Processing Modflow 8 бесплатно

К слову сказать, с июля этого года компания Simcore начала бесплатно раздавать Processing Modflow 8. В дополнение к уже давно бесплатной Processing Modflow 7. А версию 5.3 так и вовсе найти почти невозможно.

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. 

Simcore Processing Modflow v8

Небольшой, но очень приятный праздник на нашей улице. Популярная программа для геофильтрационного моделирования Simcore Processing Modflow в последних релизах избавилась от нескольких назойливых ошибок, благодаря которым ею совершенно было невозможно пользоваться. В первую очередь, речь идет об ошибке в диалоге редактирования полилиний.
Скачать пробную версию программы можно с сайта разработчика: simcore.com/download.

Сертификат для Modflow дубль два

К моей давнишней записи появилось существенное дополнение.
На сайте сертификационного центра выложен список сертифицированных программ: csert.ru/list.php. Вот цитата из него:

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 5.3	Геофильтрационные 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

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.

Русская инструкция к MODFLOW

Вы не поверите, что я откопал! Я нашел частичный перевод инструкции к программе Processing Modflow 5-й версии. Я знал, что он существует — его делал мой научный руководитель в универе М.М. Кузнецов, но поскольку я достаточно свободно владею техническим английским, то мне он как-то не особо был нужен и я его не сохранил. Наткнулся я на него в профильном сообществе вКонтакте. В общем, кому надо, качайте: русскую инструкцию 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. Считайте это моим новогодним подарком читателям.

Перевод отметок рельефа из Autocad в табличный вид

При подготовке данных для моделирования весьма часто возникает необходимость в конвертации отметок рельефа из геоподосновы, сохраненной в формате Autocad DWG, в табличный вид (типа X, Y, Z) для того, чтоб скормить эти данные какому-нибудь интерполятору (Surfer или встроенный в PmWin “Field Interpolator”).
Я почти уверен точно знаю, что эта задача может быть легко и быстро решена с помощью самого Autocad — достаточно запустить соответствующую программу на LISP-е и радоваться жизни. К сожалению, я LISP-а не знаю, да и вообще не являюсь большим специалистом в автокаде.
В современных версиях автокада эта проблема решается еще проще: через инструмент, расположенный в пункте меню Tools\Data Extraction. Инструмент довольно мощный, но в нестандартных случаях возможно придется повозиться.
Но проблему как-то надо решать. Я предлагаю использовать для этого MapInfo (согласен, для кого-то это выглядит сменой шила на мыло). Далее по пунктам:

1. Конвертируем слой с отметками (желательно, чтоб слой содержал только отметки в текстовом виде, без самих точек) из формата Autocad DWG  в формат MapInfo TAB (с помощью встроенного в MapInfo мини-приложения Universal Translator).
2. Подчищаем полученную таблицу от нетекстовых элементов: это можно сделать несколькими способами, наиболее удобный и быстрый — мини-приложение MapCad, но можно и с помощью Query Select и функции ObjectInfo(obj, 1), но там придется сначала создать дополнительный столбец в таблицу, занести него результат выполнения функции ObjectInfo(obj, 1), а уж потом делать Query Select по этому столбцу, выбирая значения, отличные от 10 (а 10 — это как раз текстовые).
3. Еще разок запускаем Update Column (создайте новый столбец с типом float или смените тип существующего столбца) с той же функцией, но с другими параметрами: ObjectInfo(obj, 3). Если все сделано правильно, то в вашей таблице появится столбец типа float с отметками рельефа.
4. Запускаем мини-приложение Coordinate Extractor: в таблице теперь будут столбцы с координатами центра текстовой подписи отметки рельефа. Вот тут важно отметить явный недостаток рассматриваемого метода: наши точки будут немного смещены относительно реальных отметок — ровно на столько, на сколько отличаются координаты середины метки от координат точки замера. Если вы страдаете перфекционизмом, то эту проблему можно решить с помощью простейших математических операций со свежеполученными координатами.
5. Запускаем Table/Create Points, если хотим заменить тектовые метки на точки (а уж сами метки пусть MapInfo своими силами рисует, благо соответствующий столбец в таблице уже есть).
6. Экспортируем полученную таблицу в нужный текстовый формат (txt или csv).

