Прикладная гидрогеология, геофильтрационное моделирование, инженерная геология. Блог специалиста по гидрогеологическому моделированию Копылова Александра.
27/09/2021
Аналитический расчет барражного эффекта
Наконец-то появилось на это время. Расчет доступен на Google Drive. Редактировать, разумеется, нельзя. Но можно скачивать и использовать в свое удовольствие.
11/08/2021
Шаблон обработки кустовой откачки в Excel
Вообще автоматически обрабатывать откачки в Excel довольно проблематично. В моем шаблоне сделана довольно кривая попытка, но она нормально работает только на рисованных откачках и, очевидно, сбоит на реальных. В качестве исходных данных там использована как-раз таки «рисованная» по такому случаю в Modflow откачка.
Скачать его можно по ссылке: Gdrive.
28/09/2020
Дайджест ссылок
The Simple Online Groundwater Model (SOGWaM) is built for budding hydrogeology enthusiasts. It allows you to simulate and visualize groundwater flow, and to understand how system changes affect the flow field by developing and testing hypotheses.Cadmapper. Онлайновый транслятор открытых данных OpenStreetMap, NASA и USGS в формат Autocad.
Architects and urban planners use Cadmapper to save hours of routine drawing. It transforms data from public sources such as OpenStreetMap, NASA, and USGS into neatly organized CAD files.FloPyArcade. На базе MODFLOW уже игры пишут. Дожили до светлого дня.
FloPyArcade is a MODFLOW-powered groundwater arcade-type game. It builds on functionality of the library FloPy, which is a wrapper adding pre- and postprocessing options around MODFLOW as well as its related software.Groundwater Learning Free of Charge. Очень полезное начинание от канадских коллег. Фактически, это онлайн-библиотека с бесплатными книгами и учебными пособиями по гидрогеологии. Насколько я знаю, к проекту уже присоединились русскоязычные авторы и переводчики. Искренне желаю им всяческих успехов.
The Groundwater Project, a non-profit organization, registered in Canada, is committed to contribute to advancement in education by creating and making available online free high-quality groundwater educational material for all. The Groundwater Project is led by Dr. John Cherry, recipient of the 2020 Stockholm Water Prize, and managed by a 11-member international Steering Committee and a larger and globally diverse Advisory Committee.HatariChem. Онлайн утилита для рисования диаграмм химического состава воды.
We present our own webapp for the representation of the Piper Diagram, Stiff Diagram and Scholler Diagram. The webapp was developed in Python Django and it is entirely free for everyone. The main objective behind this webapp was to develop a user friendly and minimum requirement tool to create these water quality / hidrogeochemical diagrams.Graphical Construction of Groundwater Flow Nets. Когда я учился в МГУ, нас тоже учили рисовать сетку потока подземных вод. Не думал, что этой теме можно аж целую книгу посвятить.
A groundwater flow net consists of two families of intersecting lines: equipotential lines, which connect locations of equal hydraulic head, and flow lines, which show paths of groundwater flow. Together, these two sets of lines provide a visual, two-dimensional representation of the groundwater conditions under steady state (that is, neither set of lines change with time).Managing Interference Between Geothermal Installations. Расчет эффекта интерференции между геотермальными системами отопления/охлаждения.
There is an increasing interest in utilizing shallow ground and groundwater as a source for geothermal heating and cooling. Either open- or closed-loop systems can be used for heat exchange with the subsurface to supply heat pumps of buildings.Environmental Modeling Solutions - Webinars. Серия вебинаров по актуальным гидрогеологическим темам.
How agriculture software for nutrient optimization can help to protect groundwater
According to a new report by the European Environment Agency (EEA), only 40% of the continent’s water bodies are compliant with the agency’s environmental standards set by the European directive on water, which was adopted in 2000. The directive offers a framework for the evaluation, management and improvement of water resources throughout Europe.
05/06/2020
Прореживатель данных с логгеров
05/12/2019
Расчет количества блоков модели
Дабы подсластить пилюлю хочу поделиться одним расчетом, который будет полезен при обосновании смет на моделирование. В последнее время, в экспертизе довольно остро встал вопрос обоснованности размеров модели, размеров блоков и их количества. К счастью, в СП 250.1325800.2016 есть конкретные (ну не совсем уж конкретные, но хоть что-то) указания, какие надо брать величины.
