Решение обратных задач с помощью Visual Modflow

На днях со мной связался автор одной очень любопытной программы, предназначенной для автоматизации решения обратной задачи геофильтрации с помощью Visual Modflow. С любезного согласия автора я выложил саму программу и её описание у себя на соответствующей странице (она всегда доступна в меню справа).

От себя добавлю, что лично мне кажется такой подход к решению ОЗ не отличается «физичностью» результата. Да, в результате получается очень похожая на фактическую модельная карта гидроизогипс, но это крайне редко бывает самоцелью. Считать какие-либо прогнозы на такой модели следует крайне осторожно. Тем не менее, в качестве первого приближения к решению обратной задачи такой подход имеет все права на существование.

Гидрогеологический дайджест

Прошу прощения за долгое молчание. Дел навалилось — не почать и край.

Уникальные геологические объекты России. Интересный ресурс для любителей побродить по геологическим достопримечательностям родного края.

Здесь представлена информация о геологических достопримечательностях России: сейчас в системе более 2600 уникальных геологических объектов (геологических памятников природы) и около 3800 стратиграфических объектов, т.е. стратотипов (типовых разрезов) и опорных стратиграфических разрезов.

Хочу представить интересный гидрогеологический блог: Gidahatari. Насколько я понял, это корпоративный блог перуанской фирмы, занимающейся гидрогеологическими работами. Вот, примеры последних записей:

• How to do a groundwater flow model with your company logo. Как сделать геофильтрационную модель с логотипом вашей фирмы. Не бином Ньютона, но результат вполне симпатичный — сойдет для украшения презентации.
• Feflow or Modflow? A recurrent question. А вот это уже более серьезная тема. Кстати, а в нашей стране есть гидрогеологи, активно использующие Feflow?

О том, почему у нас аквапарки разваливаются

Вот такое письмо пришлось некогда писать после участия в совещании на объекте строительства, для которого я имел удовольствие считать гидрогеологический прогноз.
Само письмо под катом, а кому лень читать и разбираться, опишу в двух словах фабулу.
Был проект большого комплекса зданий с многоуровневой подземной автостоянкой. Подземная часть этой огромины благополучно перекрывала поток двух водоносных горизонтов - надморенного (безнапорного, грунтового) и напорного межморенного. Был выполнен вполне качественный проект, предусматривающий сооружение «стены в грунте» в качестве ограждения котлована и защиты фундамента от подтопления.
По финансовым соображениям застройщик отказался от многоуровневой автостоянки, оставив только один подземный этаж. Проекта водопонижения с учетом изменений, разумеется, никто не составлял — понадеялись на строителей. Последние оказались редкостными халтурщиками: решили ограничиться открытым водоотливом (это в песках, с водоносным горизонтом с уровнем воды на 4 м выше дна котлована), отказались от стены в грунте (ну, это ладно, вполне логично), но не сделали даже шпунтового ограждения котлована. Разумеется, как это и бывает при открытом водоотливе в дисперсных грунтах, имеет место жуткая суффозия. И что характерно — в трех метрах от котлована проходит городская теплотрасса и если суффозию не остановить, то строители рискуют получить фонтан горячей воды в котловане. Но строители оказались смелыми ребятами — на совершенно разумные замечания о необходимости нормального строительного (и желательно эксплуатационного) водопонижения, они ответили, что им все пох..й (пардон, прямая речь) и им ничего не страшно.
Кажется, теперь я понимаю, почему в нашей стране такая фигня во всем творится. Конечно, все халтурят по мере сил: и изыскатели, и проектировщики, и даже эксперты, но все надеятся на добросовестность строителя — уж он то на месте разберется и сделает по-уму. Не сделает, увы. И будет упорствовать в своем нежелании сделать работу хорошо. Нет,  даже не хорошо — просто нормально, чтоб дом не рухнул через 5 лет после сдачи. Куда там. После нас — хоть потоп.

P.S.: Справедливости ради стоит отметить, что по результатам состоявшегося совещания и написанных гневных писем (не только и не столько моих), строители таки сделали шпунтовую завесу и нормальное водопонижение.

