Как составить план создания геофильтрационной модели

How to write a plan for a numerical groundwater model

Хороший план, жаль только, что на английском. Надо будет перевести.

Шикарный подход

«Анализ данных по физико-механическим свойствам горных пород месторождения …, рекомендованных для геомеханических расчетов институтом … показал, что значения угла внутреннего трения и особенно сцепления являются завышенными, соответственно при расчетах устойчивости дадут необоснованно высокие значения углов откосов карьера. Скорректированные в соответствии с методиками … показатели приведены в таблице».

Показатели нам не нравятся, поэтому возьмем те, которые нам хочется. Я уже давно не удивляюсь, что у нас самолеты падают. Для чего тогда вообще изыскания делать, если в расчетах все равно литературные данные используются?

Новый способ решения обратной задачи

A new way to estimate hydraulic conductivity.
Для тех, у кого проблемы с языком вероятного противника, в двух словах. Суть метода заключается в том, что на модель накладывается дополнительная элементная сетка, триангулируется, значение коэффициента фильтрации для каждого треугольника усредняется по величинам в вершинах. Итеративно меняем величину Кф в вершинах до тех пор, пока эти изменения не перестанут влиять на невязку.
Изящно, но лично у меня есть большие сомнения в сходимости.

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.

Злобное

На протяжении моей без малого (полгода до юбилея осталось, кстати) десятилетней карьеры гидрогеолога, я бесчисленное количество раз отвечал на разной степени идиотизма вопросы экспертов и заказчиков. Сейчас я сам выступаю в качестве въедливого заказчика и пишу злобные замечания на отчеты приснопамятного Гидэка. Получаю ни с чем не сравнимое удовольствие. Вот такая я какашка, как говорилось в одном известном анекдоте.

Для халявщиков

Если возникла потребность в имитации бурной деятельности, то можно сделать так: настаиваем PCG solver на 500 outer и 500 inner итераций, критерий сходимости — 1e-5. Ну и модельку в нестационар на пять сотен шагов по времени. Все, комп на пару часов будет занят, можно халявить.
А еще можно PEST запустить с этой же моделькой, но тут можно и на недельку «отдохнуть».

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.

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.