Импорт WMF в MapInfo

Возникла у меня не совсем типичная задачка: прислали мне векторную карту, сохраненную в формате WMF (Windows Media File). Мне для работы желательно загнать эту карту в MapInfo. Решение «в лоб»: привязать wmf, как растровую подложку. Не сработало. MapInfo в принципе это умеет делать, но с большими файлами (а у меня он весит почти 5 мегабайт) не дружит — показывает от силы половину карты, а то и того меньше. К тому же, как-то некомильфо получается — векторный исходник подкладывать растром в векторную же программу.
Пришлось идти по длинному пути: сначала открываем наш WMF в AutoCAD-е с помощью команды _wmfin, не меняя масштаба по осям, потом командой _explode разбиваем блок (на всякий случай, т.к. у MapInfo случаются затыки с импортом блоков), сохраняем файл в виде DXF. Транслируем этот DXF в MapInfo. С помощью MapBasic-утилиты Register Vector перемещаем и масштабируем карту. Увы, если у вас был на карте текст, то он скорее всего потеряется. Особенно, если он написан на кириллице. Для решения этой проблемы, по всей видимости, придется перемещать и масштабировать карту сразу в AutoCAD-е, еще до импорта ее в MapInfo.

Продолжение истории про откачку

В общем, наблюдение за откачкой оказалось в большой степени пустой тратой времени. Однако, оставалась надежда, что получится хотя бы из восстановления выудить какую-нибудь информацию.
Надеждам не суждено было сбыться. Первые десять минут после отключения насоса уровень воды в скважине бодро рос, настолько бодро, что вырос выше  замера статического уровня до начала откачки. А затем взял и начал снижаться. Уверенно так, минут 30 падал, не меньше. Потом я плюнул на это дело и свернул удочку, т.е. уровнемер.
Насчет причин такого маразма. Очень жаль, что немногочисленные читатели блога не решились поделиться гипотезами. Расскажу тогда о своих и о настоящей причине. Пока шла откачка у меня было предположение, что я столкнулся с достаточно известным явлением, связанным с возникновением колебаний столба воды в стволе скважины. Я не помню точно в чем там суть, но однажды я с таким уже сталкивался — уровень при замерах гулял по синусоиде и если «повезет» замерить его на пиках, то можно умом двинуться, глядя на результаты. Потом на этом материале сын моего тогдашнего начальника диссер защитил (я не в обиде нисколько, просто факт констатирую — у меня была своя тема).
Однако, при восстановлении таких колебаний быть не может.
Опытные полевые гидрогеологи наверняка сразу догадались о причинах проблемы еще с первых строк моей прошлой публикации. Конечно же, дело в том, что водозабор действующий и слегка тугодумная операторша насосной станции периодически включала и отключала соседние скважины, когда у нее слегка падал уровень в накопителях. Хотя их объема  заведомо хватило бы на бесперебойное питание городской водопроводной сети в течении 4 часов вообще при полностью отключенных скважинах.
Хорошо, что сохранился журнал работы скважин, поэтому даже такой бестолковый опыт можно будет смоделировать численно.

Как задавать граничные условия

В комментарии к моей недавней записи о схематизации граничных условий мне совершенно логично заметили, что я написал много слов по теме, но так и не рассказал, как задавать эти граничные условия. Исправляю допущенную, не скрою — умышленно, оплошность.
Граничное условие I-рода в MODFLOW может быть задано двумя способами. Первый способ: в массиве IBOUND (меню Grid/Cell Status) в соответствующие ячейки надо занести любое целое отрицательное значение (не обязательно -1, можно и -23 — разницы никакой), затем в массив Initial & Prescribed Hydraulic Head (в меню Parameters) в этих же ячейках надо задать величину напора в этих ячейках. Тут важно не допустить самую главную ошибку новичка — не задать безнапорном слое I-род с напором ниже отметки подошвы слоя. Второй способ: Time-Variant Specified-Head (MODFLOW/Flow Packages), где можно задать линейно меняющийся напор на границе. Напор, разумеется, может и не меняться. В принципе, почти любая граница III-рода может быть превращена в I-род, для этого достаточно задать очень большую проницаемость границы, но об этом позже.
Границы II-рода задаются так-же двумя способами: пакет Well (MODFLOW/Flow Packages), где отрицательными значениями задается постоянный отток, а положительными — приток; и пакет Recharge (MODFLOW/Flow Packages), с помощью которого задается инфильтрация (положительное значение) или испарение (отрицательное).
Для границ III-рода придумано наибольшее количество пакетов, которые постоянно пополняются по мере выхода новых версий MODFLOW. Все нижеперечисленные пакеты расположены в меню MODFLOW/Flow Packages. General Head Boundary — наиболее общий способ задания г.у. III-рода, там все очевидно — задается напор и проницаемость границы (величина, обратная общепринятому у нас фильтрационному сопротивлению). Drain — так задаются дрены и участки высачивания, принцип аналогичен GHB, но если уровень воды в ячейке с границей оказывается ниже уровня воды, заданного на дрене, то расход через границу становится нулевым (GHB в аналогичном случае станет питающей границей, Drain питающей границей быть не может). River — пакет реки позволяет учесть эффект возникновения режима дождевания при отрыве уровня в пласте от дна реки (для этого в дополнение к уровню на границе и ее проницаемости в этом пакете задается отметка дна реки). Evapotranspiration — пакет для задания испарения с поверхности грунтовых вод, тоже формально может быть отнесен к границам III-рода.

