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MODFLOW-SUB地面沉降模拟

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算例工程下载地址

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 创建通用水头边界 2.4 创建井边界 2.5 创建SUB模块与应力期 2.6 读取地面沉降结果 2.7 修改SUB模块参数 3 小结

算例简介

本算例创建简单的地下水MODFLOW水流模型，在该模型基础上创建SUB模块，设置参数，与MODFLOW模型耦合运行，模拟因持续抽水导致的地面沉降过程。

操作步骤

新建项目​

  1. 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MODFLOW模型​

首先，创建用于运行MODFLOW2005模拟的网格。

  1. 点击创建数据体->MODFLOW->MODFLOW2005模型，创建流场模拟（MODFLOW2005）图层。将模型网格划分设置为(20，40，3)，即XYZ方向的网格数分别为20、40和3。模型X边界分别设置为(0，20)，Y边界分别设置为(0，40)，Z边界分别设置为(0，20)。其他属性值如下图所示，点击应用完成设置。

    点击工具栏中的X轴向外按钮，点击鼠标转动模型，可以看到模型网格的顶部和前视面。此时网格左侧为南，右侧为北。

    用户应自行确认模型单位的一致性，单位会在后续操作中进行设置。本算例长度单位为米，时间单位为天。此时系统将产生初始MODFLOW模拟图层。

创建通用水头边界​

添加通用水头边界。

  1. 点击创建数据体->几何体->线，生成线1图层，将其重命名为GHB-北侧线1图层。在该图层属性面板数据子面板中，勾选拖拽手柄选项，按住键盘上的Ctrl+P，点击视图窗口中第一层右上角网格，再点击右下角网格，线段两端会自动磁吸至第一层网格最右列。

  2. 在图层面板中选择GHB-北侧线1图层，点击工具箱->属性->计算器，生成计算器1图层，将其重命名为GHB水头-计算器1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将结果数列名称设置为上边界水头，并将其数值设为19，点击应用完成设置。

    重复上述步骤创建计算器2图层，将其重命名为GHB导水率C-计算器2图层。在该图层属性面板数据子面板中，将结果数列名称设置为上边界C，并将其数值设为0.001，点击应用完成设置。

  3. 选择流场模拟（MODFLOW2005）图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005-> MF2005线赋值，选择GHB导水率C-计算器2图层为属性图层，点击确认生成线赋值1图层，将其改名为010北通用水头- MF2005线赋值图层。

    在010北通用水头-线赋值图层属性面板中选择属性类别为通用水头边界，层号为1，通用水头和传导系数分别选择为上边界水头和上边界C数列，点击应用完成设置。

    将渲染子面板中的色彩设置为ef通用水头，视图窗口如下图所示：第一层最右列网格设置为通用水头边界。如结果与示图不符，在步骤2中修改线段顶点，直至通用水头边界只在第一层最右列为止。此时设置了模型北部边界。

  4. 重复步骤2-4，创建线2图层，并将其重命名为通用水头-南侧线2图层。该线段位于第三层网格最左列。使用工具箱->属性->计算器工具，生成计算器3图层，重命名为GHB水头-计算器3图层。并在该图层的属性面板数据子面板中，生成一列名为“下边界水头”的散点数据（结果数列名称），其数值为常量15。

    创建计算器4图层，将其重命名为GHB导水率C-计算器4图层。在该图层属性面板数据子面板中，将结果数列名称设置为下边界C，并将其数值设为0.001，点击应用完成设置。

  5. 选择010北通用水头-线赋值图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005-> MF2005线赋值，选择GHB导水率C-计算器4图层为属性图层，点击确认生成MF2005线赋值2图层，将其改名为020南通用水头- MF2005线赋值图层。在该图层属性面板中选择属性类别为通用水头边界，层号为3，通用水头和传导系数分别选择为下边界水头和下边界C数列，点击应用完成设置。

