Фриланс и гидрогеология

По мотивам увлекательной беседы в одном профильном сообществе в Telegram родилась идея поделиться советами и мыслями с начинающими фрилансерами на ниве гидрогеологии. Если кто не знает, то сам я «фрилансю» уже более 10 лет, так что опыт какой-никакой, да имеется.

1. Переходить на 100% фриланс имеет смысл только тогда, когда доход от «леваков и шабашек» начнет существенно превышать зарплату. Причем не в месяц, а в среднем за год, а лучше полтора-два.
2. Очень сложно не психануть в периоды кризисов, когда по несколько месяцев вообще нет работы. Соответственно надо иметь подушку безопасности минимум на полгода привычной жизни.
   
3. Из п. 2 следует несколько выводов:
• Перед уходом в свободное плавание эту подушку следует сперва наполнить. Т.е. сначала подушка, потом увольнение из офиса.
• Если у вас ипотека или кредиты, то вероятно оптимальным вариантов будет сперва досрочно закрыть их за счет дохода с «леваков», а уж потом увольняться. Однако это плохо сочетается с актуальным рынком ипотеки, которую внезапно стало невыгодно досрочно погашать (но это отдельный большой вопрос, в котором я не сильно разбираюсь, просто краем уха слышал).
• Хочешь-не-хочешь, но придется вникать в тему инвестиций. С нынешним уровнем инфляции хранить деньги на депозите — равно терять по 2-3% накоплений в год.
4. Крайне рекомендую перед уходом в свободное плавание обзавестись как минимум одним, а лучше 2-3 постоянными клиентами с регулярными заказами. Будьте готовы к тому, что для этого костяка либо придется надолго зафиксировать цены, либо изначально обговорить постепенное повышение тарифа на уровень инфляции.
5. Поток заказов имеет довольно чёткую сезонность с двумя пиками (догадайтесь с трёх раз, с чем они связаны): конец весны и конец года. Соответствующим образом следует подходить к тайм-менеджменту: к началу мая и ноября крайне желательно подходить с минимумом текучки, иначе новые заказы не переварите.
6. Не стесняйтесь отказываться от работы. Чувствуете, что не сдюжите — скажите, чтоб писали мне. Я постараюсь что-нибудь придумать. Не хапайте всё подряд, особенно если чувствуете, что заказчик «мутный». Да, таких в последнее время тоже полно. И ладно бы просто не платили. Бывает и гораздо хуже — можно за 100 рублей и «срок с пола поднять».
7. Не беритесь за срочные заказы в области, в которой плохо разбираетесь, но если чувствуете  себе желание расти и развиваться, то при гуманных сроках не стоит огульно отказываться от всего нового. 
8. Держите связь с коллегами и если уж отказываете заказчику, то обязательно посоветуйте пару человек, к которым можно обратиться.

Processing MODFLOW — почему не считается модель

Опытные коллеги конечно же об этом знают, а вот начинающим будет полезно знать, что найти причину ошибки можно двумя путями:

1. При запуске модели на счет (Models/MODLFOW (Run Simulation)/Run...) надо поставить галочку у пункта Check Model Data. Запустить счет, а потом в простом текстовом редакторе посмотреть содержимое файла CHECK.LIS, который появится в каталоге с моделью.
2. Некоторые неочевидные ошибки проверка из предыдущего пункта к сожалению пропускает. Тогда придется после неудачного запуска модели на счет воспользоваться «тяжелой артиллерией» — открыть файл output.dat (опять же в простом текстовом редакторе). В нем хранится вся служебная информация о последнем запуске, в т.ч. и ошибки. Файл пишется последовательно по мере выполнения MODFLOW, поэтому указание на ошибку чаще всего надо искать в самом конце файла. 

Кстати, похожие инструменты доступны и в других препроцессорах. 