Профильные модели

Все-таки есть небольшая польза от тупого просиживания штанов в офисе. Придумал способ, как избежать длительного и мучительного итеративного рисования свободной поверхности на профильных моделях в MODFLOW.
Нужно в качестве подошвы ячеек задать координату y их нижней границы. Следовательно, когда уровень в блоке становится ниже подошвы, то ячейка сама отключается, что нам и нужно. Не стоит забывать о сохранении единичной мощности пласта.
Остаются проблемы с инфильтрацией: не совсем понятно, куда ее задать (на всю «площадь» некорректно, да и приводит к тому же к необходимости итеративного же ее уточнения), а при неизвестной верхней границе — невозможно задать на ней инфильтрацию.
Ну и обязательно надо включить модуль wetting capability, что традиционно приводит к проблемам со сходимостью.

Есть еще порох

Подготовка текст типового отчета о прогнозе влиянии проектируемого строительства на подземные воды с помощью гидрогеологического моделирования  занимает не более 4 часов непрерывной работы. Еще примерно столько же уходит на рисунки.
Я бы и рад говорить заказчикам, что сделаю все за три дня, да вот само моделирование может отнять как день, так и пару недель. Причём, не угадаешь заранее нифига. Обычно, чем очевиднее граничные условия, тем быстрее решается обратная задача, но последние мои несколько объектов здорово опровергли это наблюдение.

Интересная задачка

Попался мне тут интересный объект — дом с подземным гаражом в братеево (точно напротив бывших люблинских полей фильтрации, через реку).
Сам дом ничего особенного не представляет — просто для него обязательно надо делать прогноз влияния на подземные воды. Ну, а это как-раз мой профиль. Начал, значит, я фильтрационную схематизацию обдумывать. Смотрю на рельеф: по архивным скважинам и топокартам отметки 130—140 м, а на геоподоснове — 122. Чертовщина. Разобрался, правда, быстро: срезали там холм при застройке района. 20 четвертички с террасы как корова слизала — была четко выраженная терраса, а стала вровень с поймой. А дом стоит на пойме как раз, но практически у бровки террасы. И теперь большой вопрос — как эту бровку теперь моделировать. Вроде там одна юра, значит типа непроницаемая граница, но с другой стороны, насыпуха наверняка какая-нибудь есть. И разгружается горизонт в ней, как пить дать в пойму. А дом то как-раз у бровки, а значит, от того, что я на ней задам,  будет ой как много зависеть.

Опытно-фильтрационные опробования

Интересно, а зачем изыскателей заставляют проводить ОФР? Достоверность же вообще никакая. Что ни разу не удивительно, если учесть, что в большинстве случаев режим подземных вод не только нарушен (что само про себе существенно снижает точность ОФР) но и существенно нестационарен (что снижает эту точность вовсе до нуля).
Взять среднее литературное значение для данного типа грунта — и то точнее будет. Впрочем, так многие и делают.

