Аналитический расчет барражного эффекта

Давно чесались руки реализовать в электронных таблицах расчет, представленный в монографии В.И. Сологаева «Фильтрационные расчеты и компьютерное моделирование при защите от подтопления в городском строительстве» и реализованный в Ansdimat.
Наконец-то появилось на это время. Расчет доступен на Google Drive. Редактировать, разумеется, нельзя. Но можно скачивать и использовать в свое удовольствие.

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.

Прореживатель данных с логгеров

В последнее время при осуществлении опытно-фильтрационных работ для замера уровней (или еще каких параметров — минерализации, к примеру) в скважинах все чаще используются т.н. логгеры. Производят их много кто, вроде бы даже есть отечественные производители, но у меня есть опыт работы только с устройствами от фирмы Solinst. Не буду цитировать рекламные буклеты, просто скажу, что штука это невероятно удобная, настоятельно рекомендую попробовать — потом за уши не оттащишь. Стоят они однако весьма негуманных денег.

Однако у этих устройств кроме цены есть еще один недостаток, хотя и весьма условный: по-умолчанию замеры там сохраняются с постоянным шагом по времени, который хоть и задается в настройках, но при ОФР, очевидно, специалистами выставляется не очень большим. Как следствие на выходе мы получаем огромный CSV файл с кучей замеров с шагом в 5-10 секунд на протяжении 2-3-10 суток. Очевидно, что уже к концу первого часа такая частота замеров становится избыточной, особенно если возникнет необходимость в оформлении журнала откачки. 

Хочу поделиться своим инструментом для прореживания данных с логгера. Надеюсь, никому не потребуется инструкция к применению — там все предельно просто: вставляем исходные данные во вкладку Input, выставляем настройки во вкладке Options, копируем прореженный результат из вкладки Output.

Убедительная просьба: не надо присылать мне запросы на разрешение редактирования документа — все-равно не дам. Либо сделайте копию на свой Drive, либо сохраните в виде XLS на локальный диск. Все это можно сделать через меню File.

Расчет количества блоков модели

Сначала о грустном: ввиду претензий правообладателей пришлось удалить рубрику «Книжная полка гидрогеолога». Жалко конечно, но ничего не поделаешь.
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).

Гидрогеологический дайджест

An Alternative to Low Flow Groundwater Sampling: HydraSleeves. Оказывается, даже в такой консервативной области, как отбор проб воды из скважин, могут быть новые разработки. Как вспомню, как мы желонкой 50-метровую скважину «прокачивали» — в дрожь бросает.

Benefits of the HydraSleeve:

• You can sample for all compounds (not just VOCs)
• You can sample a well in less than 15 minutes
• You can cut costs by 50% to 80%
• You can reduce purge water to a big fat goose egg

Additional benefits of the HydraSleeve can be found here: http://www.hydrasleeve.com/learn-about-the-hydrasleeve.

Groundwater Sampling in a Snap. Еще одна ссылочка на вышеобозначенную тему.

Back in March, I wrote a post on the Joys of Low Flow Groundwater Sampling (or not). Instead, I reviewed an alternative to this procedure — the Hydrasleeve. At the same time, I came across another option for those of you out there that get as much enjoyment from low flow sampling as you do paper cuts, thistles, and flaming dog poo: The Snap Sampler.

Modeling Salt Water Intrusion: the Freshwater/Salt Water Interface. Меня тут недавно спрашивали об особенностях моделирования потока соленых и пресных вод. так вот, MODFLOW в чистом виде для этого не годится. Нужны другие модели. Типа той, о которой идет речь в этой заметке.

Due to the difference in density, there is a fairly sharp interface between freshwater and sea water in the subsurface. Thus, as freshwater flows out to the sea, it floats on top of a sea water wedge. The region of mixing at this interface is quite thin, leading to fairly sharp devide between the two fluids. In general, the brackish water that develops in this mixing zone flows outward to sea, rather than contaminating the freshwater. Under steady-state conditions, this situation is fairly stable, but pumping freshwater from the aquifer can change the pressure regime of the subsurface. This may lead to seawater being drawn into the freshwater aquifer and permanently degrading the aquifer’s water quality.

World average annual evapotranspiration web map now available! В то время, пока наши ФГУПы и ТИСИЗЫ секретят и ДСПсят все что только можно и нельзя, мериканцы выложили во всеобщий доступ интерактивную карту величин среднегодовой эвапотранспирации. Посмотрел цифры для Москвы и области — вроде правдоподобные.

Most of us understand the hydrologic cycle in terms of the visible paths that water can take: rainstorms, rivers, waterfalls, swamps, etc.  However, an even larger volume of water flows through the air all around us in two invisible paths: evaporation and transpiration. They claim 61% of all terrestrial precipitation, and together are referred to as evapotranpsiration. In order to better understand this important process, Esri’s Mapping Center has produced a web map showing the world’s average annual evapotranspiration.

Carlos Molano’s YouTube Channel on Groundwater Modeling Spreadsheets. Я давно слежу за творчеством Карлоса Молано. Когда-то я наивно считал себя чуть ли не гуру расчетов в Excel-е. Как же я ошибался: по сравнению с Карлосом я вообще ничегео не умею.

Last year, I wrote about the groundwater modeling spreadsheets developed by hydrologist Carlos Molano.  Molano has published a series of these spreadsheets on his personal website.

I recently learned that Molano also has a youtube channel, where he discusses using spreadsheets to solve groundwater modeling problems.

Ссылки

Groundwater Science Textbook. Еще один вариант обработки откачек с помощью Excel.
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

• Plume Diving
• Borehole Concentration Averaging
• Steady State Plume Length
• One-Dimensional Transport from a Continuing or Pulse Source
• Concentration Uncertainty Calculator
• Domenico Steady-State, Centerline Model
• Domenico Unsteady Three-dimensional Model

Excel для гидрогеологов

Наткнулся на еще одну очень интересную подборку полезных для гидрогеолога табличек в Excel. Что характерно: опять американцы и опять USGS. А остальным должно быть стыдно, да.
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.

Обработка откачки-восстановления из одиночной скважины по схеме Тейса-Джейкоба

Вот, как и обещал, добавил обработку данных откачки-восстановления с использованием схемы Тейса-Джейкоба (однородный изолированный неограниченный пласт).
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.

Шаблон журнала откачки

Вот, решил поделиться «наработкой». Простая табличка в формате MS Excel. Без каких-либо расчетов (есть мыслишка адаптировать мериканские таблицы обработки откачек для наших реалий), а пока только шаблон для заполнения «в полях». Вроде удобно, сам проверял. pumping.7z

Таблички для обработки и анализа откачек

Spreadsheets for the Analysis of Aquifer-Test and Slug-Test Data. И как я их раньше не замечал. Настоятельно рекомендую почитать сперва FAQ — сразу отвалится куча глупых вопросов.

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

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):

Автоматическое составление формулы Курлова

Это не совсем программа - просто экселевская табличка, но думаю будет полезна коллегам и студентам.
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. 

В версии 0.6:

• Коллега любезно согласился помочь с проблемой равных % мг-экв.

В версии 0.7:

• Слабопресная -> Слабосолоноватая

Оригинал этого сообщения был опубликован мною на форуме Все о геологии.

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.