Малодебитные откачки

Иногда у изыскателей возникает необходимость в проведении опытно-фильтрационных работ (откачек) в слабопроницаемых грунтах. В суглинках с прослоями песков, к примеру. Дебиты таких откачек могут измеряться буквально литрами в сутки. Насколько я знаю, промышленность не выпускает скважинных насосов столь малой производительности. Однако, этого и не требуется. Дарю «ноу-хау» от моего хорошего знакомого и коллеги: для регулирования расхода до сколь угодно малых значений достаточно на выходе из водоподъемного шланга поставить банальный сантехнический тройник, а один из выходов с тройника направить обратно в скважину. Регулируя расход на выходах с помощью кранов можно качать 50-кубовыми ЭЦВ-шками с дебитом хоть поллитра в сутки.

Тампонаж разведочных скважин

Знаю, что меня читают высокопоставленные коллеги из области инженерно-геологических изысканий. Обращаюсь к ним: пожалуйста, внимательнее относитесь к вопросу ликвидации геолого-разведочных скважин. Уже не первый раз ко мне обращаются за консультацией с вопросом что делать, когда вода по стволу незатампонированной скважины поступает из нижележащего напорного горизонта в котлован. Все это превращается в большой геморрой для строителей и финансовые и репутационные издержки для изыскателей.

Предварительные расчеты

Хочу дать очень полезный совет, а скорее сделать самому зарубку на память. Всеми силами избегайте выдачи заказчику любых предварительных результатов расчетов. Особенно в виде полноценного отчета. Особенно при отсутствии соответствующего пункта в ТЗ (разумеется, вставлять его в ТЗ — ошибка). Особенно, если расчеты основываются на слабом факт-мате.

О калибровке модели

Нельзя упускать возможность калибровать модель (ну, т.е. решать обратную задачу) не только по значениям напоров в скважинах, но и по какой-нибудь расходной статье: дебит родника или самоизливной скважины; прирост расхода реки за счет подземного стока и т.п.
В этом случае качество и обоснованность решения обратной задачи существенно возрастает. И вот почему. Если вспомнить закон Дарси:
u=k\cdot I
то не сложно заметить, что нельзя определить k, не зная u и I, т.е. подбирать коэффициент фильтрации, основываясь только на знании градиента, — можно конечно, но для этого обладать большим разнообразием хорошо обоснованных граничных условий, а не только одну границу I-рода по периметру модельной сетки, т.к. при таком раскладе модель может вообще не давать изменения градиента при подборе коэффициента фильтрации. А все вариации будут выражены в изменении расхода потока. Можете сами проверить на простейшей тестовой модели.
Когда речь идет о серьезных гидрогеологических исследованиях, то эта рекомендация превращается в обязательное требование.

Особенности сеточной дискретизации при задании скважин

В комментариях к статье моделировании водозаборных скважин мне задали вопрос:

...как в расчете учесть прямоугольную сетку?

Вынесу свой ответ в виде отдельной записи, т.к. он может оказаться полезным не только вопрошающему.

В статье постулируется, что Δx=Δy, что в общем случае не совсем так. Берите среднее значение (Δx+Δy)/2 - не сильно ошибетесь. Но вообще, лучше делать сетку квадратной вблизи скважин. Если сетка сильно прямоугольная, т.е. Δx>>Δy, то модельный поток вблизи скважины становится совсем не радиальным, а это приводит к существенным неточностям.

Кстати, насчет среднего значения я могу и ошибаться, мне тоже было лень думать. Так же представляется очевидным, что если Δx>>Δy и, следовательно, модельный поток перестает быть похожим на радиальный, то вообще все выкладки из статьи перестают работать. Отсюда совет: проще сделать сетку у скважин квадратной, чем городить огород, пытаясь учесть неравенство сторон модельной ячейки. Кроме того, вообще считается, что соотношение сторон не может превышать 3 (4 в военное время) на всей площади модели, а особенно вблизи фильтрационных границ.

Коллегам на заметку

Местная система координат города Железнодорожный отличается от Московской местной системы координат сдвигом точки отсчета ровно на 28 км на восток и на 6 км на север.