Про архивные материалы

Во всех крупных административных образованиях нашей страны есть свой геологический фонд, в котором собираются все отчеты по изысканиям. И каждая компания, занимающаяся инженерно-геологическими изысканиями, обязана сдавать свои отчеты в эти фонды. Потом, по-идее, эти отчеты можно получить, подав соответствующий запрос. Почти всегда эта услуга — платная. И в 99% случаев гарантируется куча геморроев: допуски, секретности, бланки-шманки. Сущий кошмар, на самом деле. Все очень долго и без гарантии успеха. Причем, что характерно, фонды финансируются за счет бюджета — с какого хрена они еще и денег с изыскателей требуют — загадка. Хотя ответ на нее прост: это все до первого визита ФАС.
За другие фонды не скажу, но московский, ведомый ГУП МОСГОРГЕОТРЕСТ, повадился вместо первички выдавать некую справку о геологическом строении территории, составленную на основе фондовых данных, вверенных им на хранение (впрочем, не только на хранение, они там еще наукой типа занимаются). За огромные по меркам небольшого бизнеса деньги, эти орлы лепят невероятнейшую халтуру,  пользуясь тем, что доступ к первичке есть только у них и поймать за руку никто не может, а кто может — ни в жизнь не будет портить отношения с трестом.
Разумеется, информационная безопасность в фондах налажена весьма хорошо — еще бы, фактически на деньгах сидят: компы без устройств вывода окромя монитора, никаких флешек на рабочем месте и т.д.
Тем удивительнее тот факт, что каким-то невероятным образом народ умудряется тягать первичку.
Да, приходится потом тратить время на ее анализ, но это всяко будет качественнее, дешевле и быстрее, чем полагаться на трестовскую «справку».
Как я уже говорил, каждый изыскатель обязан сдать свой отчет в региональный фонд. Самое смешное, что даже это  целая эпопея. Все данные должны быть предоставлены в удобном для экспорта в базу треста виде. Проверяется даже формат даты в таблицах — и не дай бог он окажется неправильный. Придется исправлять и посылать заново. Забавно, да? Бесплатно делишься своими данными, за которые потом кто-то заплатит денег не тебе, так еще «пол дня бегаешь, чтоб фотографию отдать». Бред полнейший, возможный только у нас — наследие бездумной приватизации.

Одним словом, сложившаяся ситуация требует существенного реформирования. Причем, чем скорее, тем лучше.

Инструментарий — визуализация

Третий этап работы над геофильтрационной моделью: оформление отчета и визуализация результатов. Отчет я предпочитаю писать в Word. Безусловно есть и более удобные инструменты, а главное — более гибкие, но клиенты не особо жалуют pdf, а альтернативы еще из детских штанишек не вылезли.
Подготовка табличных данных — ясное дело — Excel. А вот графики предпочитаю доверять Golden Software Grapher. Опять же, её есть гораздо более мощные программы. Тот же Origin, к примеру, так что если есть время их их изучать, то никто не запрещает. Коллеги утверждают, что оно того стоит.
Это все была присказка, главное будет дальше. Ведь самое важное, сложное и интересное — визуализация модельных данных. Для простеньких задач, не требующих прохождения экспертизы, вполне бывает достаточно встроенных средств программ-препроцессоров (тут они выступают уже в качестве «постпроцессоров»). Результат будет выглядеть бледненько, но для понимания картины вполне достаточно, особенно если не полениться и дорисовать по-человечески условные обозначения. Увы, для уважаемых экспертов понимание вовсе не главное, на первом месте — «чтобы было красиво». А для этого встроенных средств как правило недостаточно. Хотя GMS или тот же Visual Modflow достаточно продвинуты в этом плане, но для получения удовлетворительного результата придется изрядно повозиться. Впрочем, некоторых «фишек», вроде «свечек» с невязкой по наблюдательным скважинам в GMS, иногда очень не хватает.
Так вот. Все известные мне программы для моделирования умеют экспортировать результаты расчетов в виде таблицы x, y, H, где x, y — координаты центра ячеек, а H — значение напора (или другого расчетного параметра). Полученная таблица отлично поддается интерполяции с помощью того-же GS Surfer (чего-то мой бложик становится все больше и больше похож на рекламную компанию продукции Golden Software). Полученные изолинии из Surfer можно этим экспортировать в любую GIS. Мне нравится Mapinfo. Существует мнение, что ArcGIS существенно мощнее, но я как-то сломался в нем разбираться, MI существенно проще для новичка, а главное - для поставленных задач больше и не надо.
В результате получаются карты типа вот такой (на карте показано влияния «стены в грунте» на водоносный горизонт):

О дренажах и гидроизоляции

Какая-то сволочь (не будем показывать пальцем, как говорится) убедила некоторых экспертов Мосгорэкспертизы в том, что гидроизоляция может защитить фундаменты от подземных вод. Это при том, что в паспортах гидроизолирующих материалов пишется какую влажность они могут выдержать: 75-80%, но если фундамент в воде, то там влажность все 100% и никакая гидроизоляция тут уже не спасет.
Самое неприятное, что на период строительства и на первое время гидроизоляция вполне справляется, но через несколько лет все-равно начинает течь. После чего эксплуататоры здания прибегают к нам с выпученными глазами: «спасите от подземных вод». Глаза выпучиваются еще больше, когда они получают смету на проектирование и реализацию дренажа у уже существующего здания.
К счастью, большинство заказчиков это отлично понимают и для удовлетворения экспертов в отчетах пишется про возможность применения гидроизоляции, а основным вариантом все-равно остается дренаж.

