FAQ

Вопрос #1:
Помогите мне, пожалуйста, разобраться в одной ситуации. Схема такая: имеется водонапорная система с тремя напорными водоносными и двумя разделяющими слоями. На внешних границах по всем водоносным горизонтам заданы граничные условия третьего рода (по каждому горизонту заданы абсолютные отметки уровней подземных вод, проводимости подбирались в процессе решения обратных задач). Мне говорят, что это неправильно, что можно задать третьим родом только на верхний питающий горизонт, а на остальные нижележащие горизонты нельзя. А иначе это будет задание первым родом.
Помогите разобраться! Мне всё упирают на перетекание. Перетекание перетеканием, но ведь существует еще и поток по пласту. Почему я не могу по каждому горизонту задать ГУ-3. Разве это криминал?! И в чем физический смысл ГУ-3?


Ответ:
Тут такая ситуация - в принципе, правы обе стороны спора. Дело в том, что ГУ-3 рода по всей внешней границе - это т.н. "удаленный I-род", т.е. ГУ-1, отнесенное на некоторое расстояние L. Тогда проницаемость этой границы будет соответствовать:
C=%5Cfrac{km%5CDelta%20x}{L}, где
k - коэффициент фильтрации;
m - мощность слоя;
Δx- ширина модельной ячейки вдоль границы.
Расход через границу модель считает по формуле:

Q=(H_{0}-H)%5Ccdot%20C, где:
H0 - уровень на удаленной границе I-рода
H - расчетный уровень в ячейке

Это и есть один из физических смыслов ГУ-3. Похожая логика работает, когда мы задаем им какой-нибудь водоем.

Почему нельзя задавать его в нижних слоях - я не совсем понимаю. Вполне себе допустимый прием для задания потока по пласту.

Другое дело, что академически верно этот поток не задавать как некую данность свыше, а получать на основе моделирования естественных граничных условий. Однако, это почти всегда не представляется возможным: делать модель на всю площадь водосбора какого-нибудь подольско-мячковского водоносного горизонта — это повеситься можно.


Вопрос #2:
В каком случае супесь является водоупором, а в каком случае не является?
Ответ:
Если супесь разделяет два высокопроницаемых слоя (крупнозернистые пески и т.п.) - тогда супесь является водоупором. Конечно, достаточно условным.
Если сверху от супеси и снизу от супеси - глины, то тогда супесь - вполне себе "водовмещающие отложения" и никакой не водоупор.

Вот так. Собственно говоря, это касается любых пород. И глины - "водоносный горизонт", если со всех сторон водостойкий бетон.


Вопрос #3:
Что такое MODFLOW и чем оно отличается от Processing MODFLOW, GMS, Visual MODFLOW, FEFLOW и т.д.?

Ответ:
Пока кратко, по мере сил буду добавлять сюда подробностей.
MODFLOW, FEMWATER, FEFLOW и еще ряд других - гидрогеологические модели (трехмерные, конечно-разностные или конечно-элементные). Как правило представляют собой консольные приложения, получающие на входе специально сформированные файлы с исходными данными и выводящие результат в другие специально сформированные файлы с результатами расчетов.

PMWIN, Visual Modflow, GMS и прочие — это т.н. «фронтэнды» к расчетным программам, которые я перечислил выше, и предназначены они для упрощения ввода данных в «специально сформированные файлы» и визуализации результатов расчетов.

Вопрос #4:
Можно ли в PMwin изменить координатную привязку модельной сетки и как это сделать?

Ответ:
Можно. Для этого необходимо зайти в любой стандартный диалог с вводом параметров в сетку (Grid\Mesh Size, Parameters\Initial&Prescribed Hydraulics Heads или даже Models\Modflow\Flow Packages\Drain и т.п.) нажать Ctrl-E (что аналогично выбору пунка меню Options\Environment) и перейти на вкладку Coordinate System.

Вопрос #5:
Есть ли в Москве курсы по гидрогеологическому моделированию?