Развенчивая мифы

Среди начинающих гидрогеологов бытует мнение, что для обучения гидрогеологическому моделированию достаточно в подробностях изучить какой-либо из имеющихся инструментов и всё — специалист-модельер готов. К сожалению, это не так. Владение инструментом — необходимое, но недостаточное условие. Более того, доскональное знание всех особенностей программы, приводящее к зацикливанию на технической стороне решения проблемы, зачастую даже мешает. Как я уже говорил, модель — это некая визуализация представлений о реальности, возникших в голове специалиста. Очевидно, что если этих представлений в голове специалиста не возникает, то и модель ничего общего с реальностью иметь не будет. Еще чаще случается так, что представления хоть и есть, но неверные.

Ключ к решению — только опыт. Опять же, представляется очевидным, что на начальном этапе карьеры, когда опыта нет и быть не может, его придется позаимствовать. Словом, ищите наставника. Причем вовсе не обязательно, чтоб он сам занимался моделированием — просто опытный гидрогеолог подойдет не хуже.

p.s.: А мне повезло, я учился у лучших.

Правильная засыпка дрены

Наиболее применяемая конструкция дренажа (кликабельно)

Любой специалист по водопонижению вам подтвердит, в дренаже самое главное — его реализация. Даже идеально рассчитанный и спроектированный дренаж может быть реализован на месте так, что перестанет работать через месяц после начала начала эксплуатации.

Тем более удивительно, что некоторые т.н. специалисты умудряются публиковать в интернете советы по засыпке дренажа, прямо противоречащие всем нормам и здравому смыслу. В первую очередь это касается вопроса обмотки дренажной трубы геотекстилем (у нас его еще называют дорнит или дарнит). Так вот, никаких фильтрующих обмоток трубы быть не должно. Это безграмотно! Труба с фильтрующей обмоткой применяется только для осушения сельхозугодий, т.к. фильтровых обсыпок там не применяют и труба лежит в коренном грунте. Эти системы работают короткое время (1-3 года, не более). Геотектиль обматывается вокруг призмы из щебня, предотвращая таким образом её заиливание.

За помощь в создании этой заметки хочу поблагодарить специалистов проектного отдела ЗАО «ДАР/ВОДГЕО».

ООПТ в Москве

Ставлю себе памятку на будущее, авось еще кому-нибудь пригодится: если считаете гидрогеологический прогноз влияния подземной части сооружения, дренажа или строительного водопонижения на подземные воды, обращайте внимание на ближайшие парки и рекреационные зоны. Дело в том, что они вполне могут оказаться т.н. Особо Охраняемыми Природными Территориями (ООПТ) и в итоговом отчете нужно отдельно о них упомянуть. В частности, надо оценить последствия проектируемых мероприятий на растительный и животный мир, а так же на водный режим территории.

Как ускорить работу MapInfo

Думаю, для тех, кто много работает с этой программой, мой следующий совет новостью не станет, хотя лично я о этой функции частенько забываю. Так вот, если вы заметили, что MapInfo начал ни с того ни с сего заметно подтормаживать в процессе отрисовки карты при зуммировании или перетаскивании, то вам поможет функция Table\Maintenance\Pack Table, «натравленная» на самые большие открытые таблицы. Скорость работы возрастает на порядки. Не забудьте предварительно сохранить все таблицы и рабочее пространство (особенно его, т.к. в процессе «упаковки» таблицы будут закрыты).

О языках

Уважаемые начинающие гидрогеологи-моделисты и им сочувствующие, всеми святыми заклинаю вас — учите английский язык. Без него вы гарантированно не состоитесь, как специалисты. К величайшему сожалению, отечественная школа геогидродинамики (одним из маленьких разделов которой и является фильтрационное моделирование) умерла вместе с Мироненко и Шестаковым. Но, как говорили классики, «заграница нам поможет»! Вы не представляете, сколько интересных статей публикуется в англоязычной научной периодике — у нас даже в лучшие годы не было и 10% от этого объема. А ныне и говорить даже не хочется. А как невообразимо прекрасны гидрогеологические группы в LinkedIn — но этом я уже говорил. Они закрыты, поэтому ссылку давать бестолку: ищите в поиске по запросу "MODFLOW","Groundwater Modeling", "Hydrogeology" и т.п.
Так что не надо спрашивать у меня ссылку на русское руководство к Modflow — даже если бы знал, не сказал. Учите язык. К счастью, гидрогеологический англо-русский словарь весьма прост в освоении.