По ссылке можно скачать Расчет количества блоков геофильтрационной модели согласно рекомендациям СП 250.1325800.2016. Документ открыт только для чтения, поэтому для ввода своих значений вам надо либо его скачать на локальный диск (если сохраните в формате Excel, то надо будет поиском и заменой заменить в документе pow на power), либо сохранить на свой персональный Google Drive. Но можно оставлять комментарии, особенно если обнаружились ошибки. Для сметного расчета я использовал такие значения параметров, дабы цена получалась наименьшая (но можно ввести любые, только будьте готовы к проблемам с их обоснованием в сметной экспертизе).
19/03/2019
Учитесь программировать
- База создана в Borland Interbase 7.5.
- Сами важные данные хранятся в виде BLOB-записей в графическом формате.
Делать нечего, пришлось экспортировать базу в формат SQLite. В принципе, на этом можно было бы и остановиться, SQLite вполне себе общеупотребимый и удобный формат, но опять проблемы:
- BLOB-записи из Interbase почему-то сконвертировались в HEX-строки SQLite (хотя тоже в формате BLOB). Т.е. из бинарного вида они превратились в ASCII: "04В458A4C1...". Т.е. напрямую с этими данными работать не получится — придется извлекать, конвертировать в бинарный вид и уже после этого открывать в графическом редакторе. Либо, как вариант, можно пройтись по базе и перекодировать данные.
- Сама идея хранить файлы в базе данных мне кажется сугубо порочной. Для файлов уже создана отличная база данных и называется она — файловая система.
- Программы, которые я подобрал для извлечения BLOB-записей из SQLite, отлично работают на маленьких базах, но на больших либо денег просят, либо падают от недостатка памяти при экспорте >1000-й строки (а всего там их около 80 тысяч), а часто и то и другое.
Скрипт уже выгрузил 80% базы, когда я понял, что могу сэкономить еще одну итерацию: ведь файлы сохранялись все в том же HEX-виде и для перекодирования в бинарный вид я собирался использовать отдельную программу xxd.exe — хорошую, но медленную под Windows. Тормознул скрипт, модифицировал, добавив в него функцию перекодирования. Теперь файлы сразу сохраняются в нужном бинарном виде — существенная экономия времени и дискового пространства.
P.S.: Для особо прозорливых, кто догадался, что это за база: извините, не моё — не дам.
08/06/2014
Решение обратных задач с помощью Visual Modflow
На днях со мной связался автор одной очень любопытной программы, предназначенной для автоматизации решения обратной задачи геофильтрации с помощью Visual Modflow. С любезного согласия автора я выложил саму программу и её описание у себя на соответствующей странице (она всегда доступна в меню справа).
От себя добавлю, что лично мне кажется такой подход к решению ОЗ не отличается «физичностью» результата. Да, в результате получается очень похожая на фактическую модельная карта гидроизогипс, но это крайне редко бывает самоцелью. Считать какие-либо прогнозы на такой модели следует крайне осторожно. Тем не менее, в качестве первого приближения к решению обратной задачи такой подход имеет все права на существование.21/02/2013
Сертификат для Modflow дубль два
На сайте сертификационного центра выложен список сертифицированных программ: csert.ru/list.php. Вот цитата из него:
Таким образом, у одной из версий PMWIN (древней, но к счастью бесплатной) таки есть сертификат. Осталось раздобыть где-нибудь его копию, дабы от экспертов отвязаться раз и навсегда. Хотя бы по этому вопросу.
Обозначение программной продукции Название программной продукции № сертификата соответствия и срок его действия. Нормативные документы, на соответствие которым выдан сертификат соответствия Подкласс 2.41. Защита от опасных геофизических воздействий. Программа PMWIN.
Версия 5.3Геофильтрационные и геомиграционные расчеты на основе численных методов конечных элементов. РОСС RU.СП15.Н00551
(28.11.2012 – 27.11.2014)СНиП 2.04.02-84*, СНиП 22-02-2003, СП 116.13330.2012 (СНиП 22-02-2003), СНиП 2.06.15-85
17/05/2012
Ссылки
EPA on-line tools for deliniating plumes and site assessment. Замечательная подборка онлайновых (даже так!) модулей с миграционными расчетами:
Formulas:
- Hydraulic Gradient
- Vertical Gradient
- Moisture Content
- Solubility, Vapor Pressure, Henry’s Constants for petroleum hydrocarbons estimated from the SPARC Performs Automated Reasoning in Chemistry
- Henry’s Law Constants for a variety of chemical types
- Retardation Factor
- Estimated Longitudinal Dispersivity
- Estimated Diffusion Coefficients
- Darcy’s Law
- Seepage Velocity
- Effective Solubilities
- Temperature-Dependent Effective Solubility
- Mass Distribution
Models
14/04/2012
Русско-английский гидрогеоэкологический словарь
05/04/2012
Сертификат соответствия для Modflow
Так что же делать, если эксперт требует этот несчастный сертификат. Первым делом — насторожиться, поскольку по моему личному опыту такой вопрос чаще всего возникает в случаях, когда эксперту поручено «зарезать» отчет. В качестве отписки могу лишь посоветовать отправить эксперту нижеследующий текст — иногда срабатывает. А вот что делать, если в уставе СРО прописано обязательное использование исключительно сертифицированных программных средств, я не знаю.