Ответ:
Да, такие курсы есть. Их не очень много. Лично мне достоверно известно только о двух организациях, предлагающих такого рода обучение. В первую очередь, это ЗАО «ДАР/ВОДГЕО». Там вас научат азам геофильтрационного моделирования с помощью программных комплексов Processing MODFLOW и/или Visual MODFLOW. Вторая организация, про которую я слышал, что там проводятся курсы по моделированию — ЗАО «Геолинк Консалтинг», где вас обучат работе с их собственным программным продуктом для моделирования процессов геофильтрации и массопереноса в подземной гидросфере ModTech. Как выяснилось, на данный момент Геолинк не проводит таких курсов.
Однозначно советовать одно из этих предложений я не решусь — у каждого есть свои плюсы и минусы. Единственное, сразу скажу — эти курсы скорее всего окажутся слишком дорогими для частного лица. Куда податься бедному частнику — я не знаю. Могу разве что посоветовать обратиться ко мне (в панели справа есть вся необходимая контактная информация). У меня есть некоторый опыт преподавания на такого рода курсах — попробуем что-нибудь придумать. Разумеется, это предложение действительно и для юридических лиц.


Вопрос #6:
Я учусь на геоэколога в нефтегазовой сфере. Недавно в одном учебнике встретил название ModFlow. Эта программа использовалась там в целях моделирования фильтрации подземных вод при строительстве подземных хранилищ газа. Решил хоть немного с ней познакомиться. Поэтому был бы очень благодарен, если бы Вы посоветовали бы какую-нибудь литературу на этот счет.

Ответ:
Русскоязычной литературы про эту программу я не встречал. У нас вообще немного книг по моделированию, а те что есть - безнадежно устарели. Если нет проблем с техническим английским, то очень хорошо «идет» руководство к программному комплексу Processing Modflow. По-сути, это переиздание с учетом новых реалий известной книги “3D-Groundwater Modeling with PMWIN” by Wen-Hsing Chiang, Wolfgang Kinzelbach. В плане изучения азов моделирования — это лучшее, что я видел. Ну и учиться моделировать лучше всего на Processing Modflow. По крайней мере, так делают в МГУ.
А вообще, читайте мой блог, задавайте вопросы, если что-то не понятно. Я буду рад помочь.


Вопрос #7:
Как в общих чертах выглядит процесс моделирования?

Ответ:
В общих чертах вот так:
  1. Создал и дискретизировал модельную сетку.
  2. Задал геометрию слоев (ну или не задал, если расчет идет в терминах проводимости).
  3. Ввел параметры.
  4. Ввел граничные и начальные (для нестационарной задачи) условия
  5. Запустил на счет.
  6. Понял что накосячил — повторить пункты 3,4,5,6.
Но дьявол, как это обычно и бывает, кроется в деталях.


Вопрос #8:
Я изучаю программу GMS и просто никак не могу понять один момент: у меня есть река, это основной фактор изменения уровня ГВ, моделировал как пакет river, но там нет возможности задать изменение уровня в период паводка, вот и не знаю, как это реализуется в программе.

Ответ:
Варианта два:
  1. Сделать две модели - для каждого из характерных уровней.
  2. Задать несколько стресс-периодов, но для этого придется делать модель нестационарной (GMS вроде бы не умеет делать несколько стресс-периодов у стационарной модели, хотя сама MODFLOW это умеет). Если хочется имеено стационарной постановки, то задайте Specific Storage = 0 и Specific Yield = 0. Для каждого из стресс-периодов можно задать разные уровни на границах.


Вопрос #9:
Где можно скачать программы для гидрогеологического моделирования?
Ответ:




Вопрос #10:
Осваивая пресловутый PM (5.1) столкнулся с ошибкой при запуске просчёта. Если сталкивались с такой или похожей ошибкой интересно было бы узнать методы решения.

Ответ:
100% гарантии не дам, но очень похоже на то, что в настройках системы разделитель дробной и целой части — запятая. Поменяйте на точку.


Вопрос #11:
Почему все ячейки моей простенькой однослойной стационарной модели при расчете становятся «сухими» (DRY), как только я задаю отметку подошвы слоя больше 0.

Ответ:
Проверьте свои начальные напоры (Initial Hydraulic Heads) — вероятно вы их оставили в «умолчальном» виде, т.е. там везде нули в массиве. Если начальный напор в ячейке задан ниже подошвы слоя, то слой считается осушенным на протяжении всего расчета.


Вопрос #12:
Нужно ли свидетельство о членстве в СРО для выполнения геофильтрационных прогнозов?

Ответ:
Да, для выполнения таких расчетов ваша организация должна иметь свидетельство изыскательского СРО, в котором будет явно указано, что она имеет право на осуществление работ по «физическому и математическому моделированию взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой».


Вопрос #13:
Где можно скачать инструкцию к MODFLOW на русском языке?

Ответ:
Русская инструкция к Processing Modflow 5.3. Версия конечно старая, но это во всяком случае лучшее из того, что есть. Кроме того, основные положения с тех пор практически не поменялись.