Метода только выглядит громоздко, на самом же деле, у меня уходит на все эти действия не больше минуты — главное не сбиваться и соблюдать порядок действий.

Processing MODFLOW. Параметры.

К параметрам модели относятся:

• Горизонтальный коэффициент фильтрации и Проводимость Horizontal Hydraulic Conductivity and Transmissivity.
  Коэффициент фильтрации должен быть задан для безнапорных и напорно/безнапорных слоев с переменной проводимостью (тип 1 и 3). Проводимость может быть задана для напорных и напорно/безнапорных слоев с постоянной проводимостью (тип 0 и 2).
  Горизонтальный коэффициент фильтрации в общем случае характеризует проницаемость вдоль модельных строк. Проницаемость вдоль модельных столбцов получается путем умножения этой величины на коэффициент горизонтальной анизотропии (anisotropy factor, задается в диалоговом окне Layer Property dialog box).
  Для безнапорного слоя проводимость считается как произведение коэффициента фильтрации на разность уровня воды и подошвы слоя (если в том же Layer Property dialog box явно не задана опция user-specified transmissivity).
  Важно понимать, что «внутре» MODLFOW всегда коэффициент фильтрации пересчитывает в проводимость. Просто в случае с безнапорным слоем проводимость уточняется на каждой итерации (точно не помню, но кажется этот момент тоже настраивается — можно пересчитывать проводимость не на каждом расчетном шаге).
• Перетекание и вертикальный коэффициент фильтрации Vertical Leakance and Vertical Hydraulic Conductivity.
  Параметр перетекания расчитывается MODFLOW по формуле:
  VCONT=\frac{2}{\frac{m_k}{(k_z)_{k,i,j}}+\frac{m_{k+1}}{(k_{z})_{k+1,i,j}}}
  где:
  m_k - мощность k-ого слоя;
  (k_z)_k,i,j - его вертикальный коэффициент фильтрации.
  Вы можете задать VCONT явно (Vertical Leakance), либо в виде коэффициента фильтрации (Vertical Hydraulic Conductivity). Казалось бы, зачем в здравом уме заниматься ручным расчетом перетекания, если можно не мучаться и задать коэффициент фильтрации — однако, есть ряд задач, где это необходимо.
• Коэффициент вертикальной анизотропииVertical Anisotropy.
  Ну, тут все просто — это отношение горизонтального коэффициента фильтрации к вертикальному. Поддерживается версиями MODFLOW-2000 и старше. Сильно упрощает процесс решения обратных задач геофильтрации — подбирая проницаемость толщи не приходится синхронизировать значения коэффициентов фильтрации по разным осям.
• Эффективная пористость Effective Porosity.
  Не буду напоминать определение эффективной пористости — она есть в любом учебнике. Отмечу лишь, что на решение задач геофильтрации этот параметр не влияет, в отличие от миграционных задач.
• Упругая емкость (породы) Specific Storage, Упругая емкость пласта Storage Coefficient и Гравитационная емкость Specific Yield.
  Эти параметры используются при работе с нестационарными моделями. Упругая емкость пласта — это упругая емкость, умноженная на мощность пласта, и вы ее можете задать явно, либо предоставить выполнение операции умножения программе. Для безнапорных и напорно/безнапорных слоев надо еще задать гравитационную емкость Specific Yield.

За подробностями и определениями отправляю вас к литературе:

1. Wen-Hsing Chiang: “Processing Modflow PRO”, April 6, 2006;
2. Simcore Software: “Processing Modflow. An Integrated Modeling Environment for the Simulation of Groundwater Flow, Transport and Reactive Processes”, July 5, 2012;
3. Шестаков В.М.: «Гидрогеодинамика», 1995 г.