创建井边界​

添加随时间变化的抽水井边界。

  1. 点击界面上方的按钮，打开并导入算例文件夹中的well1.csv文件，点击应用生成well1.csv图层。

  2. 在图层面板中选中well1.csv图层，点击通用工具箱->散点->表格->散点，生成表格->散点1图层。在该图层属性面板数据子面板中，为X和Y选择相应的X和Y数列，并勾选下方的2D散点和保留坐标选项，点击应用完成设置。

  3. 在视图窗口中点击新建，选择创建表格窗口，查看表格->散点1图层的抽水率数据，可以看到一共有4口井，每口井的抽水率均变化了4次，因此需要设置最少4个应力期。

  4. 为了方便赋值不同应力期的抽水率，需要将不同应力期的数据构建一组散点向量。在图层面板中选中表格->散点1图层，点击通用工具箱->向量->构造散点向量，生成构造散点向量1图层，将其重命名为井边界应力期-构造散点向量1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将结果数列名称设置为抽水率，勾选下方散点属性中的p1-p4数列，点击应用完成设置。

    在视图2表格窗口中可以看到新构造的抽水率散点向量。

  5. 选择020南通用水头-线赋值图层，点击模拟-> MODFLOW2005->MF2005点赋值，选择井边界应力期-构造散点向量1图层为属性图层，点击确认生成MF2005点赋值1图层，将其改名为030井边界- MF2005点赋值图层。在该图层属性面板中选择属性类别为井边界，层号为3，井抽水率选择为抽水率数列，点击应用完成设置。

  6. 点击属性窗口右上方的显示/隐藏高级属性按钮，打开高级属性。将渲染子面板中的渲染方式设为切片，色彩设置为ef井边界，并将切片属性设置为XY平面，序列号为3，点击应用完成设置。可以看到设置在第三层的四口抽水井。

创建SUB模块与应力期​

添加SUB模块与应力期，运行MODFLOW模型并读取水头结果。

  1. 选择030井边界-MF2005点赋值图层，点击数值模拟-> MODFLOW-SUB->创建SUB模块，生成创建SUB模块1图层，将其重命名为040创建SUB模块图层。在该图层属性面板数据子面板中，先勾选非滞后压缩选项，并填入相应的参数，设置第3层为非滞后层进行模拟，点击应用完成设置。

  2. 点击界面上方的按钮，打开并导入算例文件夹中的应力期.csv文件，点击应用生成应力期.csv图层。

  3. 选择040创建SUB模块图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->MF2005应力期，选择应力期.csv图层为属性图层，点击确认生成MF2005应力期1图层，将其重命名为050应力期图层。在该图层属性面板数据子面板中，分别为应力期长度，当期步数和稳定流选择相应数列，点击应用完成设置。

  4. 选中050应力期图层，点击数值模拟-> MODFLOW2005->MF2005解释运行，生成MF2005解释运行1图层，将该图层重命名为解释运行MODFLOW1图层。在属性面板中，点击按钮选择模型文件生成的位置，将模型名保存为sub。选择解算器为GMG，时间单位为天，长度单位为米，保存应力期为1-4，勾选下方的保存所有时间步选项，点击应用，系统将自动编译并运行MODFLOW模型，

  5. 点击界面上方的按钮，选择上一步中用户指定名称的MODFLOW文件夹中的efModFlow2005.nam文件。图层面板中生成efModFlow2005.nam图层，在该图层对应的属性对话框中点击应用，导入MODFLOW文件。其中hed文件为水头文件，lmt6文件为MODFLOW生成的链接文件，其中记载了边界信息、参数信息、以及逐网格的水力梯度信息。

    在渲染子面板选择渲染模式为矢量流线，着色数列选择为ef水头，系统将自动使用ModFlow计算所得的逐网格径流量绘制动态流线。流线的长度、持续时间等参数可以在渲染子面板的矢量流线处进行设定。水流模型的流线如下图所示：

读取地面沉降结果​

基于MODFLOW模型的运行结果，读取地面沉降模拟结果。

  1. 点击界面上方的按钮，，选择上一步中用户指定名称的MODFLOW文件夹中的efModFlow2005.subsidence.hds文件。图层面板中生成efModFlow2005.subsidence.hds图层。在属性面板渲染子面板中，将渲染方式改为曲面网络，色彩设为SUBSIDENCE列，并点击下方的选择预设调色板按钮，将色板设为Green，点击应用完成设置。点击动画按钮，查看地面总沉降量随时间变化情况。第3001天总沉降量如下图所示：