В США MT3D и MODFLOW рекомендуются к использованию Агентством окружающей среды и Геологической службой. На сайтах этих организаций представлены тестовые примеры, подтверждающие правильность результатов расчетов, выполненных с помощью MODFLOW и связанных с ней программ.
Согласно Федеральному закону от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании»: сертификация делится на обязательную и добровольную. Программные средства для гидрогеологических расчетов не включены «Перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации». Таким образом, сертификация таких программ является добровольной.
В России MODFLOW и связанные с ней программы широко применяются в таких уважаемых организациях как: ГИДЭК, МГУ, СПГУ, НИИ ВОДГЕО, Гидропроект и многих других. Для подготовки данных и визуализации результатов расчетов при использовании MODFLOW и связанных с ней программ в нашей организации используется следующее программное обеспечение:
- PMWIN 5.1 — распространяется бесплатно.
- ModelMuse 2.13.0.0 — распространяется бесплатно.
Важное дополнение! На сайте сертификационного центра выложен список сертифицированных программ: http://csert.ru/list.php. Вот цитата из него:
Таким образом, у одной из версий PMWIN (древней, но к счастью бесплатной) таки есть сертификат. Осталось раздобыть где-нибудь его копию, дабы от экспертов отвязаться раз и навсегда.
Обозначение программной продукции Название программной продукции № сертификата соответствия и срок его действия. Нормативные документы, на соответствие которым выдан сертификат соответствия Подкласс 2.41. Защита от опасных геофизических воздействий. Программа PMWIN.
Версия 5.3Геофильтрационные и геомиграционные расчеты на основе численных методов конечных элементов. РОСС RU.СП15.Н00551
(28.11.2012 – 27.11.2014)СНиП 2.04.02-84*, СНиП 22-02-2003, СП 116.13330.2012 (СНиП 22-02-2003), СНиП 2.06.15-85
04/04/2012
Расчет самозатопления карьера
Решил поделиться одной своей наработкой из области горной гидрогеологии. Заранее оговорюсь: этот подход совершенно неуниверсален и крайне маловероятно, что получится его применить еще где-нибудь.
Постановка задачи:
Есть карьер, расположенный склоне небольшой горы (высотой примерно 800 метров). Глубина карьера составляет 550 м (абсолютная отметка дна карьера равна 410 м). Под горой протекает река с абсолютной отметкой уреза — 450 м. Расстояние от карьера до реки в среднем составляет 80 м. Периметр подгорной части карьера равен 100 м. Особенности рельефа нагорной части позволяют утверждать, что все атмосферные осадки в пределах области водосбора за вычетом испарения будут поступать только в карьер при любом уровне воды в нем. Области подземного и поверхностного водосбора совпадают. Водоупор находится на глубине 550 м и что важно — рельеф его кровли полностью повторяет рельеф поверхности.

Задача:
Надо посчитать за какой срок после окончания разработки и процедур осушения карьер наполнится водой и до какой отметки.Решение:
Ну, с водопритоком с нагорной части все понятно:
Q_n=\left (\omega -\varphi \right )\cdot S...(1)где:
- ω – среднегодовые атмосферные осадки;
- φ – испарение;
- S – площадь водосбора.
Воде на склоне некуда деваться и она либо поверхностным, либо подземным стоком неминуемо притечет в карьер. Чтоб увязать Qn и q1 из рисунка — надо разделить Qn на периметр нагорной части карьера, но для расчета это не нужно.