Получение карты гидроизогипс по архивным данным инженерных изысканий

В ряду бредовых «хотелок» некоторых экспертов МГЭ достойное место занимает карта гидроизогипс, построенная по архивным скважинам. Желают они её видеть, не отдавая себе отчет в том, что смысла такая карта несет ровно 0 целых, 0 десятых. И вот почему. Во-первых, не секрет, что инженеры-геологи не особенно стараются при гидрогеологическом обследовании скважин — пошел мокрый песочек на шнеке, значит типа водоносный горизонт. Точность такого определения — плюс-минус полтора метра, если не хуже. А во-вторых, архивные данные обладают таким неприятным свойством, как разновременностью замеров. Какие-то изыскания делались в период зимней межени, а какие-то в период весеннего паводка. Все это приводит к тому, что попытка нарисовать по таким точкам гидроизогипсы или гидроизопьезы — бестолковое, а главное — методологически вредное занятие.
Особенно веселые картинки получаются, если не мудрствовать и запихнуть всё в какой-нибудь автоматический интерполятор типа Golden Software Surfer. Мало кто утруждает себя глубокими настройками параметров интерполяции, а в результате получаются «гидроизогипсы», говорящие о наличии источников/стоков в самих наблюдательных скважинах, что в свою очередь является свидетельством вопиющей безграмотности специалиста (но экспертов такие картинки радуют, что характерно).
Справедливости ради стоит заметить, что есть способ сделать всё методологически чисто: нужно снормировать архивные показатели с учетом колебаний уровня в ближайшей режимной скважине. Довольно кропотливая работа, даже при наличии этой самой режимной скважины, в которой к тому же имеются замеры на весь период, охваченный архивными данными. В противном случае, когда архивы у вас имеются, к примеру, с 1956 по 2002 гг, а режим есть только с 1980 по 1993, то задачка становится еще более нетривиальной. Анализ среднегодовых и среднемноголетних колебаний — это, поверьте, то еще развлечение. И вот только по таким нормированным показаниям можно строить вожделенную карту гидроизогипс. Смысла от которой все-равно немного — разве что показать плохому специалисту, куда и откуда вода течет, но ему она все-равно не поможет, а хорошему не нужна.
Однако, существует один частный случай, когда такая карта имеет хоть какой-то смысл — это когда одна или несколько внешних границ модели задаются I-родом с постоянным напором, полученным на основе интерполяции уровней воды в этих самых архивных скважинах. Но об этом грязном приемчике как-нибудь в другой раз.
И да, забыл уточнить: все вышесказанное имеет отношение к задачкам типа расчета барражного эффекта при освоении подземного пространства и прочих т.н. инженерно-гидрогеологических расчетах. Допустим, при поиске и разведке подземных вод такая карта строится обязательно и разумеется с применением множества методологических приемов и хитростей.

Распиллиада

До недавнего времени я считал, что из 5 знакомых мне организаций, связанных с изысканиями под строительство олимпийских объектов в Сочи, хоть какие-то деньги получила только одна. Оказалось, что получить деньги — это только полдела. Еще надо сделать так, чтоб у тебя их по-суду не отобрали. Ведь как получается: до конечного исполнителя доходило не больше 10% финансирования (если вовсе доходило), остальные 90% — оседали по карманам чинуш, фирм-прокладок и, разумеется, «смотрящих» из органов. Чем ближе к часу «Х», тем больше шапка на голове этих товарищей становится похожа на олимпийский факел. В смысле — горит. Поскольку расследовать «расспилы» поручено как-раз тем, кто больше всех отпилил, то крайним автоматически назначается конечный исполнитель. В этом вопросе очень помогает наше законодательство, устроенное так, что честно работать и получать прибыль абсолютно невозможно.
Мне вот что интересно: ну отберут они эти 10%, но как они объяснят пропажу остальных 90?