Откачки при ИГ-изысканиях

Иногда так случается, что у изыскателя внезапно возникает необходимость в проведении опытно-фильтрационных работ на площадке будущего строительства. Если в штате фирмы нет гидрогеолога, то проблема рискует превратиться в серьезную. Особенно в свете того факта, что нынче в составе МГЭ завелась неведомая туча экспертов, перешедших туда из почившего «Гидропроекта». Уж в чем в чем, а в откачках они разбираются очень хорошо.
Итак, что же делать. Проще всего найти знакомого гидрогеолога, который поможет вам провести откачку и напишет соответствующую главу в отчет об изысканиях. В принципе, ничего сложного в этом нет, если знаешь «как». И если работать в частном порядке, то это совсем недорого получится. Специализированные предприятия конечно же цену заломят (особенно любят ломить цены фирмочки, связанные с вышеупомянутыми экспертами).
А так, все конечно зависит от ситуации, но в общем случае надо выполнить следующие пункты:

1. На основе имеющихся данных о гидрогеологических условиях надо составить программу откачек — сколько качать, где качать, с какой глубины качать и как долго.
2. Пробурить в отмеченных местах гидрогеологические скважины. Скорее всего придется их обсадить.
3. Провести откачки согласно программе. Потребуется насос и уровнемер (уровнемеры, если откачка кустовая). Рекомендую разориться на электроуровнемер — они удобнее особенно при замере уровня в скважине, оборудованной насосом. Есть еще ультразвуковые, но они стоят как самолет.
4. Обработать результаты откачек. Сложного тут ничего нет — всего пяток формул, но только опытный специалист знает — которую из них нужно применить.
5. Написать главу в отчет. Там буквально одна страница обычно получается, если не считать обязательного приложения в виде журнала откачки и графиков обработки.

P.S.: я не отношу себя к гуру опытно-фильтрационных работ, поэтому вполне мог что-то забыть или перепутать, поэтому если у вас есть дополнения — буду рад увидеть их в комментариях.

О дискретизации модели

Во всех учебниках по моделированию настоятельно рекомендуется дробить модельную сетку вблизи геофильтрационных границ — для минимизации краевых эффектов. Все про это помнят при плановой дискретизации, но часто забывают при вертикальной. Да, зачастую бывает достаточно вертикальной дискретизации, обусловленной лишь фильтрационными свойствами, но не всегда: рассмотрим классическую задачу со скважинным дренажом внутри несовершенной «стены в грунте».

4-слойная дискретизация.

9-слойная дискретизация.

Ну ладно картинки различаются, там еще и расходы скважин не бьются почти в два раза. Вот так вот.

И еще раз об осушенных блоках модели

Возвращаясь к напечатанному. Довольно типичная ситуация: «стена в грунте», внутри стены задан скважинный дренаж. Откачивающие скважины заданы как граничное условие второго рода. Запускаем расчет и получаем вот такую картину:

Такое впечатление, что из шести скважин работают только верхние две. Самое забавное, что так оно и есть, но в чем же дело?
Вот как вся эта ситуация это выглядит при итеративном расчете:

1. Работает скважина, снижается уровень воды.
2. Вдруг уровень стал ниже подошвы слоя — отключили ячейку со скважиной.
3. О, скважина исчезла (ячейка то с ней отключена) — уровень воды начинается повышаться.