Водоприток с подгорной части происходит за счет фильтрации подземных вод в/из реки. Приток (отток) подземных вод связан с уровнем воды в реке следующим выражением (при отсутствии поверхностнго стока, см. рисунок):
q_2=k\frac{h_{0}+h_{L}}{2}\cdot\frac{H_0-H_L}{L}-\frac{b(\omega -\varphi )}{2}L...(2)где:
- q2 – удельный расход потока;
- k – коэффициент фильтрации;
- h0 – мощность потока вблизи карьера;
- hL – мощность потока вблизи ручья;
- H0 – уровень воды в карьере;
- HL – уровень воды в ручье;
- L – расстояние между карьером и ручьем;
- b – коэффициент стока.
В данном выражении я увязал вместе две известных зависимости для фильтрации между двумя разноуровенными водоемами: при наклонном водоупоре и при наличии инфильтрации.
Формула приведена для расчета удельного расхода потока, для получения величины водопритока (Qp) в карьер удельный расход должен быть умножен на периметр подгорной части карьера (P):
Q_p=q \cdot P...(3)Дальше, казалось бы, задача превращается в очевидную: приравнять выражения (1) и (2) с учетом (3), но увы, тут нас ждет подвох. Дело в том, что выражении (2) присутствует величина H0 (уровень воды в карьере), которая вообще-то зависит от объема притекшей на заданный момент времени воды в карьер, т.е. эта величина динамически изменяется в зависимости от текущего соотношения Qp и Qn. К тому же h0 ( мощность потока вблизи карьера) равна в нашем безнапорном случае:
h_0 = H_0 - H_v...(4)где:
- Hv – абсолютная отметка кровли водоупора на краю карьера, обращенном к реке;
Таким образом, мы приходим к классической ситуации: расход зависит от напора, а напор от расхода. Решение я опущу в силу его громоздкости, но поясню суть (если кому интересно, xls-ку можно скачать по ссылке: drive.google.com..., только не просите меня объяснить, как оно работает). Основные положения:
- Зависимость уровня от объема поступившей воды — ступенчатая, в силу ступенчатости бортов карьера (на рисунке этого не видно, я поленился рисовать уступы).
- Между «ступеньками» эта зависимость — линейная. Ну, тоже понятно, борта уступов почти линейны и имеют небольшой наклон. Тут я просто вытряс из проектировщиков объемы карьера на заданных отметках (кромках уступов) — предложил было аппроксимировать борт карьера усеченным конусом, но получил по рогам.
- Выбираем шаг по времени Δt.
- По формулам (1) и (2,3) считаем объем воды (Qn + Qp), поступивший в карьер к моменту времени Δt.
- По выявленной ранее зависимости уровня воды в карьере от объема поступившей в него воды получаем новый уровень H0.
- Считаем водоприток, подставляя в выражение (2) уже новое значение H0. Объем поступившей воды в карьер соответствует моменту времени 2Δt.
- Повторяем последние два пункта пока не достигнем «стационара», т.е. до того момента, пока водоприток в нагорной части не уравняется с оттоком в сторону реки. Получаем искомую равновесную отметку воды в карьере и момент времени nΔt, когда произошло это радостное событие.
- Попутно отмечаем момент, когда q2 в выражении (2) меняет знак, т.е. подземный приток от реки сменяется на отток.
Краткий итог:
- Насколько я знаю, такая схема называется явной. Очевидно, она чувствительна к выбору шага по времени Δt.
- Важно помнить, что равновесный уровень воды в карьере теоретически может оказаться выше нижней кромки карьера, т.е. вода просто начнет переливаться через край и уйдет в реку поверхностным стоком (у меня на одном из карьеров так и случилось), и тут возникает большая неприятность с величиной ω-φ, но учитывать еще и это мне показалось совсем уж крохоборством.
- А еще там периметр P зависит от H0 (при подъеме уровня в образующемся озере, очевидно, растет и его периметр) — это я тоже не стал учитывать, а вообще следовало бы т.к. результат оказался очень чувствителен к этому параметру.
- Этот нехитрый расчет вроде бы не очень сложно запихнуть в тот же MODFLOW, но я пока не обдумывал детали — наверняка всплывет какая-нибудь заковыка.
Вот и все. Если что непонятно — спрашивайте. Заметили ошибки — ругайте.
22/03/2012
Excel для гидрогеологов
Кстати, вот еще одна интересная программа (это даже не программа, а большой такой макрос для MS Office Access), предназначенная для оптимизации расположения наблюдательных скважин при мониторинге распространения загрязнения — MAROS. Бесплатная, если не врут.