Скачать программы для гидрогеологического моделирования

У меня очень часто спрашивают, где можно скачать (или хотя бы посмотреть) программы для гидрогеологического моделирования. Добавил соответствующий раздел в FAQ и для надежности продублирую тут.

• Бесплатная версия PMWIN 5.3 — http://www.simcore.com/pm53
• Пробные версии PMWIN 7 и 8 — http://www.simcore.com/download
• Разные варианты Visual Modflow — http://www.swstechnology.com/groundwater-software/groundwater-modeling
• Aquaveo GMS — http://www.aquaveo.com/gms
• ModelMuse — http://water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html
• mflab — http://code.google.com/p/mflab/
• Interactive Ground Water — http://www.egr.msu.edu/igw/igw_download.html
• Geolink ModTech — http://www.geolink-consulting.ru/products/modtech/download.html
• AnAqSim — http://www.fittsgeosolutions.com/index.html
• Groundwater Vistas — http://www.groundwater-vistas.com/gwv/product_info.php?products_id=43
• Leapfrog Hydro — http://www.leapfrog3d.com/products/leapfrog-hydro

Сертификат соответствия для Modflow

Есть у наших доблестных экспертов и представителей СРО такой пунктик: требовать от гидрогеологов сертификат соответствия и лицензию на расчетные программы. Вообще, согласно нашему законодательству, сертификация программных средств является добровольной и экспертам рекомендовано интересоваться наличием этих самых сертификатов соответствия. Насколько я помню, из всей массы программ для геофильтрационного моделирования сертификат есть только у Geolink ModTech, да и то не факт, что он до сих пор действителен. Modflow, являясь некоммерческой разработкой Геологической Службы США, такой сертификации не проходил. Кроме того, почему-то сертифицируют у нас не сам расчетный модуль (что было бы логично), а т.н. пре- и постпроцессоры. Вот, две полезные ссылки по теме:

1. http://csert.ru/doc/r3.htm
2. http://csert.ru/doc/letter.htm

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.

Справка об используемых программных средствах

В настоящее время наиболее разработанными и широко используемыми во всем мире для решения задач связанных с моделированием движения подземных вод являются программа MODFLOW и связанные с ней программы MODPATH, MT3DMS,PEST и некоторые другие. Начало разработки этого пакета программ положено более 20 лет и в настоящее время он является наиболее оттестированным и надежным. MODFLOW и связанные с ней программы фактически являются мировым стандартом для решения задач фильтрации и массопереноса. Большая часть задач, связанных с поземной гидросферой, решается на основе использования этих моделей. При порождении международных экспертиз часто требованием экспертов является именно использование этих программ.
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.

Что же касается лицензий на дорогостоящие программные комплексы типа PMWIN 8.0, Visual MODFLOW, GMS и т.п., то все что я могу посоветовать — это купить их. Других вариантов у меня нет.

Важное дополнение! На сайте сертификационного центра выложен список сертифицированных программ: http://csert.ru/list.php. Вот цитата из него:

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 5.3	Геофильтрационные 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

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.

Обучение гидрогеологическому моделированию

Небольшое пополнение в FAQ:

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.

Processing MODFLOW. Создание модельной сетки.

Итак, наконец-то у меня дошли руки до давно обещанного краткого (подчеркиваю!) руководства по геофильтрационному моделированию в программе Processing Modflow. Сразу предупрежу: у меня нет под рукой бесплатной версии этой программы (5.3.1), поэтому пункты меню я буду приводить на примере седьмой версии. Принципиальной разницы между ними нет, но стоит иметь в виду, когда будете сталкиваться с несоответствиями.

Начинается процесс с создания модели: File/New Model – настоятельно рекомендую создавать для каждой модели отдельную папку и назначать им (модели и папке) – «говорящие» названия.