Вопрос #14:
Для моделирования работы деталей элементов мелиоративных систем мне понадобится существенно сгущать сетку и тут есть ограничения на на размеры соседних ячеек. В текстах про Visual MODFLOW вычитал, что не более чем 1,5 раза и соотношение сторон ячейки не более чем 1:10. В некоторых примерах сетки видел нарушения этих ограничений, может не такое строгое оно?

Ответ:
Это ограничение не строгое. Это рекомендованное соотношение, которое можно нарушать (если честно, у меня нет ни одной реальной модели, где бы оно не было нарушено). Важно понимать, что в этих зонах часто не очень правдоподобно рисуются гидроизогипсы и могут быть ошибки при определении уровня в ячейках или скважинах. Т.е. в тех зонах, где для нас критична точность решения и рядом с существенными границами (особенно, где предполагаются существенные градиенты потока), сетку желательно дробить плавно.

Вопрос #15:
Где можно раздобыть примеры решения задач на Modflow для самостоятельного обучения моделированию?

Ответ:
В составе программного комплекса Processing Modflow (где скачать — см. выше) есть примеры и пошаговое руководство по созданию модели. Что насчет моих собственных примеров, то тут все довольно сложно. Специального набора примеров у меня нет, а «рабочие» модели либо слишком сложны, либо являются коммерческой тайной моих заказчиков, а часто и то и другое.

Вопрос #16:
Какие материалы необходимы для создания модели по оценке воздействия здания на подземные воды и определения величины водопритоков в котлован?

Ответ:
  1. Проектные решения связанные с воздействием на подземные воды
  2. Топоснова
  3. Разрезы
  4. Данные опытно-фильтрационных работ
  5. Данные изысканий на сопредельных территориях (фондовые, как правило)
  6. Отчет по инженерно-геологическим изысканиям
  7. Колонки скважин
Наличие первых трех пунктов — критично. Остальные пункты указаны в порядке уменьшения важности.

23 comments:

  1. добрый день. я учусь на гидрогеолога; заранее извиняюсь за предельно дилетантские вопросы, но учебники никак не проясняют их для общей, а не частной задачи:
    1. есть ли какой-нибудь критерий, позволяющий однозначно распознавать ГУ 2 рода?
    часто присваиваю ГУ 3 род, а это 2й, и наоборот. в рассуждениях ориентируюсь на наличие функциональной связи Q и Н, и тут почему-то путаница в голове.. например, УГВ при откачке - это всегда ГУ 2 рода, кроме испарения с поверхности горизонта (ГУ 3), и Н=const (ГУ 1)?
    в одном из учебников сказано, что признак ГУ 3 - отсутствие (или необязательность?) заданных Н и Q, наличие только известной их связи.

    2. когда пытаемся схематизировать несовершенство вскрытия пласта грунтовых вод врезом реки - принимаем для однородной среды Lн=h, для неоднородной - Lн=3h. интересно, это только для нашего учебного курса приняты такие допущения, или это оправданные соотношения, используемые в рабочих моделях? исходя из принятых Lн, мы часто получаем Lн<0,05L, и считаем границу совершенной и прямолинейной.
    а когда Lн>0,05L - отмечаем, что необходимо учитывать несовершенство вреза, но никакими способами, кроме переноса границы О.Ф. на величину Lн, не владеем. есть ли таковые?

    *спасибо за блог; читать интересно крайне.

    ReplyDelete
    Replies
    1. 1) ГУ 2 рода - это там, где явно задается расход через границу. Без каких-либо прочих условий. К ГУ2 относятся: инфильтрация (не эвапотранспирация - она то как-раз III-рода) и скважины с известным расходом. Вроде бы других ГУ2 не бывает.
      Вообще, я о граничных условиях стараюсь много писать: метка: граничные условия.
      ГУ3 - это граница с заданной связью между расходом через границу и напором на ней.

      2) Для аналитических расчетов это распространенная методика. На численной модели мы можем сколь угодно детально дискретизировать форму ложа водоема. Если это нужно конечно. В прочих случаях поправка на несовершенство входит в величину сопротивления ложа водоема.

      Delete
  2. а где можно пройти курсы по Modflow, кроме СОВЗОНДА?

    ReplyDelete
    Replies
    1. В Водгео или у меня.
      http://water.alick.ru/p/faq.html#q5

      Delete
  3. помогите пожалуйста разобраться в такой ситуации, имеется карьер, задан как дренаж 3 рода., можно ли в дренаже задавать скважины??