The Monitoring and Remediation Optimization System (MAROS) software has been developed by GSI and UH for the Air Force Center for Environmental Excellence (AFCEE) in accordance with the AFCEE Long-Term Monitoring Optimization guide. The software provides site managers with a strategy for formulating appropriate long-term groundwater monitoring programs that can be implemented at lower costs. MAROS is a decision support tool based on statistical methods applied to site-specific data that accounts for relevant current and historical site data as well as hydrogeologic factors (e.g. seepage velocity) and the location of potential receptors (e.g., wells, discharge points, or property boundaries). Based on this site-specific information the software suggests an optimization plan for the current monitoring system in order to efficiently achieve the termination of the monitoring program. This public domain software was developed for the Air Force Center for Environmental Excellence through a Broad Agency Announcement (BAA) contract with GSI Environmental Inc. Inc. of Houston, TX and the University of Houston. MAROS is programmed in Microsoft Access.
24/02/2012
Обработка откачки-восстановления из одиночной скважины по схеме Тейса-Джейкоба
Скачать можно тут: pump_Theis_Jacob.7z
Мой метод не лишен недостатков, основным из которых является, что он дает большую ошибку, если среди исходных данных присутствуют сильно выпадающие из общего ряда значения. Их следует предварительно убрать из рассмотрения. Этот недостаток является прямым следствием достоинства этого метода — он почти полностью автоматический — от специалиста требуется только внести исходные данные и явно задать начало и конец линейного участка на графике S(lg t). Заодно мне удалось избежать классической ошибки, когда расчет углового коэффициента делается по фактическим данным из журнала откачки, а не из уравнения прямой, аппроксимирующей линейный участок графика.
14/02/2012
Шаблон журнала откачки
02/02/2012
Таблички для обработки и анализа откачек
04/12/2011
Несколько интересных ссылок
“The word model has so many meanings and is so overused that it is sometimes difficult to know what one is referring to. For this discussion, we define a model as a representation of a real system or process…We define a conceptual model as a hypothesis for how a system or process operates. The idea can be expressed quantitatively as a mathematical model.”
Sharing MODFLOW Models on ArcGIS Online. Что творят, черти. Кажется, действительно пора изучать ArcGIS. А то я со своей мапинфой совсем от жизни отстану.
Groundwater simulation models are mathematical models that help us understand and predict how water behaves in subsurface aquifers. Groundwater models, such as MODFLOW, are commonly used in the industry to predict different aspects of groundwater management including water availability, effects of pumping, contaminant transport, and more.
One of the challenges facing organizations is the communication of information regarding groundwater systems from professional modelers to others within the organization or to the public. Usually, visualization of groundwater models is achieved with specialized software packages. The model input and output files are a set of text or binary files that are difficult to interpret and map without specialized tools.
The workflow presented enables organizations to quickly create maps and GIS layers of MODFLOW models and to publish those on ArcGIS Online. By posting on ArcGIS Online you can share MODFLOW inputs and outputs with anyone within your organization, or share the model results with the public.
17/11/2011
Несколько полезняшек для гидрогеолога
Carlos Molano опубликовал на своем сайте несколько полезных таблиц с гидрогеологическими расчетами:
1D analytical transient flow in confined aquifers
Automatic fit for pump test data to the Theis equation
Capture type curves for wells Hantush leaky aquifer test analysis
Inverse particle tracking
Neuman unconfined aquifer test analysis
Piper diagram
Superposition Thiem well field
The Theis test for confined aquifers
The Theis fit for variable pumping rates
The Theis-Jacob Test
11/05/2011
Автоматическое составление формулы Курлова
Я ее заблокировал от редактирования, но без пароля, так что если кто-то захочет что-то под себя подправить, то ничего взламывать не надо.
При редактировании обратите внимание, что часть строк скрыта - там и ведутся все расчеты, я их убрал, чтоб глаза не мозолили.
Скачать можно по ссылке:
Google Docs (Меню File/Download as/Microsoft Excel(.xlsx)).
"Программа" распространяется по лицензии GPL.
Инструкция по применению: вбиваете значения в оранжевенькие ячейки, получаете формулу Курлова в зелененьких (там получается сокращенный вариант формулы - только состав и минерализация, если надо что-то еще добавить, а сами не можете - пишите, я сделаю).
Вопросы, дополнения и исправления крайне приветствуются.
В версии 0.2:
- Убрал глюк с пустыми скобочками.
- Пока не придумал, что делать если % мг-экв какого-либо компонента полностью до тысячного знака после запятой равны % мг-экв другого. Изящно решить не получается, а городить трехэтажные вложенные проверки не хочется.
- Коллега любезно согласился помочь с проблемой равных % мг-экв.