А проблема в том, что отключенная из-за осушения ячейка не включится, а следовательно и скважина не заработает.
Как бороться с такой напастью. Да очень просто, почти все рецепты я уже описал в своей предыдущей записи на эту тему, к которым можно добавить еще один, а именно: задать скважины не расходом, а напором (понижением) — кстати, вовсе не обязательно использовать для этого первый род, можно попытаться учесть сопротивление прискважинной зоны и задать скважины третьим родом (пакетами General Head или даже лучше Drain). А расход скважин можно получить уже из Water Budget.

Где искать гидрогеологов

Если вам нужен хороший гидрогеолог и вы готовы принять в штат человека с небольшим опытом, то основным критерием выбора сотрудника после личных качеств становится ВУЗ, который заканчивал соискатель. Я не могу говорить за все университеты, но про столичные ВУЗы у меня скопилась приличная статистика. В Москве более или менее приличных гидрогеологов есть шанс выпустить только у двух заведений: МГУ им М.В.Ломоносова и МГРИ. Из прочих геологических заведений столицы нынче выпускают студентов, верующих в «лозоходство». Буквально.
Если говорить за всю страну, то я слышал о хороших гидрогеологических школах в университетах Санкт-Петербурга и Новосибирска (аберрация памяти — не слышал я ничего про гидрогеологов из Новосибирска, а мой научный руководитель, хоть и заканчивал НГУ, но во-первых он не гидрогеолог, а во-вторых, то был математический факультет), но лично со специалистами недавних выпусков оттуда не знаком, к сожалению.
P.S.: Простите, если кого обидел - ничего личного. Более того, буду рад ошибаться. Кстати, эту заметку вполне можно считать моей рекомендацией - куда стоит идти учиться на гидрогеолога в столице.

Гидрогеологический LinkedIn

Если вы владеете языком «вероятного противника» хотя бы на уровне чтения специализированной литературы и у вас есть аккаунт на LinkedIn, то я настоятельно рекомендую вступить в тамошнюю группу, посвященную геофильтрационному моделированию. Там что ни тема — то заголовок для диссертации. Очень сильный состав участников и глубина затрагиваемых вопросов.

Осушающиеся блоки модели

MODFLOW очень «не любит» маломощные безнапорные горизонты. Когда уровень воды в ячейке модели становится очень близок к отметке ее подошвы, MODFLOW ее делает неактивной и больше в расчете не использует. Даже если вокруг потоп и все окружающие эту ячейку блоки затоплены «под завязку», MODFLOW ее не включит в расчет и не обводнит. Следствием такой особенности являются проблемы с точностью и сходимостью расчета. Если отключенных ячеек оказывается относительно много, то модель почти гарантированно не сойдется при умолчальных настройках расчетных модулей (Solvers).
Для борьбы с этой напастью придумано масса способов:

• Можно поиграться с настройками солверов. Особенно помогает уменьшить Damping Parameter в настройках модуля PCG2.
• Иногда помогает просто сменить солвер. Неплохо сходится солвер GMG, но он поддерживает только MODFLOW-2000 и не все препроцессоры с ним совместимы.
• Полезно воспользоваться пакетом «обводнение» (Wetting Capability), который специально создан для борьбы с этим эффектом. К сожалению, само по себе использование этого пакета может привести к проблемам со сходимостью. За что боролись, как говорится. Хотя иногда он очень помогает, особенно при нестационарных расчетах процессов обводнения изначально сухих горизонтов.
• Самый радикальный способ — отказаться от расчета в безнапорной постановке и считать все слои напорными. В этом случае MODFLOW не будет отключать никакие сухие ячейки, в силу того, что проводимость в них не зависит от уровня воды. Такой подход приводит к заведомо большим расходам потока, но зато позволяет быстро получить хоть какой-нибудь результат. К тому же, при расчете тех же дренажей, небольшое увеличение расхода никакой беды не представляет, создавая некий запас прочности (главное помнить, что таких «запасов» часто оказывается не один и не два и в сумме они нарисуют такой  «запасище», что проектанты на стенку полезут).

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.