    ReplyDelete
    Replies
    1. В тех же блоках? В принципе можно, почему нет.

      Delete
  4. Добрый день, Александр! Прошу совета по вопросу по гидрогеологическому моделированию.
    Задача: сделать модель для для подсчета запасов подземных (грунтовых) вод для водозабора в долине небольшой горной реки. Водоносный горизонт один в четвертичных отложениях, гидродинамически связан с рекой. Уровни по 30 скважинам линейно зависят от гипсометрии с коэффициентом корреляции, близким 0.9. Уровни реки и искусственного водоема гипсометрически выше водозабора укладываются в тенденцию.
    Решение: для моделирования фильтрации в стационарном режиме строю карту начальных уровней от гипсометрии беру изопьезу выше искусственного водоема в качестве верхней границы первого рода, уровень реки в качестве нижней границы первого рода, решаю обратную задачу (калибрую) с определением коэффициента фильтрации, водопроводимости ложа реки и водного баланса. Затем собираюсь задать с помощью модуля recharge удаленную область питания и посчитать модель с работающими скважинами водозабора.
    Вопроса два – 1) содержательный и 2)технический.
    1) Корректно ли вообще такое решение, поскольку при сопоставлении результатов моделирования стационарной фильтрации, уровня осадков и модуля стоков получил область питания для осадков (без испарения) 10 км2, а по модулю стока – 20,4 км2, что превышает площадь области питания, если ее выделять по водоразделу.
    2) В качестве программного средства для калибровки и решения обратной задачи пытаюсь использовать последние версии ModelMuse и ModelMate, которые якобы интегрированы между собой согласно хелпам. При попытке запустить из ModelMate оценку параметров в приложении UCODE не читаются названия параметров из модели, пробовал задавать вручную – задаются, но их UCODE в модели нe видит. Чтобы посоветовали делать в таком случае? Можно ли как-то экспортировать модель в понятный для PMWIN формат? Или проще вообще использовать PEST из консоли? Как вообще можно узнать названия параметров модели Modflow (Kx, Conductance для реки, K упругоемкости) по умолчанию? Пробовал использовать названия из файла lst – не получается(
    Заранее благодарен за любой ответ.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Не совсем понял, зачем использовать recharge для создания какой-то удаленной области питания на уже откалиброванной модели? Удаленная область питания обычно задается как GHB. Если известен модуль подземного стока, то можно задать его пакетом WELL в виде нагнетающих скважин.
      Ну и калибровать модель надо уже с учетом внешних областей питания, а не добавлять их постфактум.

      Про ModelMate и ModelMuse к сожалению ничем не помогу - я с этими программами не работал. По опыту - как правило дело в названиях параметров. Вы их часом не по-русски пишете?

      Delete
  5. Кто-то оставил тут комментарий, который я случайно удалил. Поэтому вставлю его тут от своего имени.

    "Добрый день. При моделировании возникает следующая проблема. После построение и запуска
    модели, пытаюсь откалибровать модель с помощью PEST Run, при запуске и переходе в раздел "Define Property Parameters" выдает ошибку "Элемент с тем же ключом уже был добавлен", далее при выборы параметров выскакивает следующее диалоговое окно: "Error occurred when making changes to PEST parameter selection". Не подскажете, в чем может быть проблема? Если это важно, модель создается с нуля: сначала концептуальная модель - потом преобразуется в числовую модель. "

    ReplyDelete
    Replies
    1. Это, по всей видимости, Visual Modflow?
      Я не большой специалист в особенностях работы этой программы. Но предположу, что дело в механизме как PEST "узнает" какие параметры он будет подбирать: для этого в соответствующих ячейках эти параметры задаются как целое отрицательное число (это и есть ключ). Причем число это должно быть уникально для каждого параметра. К примеру, коэффициент фильтрации в некой зоне Кф=-1 (причем может быть несколько зон с Кф=-1, даже в разных слоях - это не будет ошибкой), а проницаемость ложа водоема Ср=-2 и т.д. Тогда Pest будет подбирать эти параметры, а где Кф и Ср больше 0, там не будет. Но если сделать коэффициент фильтрации = "-1" и проницаемость ложа водоема = "-1", тогда возможно будет появляться эта ошибка.
      Но повторюсь, я не большой знаток Visual Modflow и не знаю, как там реализовано взаимодействие с PEST. Вполне вероятно, что эта ошибка обусловлена чем-то другим.