  2. 为3D展示沉降面，可将上述网格数据转换为散点，创建曲面进行查看。在图层面板中选择efModFlow2005.subsidence.hds图层，点击通用工具箱->网格->网格中心->散点，生成网格中心->散点1图层。点击应用完成设置。

  3. 在图层面板中选中网格中心->散点1图层，点击通用工具箱->散点->散点->曲面（三角化），生成散点->曲面1图层。在该图层属性面板中点击应用完成设置。

  4. 在图层面板中选中散点->曲面1图层，点击通用工具箱->空间拓扑->标量扭曲，生成标量扭曲1图层，在该图层属性面板数据子面板中，将标量数列选为SUBSIDENCE，缩放因子设为30，Z方向扭曲法向为-1，点击应用完成设置。视图窗口如下图所示，生成3D视图的沉降面。

  5. 生成的曲面不平滑，因此对其进行加密平滑处理。选中标量扭曲1图层，点击通用工具箱->曲面->曲面->曲面（加密平滑），生成曲面加密1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将加密倍率设置为2，点击应用完成设置。

  6. 为减少MODFLOW运行内存，MODFLOW-SUB模拟结果在每个时间步完成后输出，共输出了13个结果。可以对结果进行时间加密，使地面总沉降量变化更平滑。选中曲面加密1图层，点击数值模拟->数据补齐->时间补齐（定序），生成定序时间补齐1图层。在该图层属性面板数据子面板中，将时间步长设置为10，点击应用完成设置。此时点击动画工具，沉降量动态变化更为平滑。

  7. 在图层面板中打开efModFlow2005.nam图层的显示，将该图层的渲染方式设为透视体，色彩选项为水头（网格数据），将预设调色板设置为BlueOrange，点击应用完成设置。

  8. 在定序时间补齐1图层的属性面板中，将坐标变换中的Z方向平移设为20，点击应用完成设置。

  9. 选中定序时间补齐1图层，点击通用工具箱->标注->时间->标注工具，生成时间标注1图层，在该图层属性面板数据子面板中，按下图设置参数；渲染子面板的文本位置属性中，勾选指定位置选项，并使用鼠标点击视图窗口的时间标注拖动选中合适的位置。设置完成后如下图所示，点击动画工具查看动画。

修改SUB模块参数​

查看不同SUB模块参数下地面总沉降量的差异（注：本项目中SUB模块参数仅作练习使用）。

  1. 在图层面板中选中040创建SUB模块图层，修改非滞后压缩模拟中的参数，或勾选滞后压缩选项，填写相应参数，添加完成后点击应用完成设置。例如下图所示滞后压缩参数：

  2. 本算例中只简单模拟了一个夹层材质的滞后压缩，如需要设置多个夹层材质，可在外部创建包含夹层材质属性的csv文件，导入EnviFusion后，参考赋值应力期的方法，点击数值模拟-> MODFLOW-SUB->材质赋值赋值夹层材质信息。

  3. 在解释运行MODFLOW1图层中点击应用完成新参数条件下的MODFLOW模拟。

  4. 在图层面板中右击efModFlow2005.subsidence.hds图层，点击重新导入文件，查看定序时间补齐1图层，可看到新模拟得到的地面总沉降量的展示。

    在定序时间补齐1图层属性面板渲染子面板中，点击色彩属性下的重置颜色阈值到数值边界按钮，重新分配调色板，步骤1中设置的仅考虑滞后压缩的SUB模块运行结果（总沉降面）如下图所示：

  5. 调整其他非滞后与滞后压缩参数，比较不同SUB参数对总沉降量的影响。

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MODFLOW水流模型；
  • 如何设置应力期和模型单位；
  • 如何基于MODFLOW创建SUB模块；
  • 如何导入MODFLOW-SUB运行结果；
  • 如何对地面总沉降量（SUBSIDENCE）进行可视化。