Затем мы переходим к заданию сетки: Grid/Mesh Size. В открывшемся диалоговом окне предоставляется возможность задать следующие параметры:

• количество слоев (Number of Layers) – тут главное не переборщить, т.к. добавить в случае чего новый слой достаточно легко, а вот удалить практически невозможно (правда, можно отключить, сделав все ячейки слоя неактивными);
• толщину модели (Model Thickness) и отметку кровли верхнего слоя (Model Top Elevation) – опциональные параметры т.к. толщина модели все-равно определяется суммарной мощностью слоев, геометрия которых задается позже, где задается и рельеф кровли верхнего слоя;
• количество ячеек по оси Y или количество строк (Number of Rows);
• размеры модели по оси Y (Model Extent) – очевидно, что размеры ячеек по оси Y будут определяться как отношение Model Extent к Number of Rows;
• количество ячеек по оси X или количество столбцов (Number of Columns);
• размеры модели по оси X (Model Extent);
• вертикальный масштаб (Vertical Exaggeration).

Переключившись во вкладку Coordinate System, мы можем задать координаты сетки и просмотрового окна. Важно заметить, что в качестве начала координат используется верхний левый угол модели. Кроме того, там же задается угол поворота сетки.

После нажатия на “Ok” мы попадаем в главное рабочее окно программы (мы его еще ни раз увидим, когда будем задавать параметры и граничные условия). Здесь мы можем подправить небольшие огрехи, допущенные на этапе задания сетки: подвинуть сетку, изменить угол поворота, изменить размеры ячеек. Для разбиения сетки в областях наибольшего интереса рекомендую сначала выйти из главного окна с сохранением, а потом зайти обратно в Grid/Mesh Size – в этом случае в меню по правому клику на ячейке появятся пункты, отвечающие за разбиение ячейки.

Кстати, уже на этом этапе появляется возможность подгрузить векторные и растровые подложки (Options/Maps…). PM достаточно привередливая программа в плане поддерживаемых форматов: векторный DXF, к примеру, она «кушает» только допотопных версий 2000 года, а растровый файл должен заведомо превышать размеры просмотрового окна. В общем, тут им много чего надо доработать.

Processing MODFLOW. Введение.

Мои немногочисленные, но  постоянные читатели совершенно справедливо заметили, что я  немного обленился и не обновляю блог. Прошу прощения, немного забегался в последнее время — семья, дети и все такое. Тем не менее, забрасывать проект я не планирую. В подтверждение тому предлагаю вашему вниманию небольшую серию статей, описывающую одну из самых популярных (про крайней мере в академических кругах) программу для численного моделирования геофильтрации — Processing MODFLOW (PMWin).
В мои должностные обязанности в свое свое время входило обучение основам  моделирования новых сотрудников и  коллег из сторонних организаций. Многие из них в впоследствии вполне успешно продолжили деятельность на этом поприще, так что мою методу вполне можно считать состоявшейся, хотя,  несомненно, не лишенной недостатков. Комментарии, а  особенно конструктивная критика, категорически приветствуются.

Описание работы с препроцессором (о сути этого названия я писал раньше) у меня практически полностью совпадает со структурой программного меню, которая, в свою очередь, соответствует последовательности создания модели. За эту особенность я и люблю использовать эту программу в качестве учебного пособия. Собственно говоря, англоязычная инструкция к программе написана так-же – именно как последовательное описание пунктов меню.
Скачать бесплатную версию Processing Modflow - там, правда, доступна достаточно древняя версия 5.3.1, но она хотя бы бесплатная. Более новая 8-ка вообще неработоспособна (там в коде перепутаны идентификаторы полей ввода в некоторых диалогах, что приводит к совершенно невообразимым глюкам). Лично мне нравится семерка, но она платная. Я буду описывать именно седьмую версию – мне этот подход кажется наиболее универсальным. Если что-то будет непонятно, то я всегда рад общению.

Искал одно, нашел другое

Искал ссылку на программу для моделирования фильтрации Processing MODFLOW, а нашел онлайн-версию собственной статьи в журнале, о котором ни разу в жизни не слышал.

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.