Visual MODFLOW Flex --- 三维地下水流动和溶质运移模拟
摘要
本文介绍了Visual MODFLOW Flex（VMF）V10.0（2024）版本，这是一款用于三维地下水流、热和溶质运移模拟的行业标准软件。VMF汇集了行业标准规范，提供了分析和校准工具、3D可视化能力，并可用于多种应用场景，如井采区划定、矿井排水项目优化、风险评估等。软件支持概念模拟和数值模拟两种工作流程，可处理高分辨率数据并模拟大型地下水系统。通过内蒙古某露天铁矿的实例应用，展示了使用VMF进行地下水流和溶质运移模拟的过程和结果，验证了软件的准确性和实用性。
正文
1. 引言
Visual MODFLOW Flex (VMF)是用于三维地下水流、热和溶质(污染物)运移模拟的行业标准软件，最新版本为V10.0(2024)[695M]，Visual MODFLOW Flex的一些主要特性和应用如下：
(1) 行业标准代码：汇集了地下水流动和溶质(污染物)运移的行业标准规范。
(2) 分析和校准工具：包括了必要的分析和校准工具。
(3) 3D可视化：在一个环境中提供了3D可视化能力，可以在2D、3D和多视图显示中可视化所有数据，包括概念对象、数值网格、输入数据和输出数据。
(4) 应用：可以用于划定家庭供水开发的井采区，设计和优化矿井排水项目的抽水井位置，确定风险评估的污染物归宿和暴露路径，模拟地表水-地下水相互作用等。
(5) 模型构建：它允许更快、更有效地构建模型，随着模拟目标的变化、数据的收集和对地下的理解的提高，可以在模拟过程的任何时候更新模型输入和网格设计。
(6) 数据处理：它配备了处理大量详细、高分辨率数据的能力，允许模拟大型和复杂的区域规模地下水系统。
2. 工作流程
概念模拟适用于以下条件：
(1) 启动新的模拟项目，并使用各种数据类型/格式（GIS 等）来定义地质分层、材料属性和边界条件；
(2) 模拟具有复杂地质分层（夹层和不连续性）的区域；
(3) 为项目评估多个数值网格或使用非结构化网格
主要模拟步骤包括：加载原始数据、定义地质结构、定义属性和边界、定义网格、将其转换为数值模型。
2.2 数值模拟
3. 实例应用
(a) 侧向边界
东侧和西侧边界平行于地下水水位等值线，为侧向流入和流出边界，由于模拟区域地下水年内变化幅度较小，因此假设为定水头边界；北侧边界基岩区垂直于等水位线假设为零流量边界，南侧假设为垂直于等水位线的零流量边界。
(b) 垂向边界
垂直潜水含水层自由水面作为模型上边界，通过该边界潜水与系统外发生垂直向上的水量交换，如大气降水入渗补给、蒸发排泄。在模拟区的潜水含水层底部为新鲜岩类隔水层，将其假设为隔水底板。
(2) 确定含水层
排土场位于第四系中细砂夹砂砾石孔隙潜水层区域，该含水层的直接水源来自大气降水。第四系含水层厚度约为20m，单位涌水量为1.0L/s·m，渗透系数为11.16m/d。含水层以下发育有新鲜岩石为隔水层。本模拟将含水层假设为非均质各向同性、单层结构的潜水含水层。
(3) 建立模型
地下水流数值模型的面积约为23.5km^2，利用现有的工程钻孔对评价区模型进行平面矩形剖分，剖分单元大小为30m×40m，在排土场及下游区域进行网格加密至15m×20m。输入参数包括大气降水入渗量、蒸发量和渗透系数。
(4) 模拟结果
模拟结果显示地下水流场与实测的流场基本吻合，地下水处于均衡状态。