Инструментарий — моделирование

Программ, а чаще даже программных комплексов для создания геофильтрационных моделей создано великое множество. Одних только классификаций можно придумать штук несколько: аналитические, полуаналитические, численные, конечно-разностные и конечно-элементные, профильные, радиальные и трехмерные и т.д. и т.п. Конечно же я не могу похвалиться досканальным знанием каждой из них. Более того, относительно хорошо я разбираюсь от силы в двух-трех программных комплексах.
Одной из самых популярных программ для гидрогеологического моделирования является разработка Геологической Службы США — MODFLOW. Программа работает в консольном режиме, принимая на входе специально сформированные текстовые файлы, и на выходе — тоже файлы. Не сложно догадаться, что эффективно работать с такой программой в «голом» виде решительно невозможно. Для облегчения труда модельеров было создано множество т.н. препроцессоров — программ, предназначенных для удобной и интерактивной подготовке данных для MODFLOW. Большинство из них также представляют инструментарий для визуализации полученных результатов расчетов.
К таким препроцессорам относятся такие программы как: GMS, Visual Modflow, PMWin и многие, многие другие.
У каждой программы есть свои достоинства и недостатки. GMS, к примеру, являясь мощным мультипроцессорным комплексом с весьма развитой Gis-оснасткой, в тоже время не может похвастаться особой стабильностью в работе, особенно с большими объектами.
Visual Modflow — наоборот достаточно стабилен, но в нем крайне сложно работать с моделью на уровне отдельных ячеек (впрочем, у GMS с этим тоже не все в порядке, хотя и получше) и список поддерживаемых программ-процессоров ограничивается собственно самой MODFLOW, PEST и парой довесков для расчета геомиграции.
Своим ученикам (да, я преподаю моделирование на курсах повышения квалификации) я всегда советую начинать с простого, но очень мощного (не в последнюю очередь, благодаря своей простоте) программного пакета Processing Modflow (PMWin).
Об этой замечательной программе я буду еще много писать — это мой любимый инструмент, в ней я делаю 90% своих моделей. К её несомненным достоинствам стоит отнести удобство и интуитивную простоту работы с модельной сеткой. Ну, а самое главное — программа не делает попыток думать за пользователя. Это сперва кажется не очень удобно, особенно в процессе обучения, зато когда сталкиваешься с реальной проблемой, все эти свистелки и перделки только мешают. Работая в PMWin, ощущаешь модель на самом низком уровне — ниже только вручную файлы набивать. В то же время, при должном умении, создание модели «с нуля» в этой программе занимает не больше времени, чем в более навороченных аналогах.

Инструментарий

Мне очень хочется рассказать про все имеющееся в арсенале специалиста гидрогеолога-модельера программные средства, но это займет не один пост. И, пожалуй, даже и не два — посмотрим, как дело пойдет.
Поэтому начну с того, с чем регулярно приходится работать лично мне. Опишу свой, как говорится, workflow.
Создание геофильтрационной модели как правило происходит в несколько этапов:
1) Сбор и анализ имеющихся материалов. Если со сбором всё более или менее понятно — поднимаются связи в региональных фондах, достаются полулегально (о причинах этого маразма я обещаю как-нибудь рассказать) колонки скважин и отчеты по изысканиям, детальные карты и т.п.; то с анализом всего этого, нарытого праведно и неправедно добра, часто возникают затруднения. Лично мне удобнее работать с цифровыми данными, поэтому в первую очередь я перевожу все бумажные материалы в цифровой вид. Сканирую текст отчетов, карты (о них, кстати, будет еще много записей в этом блоге, ибо тема весьма благодатная), вбиваю в табличном виде содержимое колонок и так далее. Инструменты на данном этапе использую следующие: программа для сканирования и распознавания текста; Golden Software Surfer — для интерполяции точечных данных; GIS Mapinfo — привязка и векторизация карт и схем, а также создание новых (об этой замечательной программе я тоже еще буду много рассказывать); Microsoft Excel — ну, это понятно: работа с любыми табличными данными. Много еще каких программ используются на этом этапе по мере необходимости, но эти четыре поменяются мною всегда.
2) Второй этап — самый муторный, заключается в подготовке полученных на первом этапе данных к экспорту в программу моделирования. Тут используются все те же Excel и Surfer. Ну, и встроенные средства моделирующих программ, о которых позже.
Про следующие этапы — непосредственно моделирование и визуализацию результатов я расскажу в следующий раз.