差分层的标高分配给选中的网格模型层之前，
会出现一个
Warning
（警告）框，确认标准的标
高是否确实需要更改。
单击
[YES]
如果所提出的对模型地表标高的更改，
会和之前指定的边界条件上的水头值有冲
突，就会出现一条警告信息，提供修改数据的机会。在这种情况下，不会发现潜
在的问题。
下一步，将要给第一层输入底板标高：
单击
[Import
Elevation]
（输入标高）
；
在
Layer
surface
栏的下拉菜单中
在<
/p>
Option
的下拉菜单中
选择
Bottom of Layer 1
；
选择
Import data
；
并在其组合框中选择
Inverse
Distance
的插分法；
在
Date source
（数据来源
）栏中点击
打开文件夹
的图标，
并选择
。在
Open
（打开）窗口中选择第一层的标高。
< br>
再单击
[Open]
。
把
X
坐标与
Column#1
（第一列）匹配，
Y
坐标与
Column#2
（第二列）匹
配
，
Elevation
（标高）与
Column#3
（第三列）匹配。
单击
[NEXT]
进入
Data
Validation
（有效数据）界面。
单击
[Finish]
进入
Coordinate
System and Units
（坐标系和单位）
窗口，<
/p>
然后在
Coordinate System
（坐标系）
框中选择
Model
（
标准）
，
在
E
levation
Units
（标高单位）框中选择
Meter
（米）
。
单击
[OK]
对输入的标高数据进行插
分，
在
Create grid elevation
（建立网格标高）的窗口再单击
[OK]
；
单击
[YES]
确认
对模型标高的更改。
这时会发现第一层的底部会呈现不同的标
高。
接下去再按此步骤完成对第二
层和第三层标高的更改：
单击
[Import
Elevation]
（输入标高）
；
在
Layer surface
栏的下
拉菜单中
在
Option
的下拉菜单中
选择
Bottom of Layer
2
；
选择
Import data
；
并在其组合框中选择
Inverse
Distance
的插分法
在
Date source
（数据来源
）栏中点击
打开文件夹
的图标，
并选择
。在
Open
（打开）窗口中选择第二层的标高。
< br>
再单击
[Open]
。
把
X
坐标与
Column#1
（第一列）匹配，
Y
坐标与
Column#2
（第二列）匹
配
，
Elevation
（标高）与
Column#3
（第三列）匹配。
单击
[NEXT]
进入
Data
Validation
（有效数据）界面。
单击
[Finish]
进入
Coordinate
System and Units
（坐标系和单位）
窗口，<
/p>
然后在
Coordinate System
（坐标系）
框中选择
Model
（
标准）
，
在
E
levation
Units
（标高单位）框中选择
Meter
（米）
。
单击
[OK]
对输入的标高数据进行插
分，
在
Create grid elevation
（建立网格标高）的窗口再单击
[OK]
；
单击
[YES]
确认
对模型标高的更改。
这时会发现第二层的底部会呈现不同的标高。
接下去再按以上步骤完成对第三层表面标高的更改。要注意对
Bottom
of
Layer
3
来说要在下拉菜单中
现不同的标高。
选择
。
第三层的底部同样也呈
模型的横截面应如下图所示（图为第
38
行横截面）
：
为了得
到一个更好的纵向模型网格描绘，还可以对每层进行分层。
在左边的工具栏中单击
[Edit Grid]Edit
Layer
（编辑层）
就会弹出一个
Layer
（层）的窗口，单击
·
○
Refined by
，在输入框中输入
2
，
把鼠标移到模型的横截面中，
就会高亮显示该层表面。
把鼠标放在与第一层顶部
相对应的线上，
在那里左键
单击；
然后把鼠标移到该层相对应的底线上，
在那里
再单击左键。这样在第一层垂直方向上的中心位置就会增加一个已经变形的层，
即平均分为两层。重复此操作对第二层（隔水层）和第三层（下部承压含水层）
也进
行分层。
当完成所有这些操作时，单击
Layer
（层）窗口中的
[Close]
< br>退出。
模型的横截面现在就由六层组成，
而且应该和下图所示的相似
（图中为第
38
行）
：
接下去要返回到模型的层界面，
在左边的工具栏中点击
[View
Layer]
< br>当鼠标放在第一层，
并显示不同颜色时
就在该层单击左键
。这样就会出现
Airport
地区的平面图。
第三部分：添加抽水井
这个部分的目的是指导给模型添加抽水井的必要步骤。
在主菜单中单击
[Well]
在其下拉菜单中
单击
[Pumping
Wells]
这时会出现要求保存资料的窗口，点击
[YES]
保存，并继续。
一旦模型保存好了，屏幕就会切换到
Pump Well
（抽水井）的界面。注意到左
边的工具栏中的按扭现在是变为井选项，
如添加、删除、编辑、移动以及拷贝抽
水井。
在为这个模型添加
抽水井之前，
对抽水井周围地区进行放大
（抽水井位于
模型范围的右下角）
。
单击
[F5-Zoom In]
把鼠标移到抽水井的右上角，
左键单击。
然
后覆盖抽水井所在区域，
拉出一个记
号框，再单击左键。所选区
域就被放大了。
接着给模型添加抽水井：
单击
[Add Well]
把鼠标移到有抽水井标记的西面，然后在那里左键单击，就添加了一个抽水井。
< br>此时会弹出一个
New
Well
（新建井）的窗口，提示输入指定的资料。
输入以下信息：
Well Name
:
Supply Well 1
X :
1415
Y :
535
要增加
Screened
Interval
，
点击
Screen
Bottom
所在列，
并输入以下值：
Screen
Bottom (m) :
0.3
Screen Top (m) :
5.0
注意到井的过滤器长度在窗口右边的井孔图表中显示出来。井
的过滤器长
度可以通过点击并拖动过滤器边缘到新的标高来改变。
要输入井的
Pumping Schedule
（抽水时间）
，
在
End
(day)
所在列下面的文本
框左键单击鼠标，然后输入以下信
息：
End (day) :
7300
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