      Delete
    2. Да, Visual Modflow Flex.
      Поменял для опыта значения коэффициентов фильтрации на отрицательные. Результата не дало.

      Delete
    3. Еще, Александр, не подскажете: с помощью какого программного комплекса можно откалибровать значение стока по реке, если известны фактические понижения в скважинах при откачках?

      Delete
    4. Других предположений у меня нет - с VM я не работал, тонкостей не знаю.

      По поводу калибровки стока: не совсем понятно, что под этим понимается: расход самой реки или сколько из нее воды поступает в горизонт. Первое вроде бы вообще никак в modflow не фигурирует, а со вторым такой момент: водообмен между рекой и горизонтом обычно не задаётся явно в виде расхода, а через пакет river или ghb, т.е. через зависимость q=f(h,с), где с - сопротивление или Кф ложа реки. Вот этот коэффициент можно подбирать с помощью pest.

      Delete
    5. в VM задается высотная отметка зеркала воды в реке и отметка дна, на основании этого программа вычисляет уровень воды в реке. Интересует такой вопрос: ввиду отсутствия конкретных данный по уровню воды реке (замеров по гидропостам) можно ли с помощью какого-либо стороннего ПО вычислить эти значения исходя из фактических данных по откачкам?

      Delete
    6. Нет конечно. Это же вообще не гидрогеологическая задача.

      В vm ещё обязательно задаётся сопротивление ложа, только видимо где-то в другом месте. Уровня в реке и отметки дна недостаточно. Наверное если редактировать данные на концах полилинии, то да, там только это, а если нажать на саму линию, то там уже появится сопротивление.
      Вообще, все больше убеждаюсь, что учиться моделировать надо в processing modflow - там все задаётся явно в виде значений в ячейки и сразу понятно, где ты накосячил. А с этими концептуальными подходами через рисование линий и полигонов и экспортом их потом в модель, как в vm или gms у новичков одни проблемы.

      Delete
    7. Да, помимо этих значений - безусловно. Но в остальном вопросов нет, к счастью, такая информация имеется, а вот с именно с уровнем воды небольшие трудности.

      Delete
  6. Обычно откачки никак не влияют на уровень воды в реке. Ну если река не совсем уж переплюйка.
    Теоретически можно вручную подобрать уровень в реке, но это прямо скажем - не очень хорошо. Надо было его замерить в натуре или хотя бы с карты снять.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Ну можно назвать ее и переплюйка.. Извините меня за неточность, основная подпитка водозабора - протока реки, но только в паводковый период.. тем не менее уровень воды в этой протоке напрямую влияет на результаты моделирования. На сегодня так и сделано, прим. отметки взятки с карты... но дкмал о том, что возможно имеются какие-нибудь ПО, которые смогли бы откалибровать показания. Спасибо за подробные ответы и уделенное время!

      Delete
    2. Ну это надо у гидрологов спрашивать. Про комплексные модели, которые дают возможность посчитать одновременно и откачку и снижение уровня в реке из-за нее я не слышал. А уж тем более калибровать там что-то.

      Delete
    3. В гидроогеологических моделях уровень в реке (постоянный или переменный во времени) задаётся внешним образом, как граничное условие.
      Впрочем, тюв modflow, относительно недавно появились пакете lake и streamflow, которые я к своему стыду пока не освоил - вроде бы там есть возможность учесть влияние горизонта на уровень воды в водоеме.

      Delete
    4. Спасибо большое! Попробую воспользоваться пакетам... Если будет какой результат - отпишусь.

      Delete
  7. На старости лет приходится осваивать моделирование. Пытаюсь воспроизвести эксплуатацию за 37 лет и сравнить замеренные и расчетные уровни с помощью PMWIN5.3. Имеются 14 скважин, данные по годовым расходам и периодическим замерам текущих статических уровней, которые занесены соответственно в Well и Observations. Схема: один изолированный слой, глубина залегания 600м. Периоды задания расходов и уровней одни и те же. Не могу понять, откуда на графике Scatter Diagram появляются точки на периоды, по которым не было замеров уровня? Заранее спасибо.

    ReplyDelete
    Replies
    1. Странно, вроде pmwin не интерполирует фактические замеры. Можете прислать мне модель на water@alick.ru?
      Только заархивируйте папку с паролем, иначе антиспам не пропустит архив, т.к. там .bat файлы. Ну или удалите их перед архивацией - они сами потом сгенерируются

      Delete