美国地质调查局于1984年用Fortran77语言开发完成Modflow,因为其原理简单、操作方便、功能强大,在地下水数值模拟领域得到了广泛的应用[153]。Visual-modflow是在Modflow软件基础上,应用现代可视化技术开发研制的一款商用专业软件,其综合了已有的多款地下水模型,可进行三维水流模拟、溶质运移模拟和反应运移模拟。
Visual-modflow最显著的特点是采用了模块化结构,将许多具有类似功能的子程序组合成为子程序包,用户可按实际工作需要选用其中某些子程序包对地下水运动进行数值模拟。软件主要包含Modflow,MT3DMS,MODPATH,ZONE BUDGET 4个功能模块。此外,Visualmodflow已不局限于模拟地下水在孔隙介质中的流动,也可用来解决许多地下水在裂隙介质中的流动问题,甚至还可用来解决空气在土壤中的流动问题。
本次渗流数值模拟主要用到的程序包有计算单元间渗流子程序包(BCF)、河流子程序包(RIV)、补给子程序包(RCH)、井流子程序包(WEL)、沟渠子程序包(DRN)、蒸发子程序包(ET)、一般水位边界子程序包(GHB)及水平流障子程序包(HFB)。其中,渗流子程序包(BCF)用于计算相邻计算单元的地下水渗流量以及含水层储水量的变化所吸收或释放的水量,它主要通过渗透系数K以及储水系数S s或给水度S y来改变含水层性质控制地下水流动;河流子程序包(RIV)用以模拟地面水与地下水系统之间的交换,它的计算原理是对比河流与周围岩体之间的水位差;补给子程序包(RCH)是模拟地下水系统的面状补给,它的缺陷是无视地形地貌条件下的降雨入渗强度,因此,在输入降雨入渗系数时需要根据不同区域的特点划分与之匹配的入渗系数,在Modflow建模时分别赋值才能正确地表达研究区的入渗补给强度;井流子程序包(WEL)和沟渠子程序包(DRN)分别模拟井流对地下水的影响以及沟渠的排水效应;蒸发子程序包(ET)用于处理植被蒸腾和表土蒸发引起的潜水蒸发排泄;一般水位边界子程序包(GHB)用以处理一般性的已知水位边界;水平流障子程序包(HFB)用来模拟阻碍地下水水平流动的垂向伸展的薄层低渗透性物体[154-155]。(www.xing528.com)
Visual-modflow计算分为前处理、运行和后处理3个部分,仅对本次计算使用的Modflow模块计算流程进行简述。前处理是模型建立的参数输入模块,输入的参数包括地表起伏高程控制点、各个含水层标高、重要水文地质参数(渗透系数、孔隙度、给水度、储水系数等)、初始地下水位参数等。然后在横、纵、竖3个方向上划分合适的单元数量,并定义水均衡区,对各区域赋予降水补给和蒸发强度等条件,再根据地表水体的分布输入相应的溪水、河流、湖泊等水体参数,设置相应的边界条件。最后对全局输入初始水头,除地勘获取的地下水位资料外,可利用软件自带功能对全局进行插值获得。模型建立完毕后进入运行模块,可对模型选择稳定流和非稳定流计算,在Modflow模块中,按照计算需求在总的计算时间内划分若干应力期,每个应力期又可划分为多个时段。后处理可将计算后任一个时间步的计算结果显示出来,并提供x,y,z3个方向上与轴线平行的任一处剖面图,显示计算结果。
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