О некоторых эмпирических формулах

Столкнулся тут намедни с одним неприятным обстоятельством. Есть известная формула Дюпуи для расчета водопритока в котлован:

Q = \frac{2.73\cdot k\cdot m\cdot S}{lg\frac{R}{r_{k}}}, где:

k — коэффициент фильтрации водовмещающих отложений;
m — мощность горизонта;
S — снижение уровня подземных вод;
r_k — приведенный радиус водопонизительного контура (определяемый по формуле Гиринского);
R — радиус влияния водопонизительной системы, рассчитанный по формуле Зихардта:
R = r_{k}+10\cdot S\cdot \sqrt{k}

Так вот, посчитанный по ней водоприток не совпал модельным, причем очень так хорошо не совпал: почти в 4 раза больше оказался.
Очевидно, что все дело в величине радиуса влияния водопонизительной системы R, по-сути означающий наличие на этом расстоянии от котлована границы I-рода с заданным напором. Что характерно: когда я задал в модель эту границу, то водоприток у меня довольно точно совпал с посчитанным аналитически. Кстати, обратите внимание, что в западной литературе формула Зихардта выглядит немного иначе:

R = 3000\cdot S\cdot \sqrt{k}

Я сперва обрадовался, что нашел объяснение, но коллега поправил: заморская формула предполагает, что коэффициент фильтрации k изменяется не в м/сут, а в м/сек — отсюда и разные коэффициенты.
Еще в Сети встречается диссертация Сологаева В.И. «Прогнозы и моделирование подтопления и дренирования в городском строительстве», в которой приведена довольно громоздкая формула расчета радиуса влияния для нестационарного случая. Я не поленился проверить — посчитанный по этой формуле радиус дает решение довольно близкое к моим модельным.

О бытовых расходомерах

На прошлой неделе имел удовольствие проводить опытную откачку в центре Москвы. Руководство фирмы, с которой я сотрудничаю, решило подойти к этой задаче со всей серьезностью. В частности, был приобретен очень интересный насос: Grundfos SQE2-55 с дистанционно изменяемой скоростью вращения крыльчатки. Для измерения дебита откачки на выходе был установлен расходомер того же типа, что ставят в домах для учета потребляемой воды. Хорошо, что мы решили продублировать замеры расхода классическим объемным методом — оказалось, что опломбированный, сертифицированный и прочая и прочая расходомер врал в показаниях ровно в три раза. В сторону завышения, что характерно.
Подозреваю, что все дело в очень маленьком дебите (1 л/мин) — труба работала неполным сечением, что и привело к такой неточности, но я не большой знаток устройства таких расходомеров — могу и ошибаться. Если я прав, то наливая воду тоненькой струйкой, вы переплачиваете за воду в несколько раз.

Территориальная комиссия по запасам и консультации, часть вторая

Состоялось заседание комиссии по моему отчету. Запасы я не защитил, даже несмотря на ярое заступничество одного из экспертов и в целом нейтрального отношения председателя.
Ситуация сложилась такая: я постарался исправить большую часть замечаний экспертов и принес на защиту исправленный вариант отчета. К сожалению, исправленный отчет видел только один эксперт (второй сперва не хотел со мной общаться, а потом и вовсе пропал) — это первая моя ошибка. И я не оплатил «консультации», о которых я писал майской записи. Если быть совсем точным, то я их оплатил в последний момент, и уведомление об этом пока не дошло до фирмы «прокладки». Это и объяснило крайне предвзятое отношение ко мне со стороны оставшихся членов комиссии. Тут важно понимать, что сработал принцип «своим все, чужим — по закону», т.е. «предвзятость» в данном случае — это отсутствие благосклонности.
Все, кто меня консультировал в процессе составления отчета, утверждали, что это общепринятая практика, когда по замечаниям экспертов исправляется и дополняется отчет и приносится на защиту, где и выкладывается на стол. В моем же случае комиссия упорно разглядывала первоначальный вариант и не желала принимать во внимание исправленный. Вполне допускаю, что по закону они действовали правильно.
Справедливости ради, надо отметить, что отчет действительно не блещет: практически пустой раздел «изученность» и как следствие не очень убедительная схематизация. Остальные замечания касались в основном оформительской части, которую я постарался исправить, но смотреть мои исправления никто не пожелал.
P.S.: Должен заметить, что назначить сотрудникам ТКЗ зарплату в 6 т.р. — это крайне «дальновидный» шаг со стороны нашего государства. Практически как в анекдоте: держи фуражку и полосатую палочку, а дальше крутись, как хочешь.
P.P.S.: Это гарантированно первый и последний отчет по запасам, в котором я являюсь единственным исполнителем и ответственным лицом.