ModelMuse 5

18 марта вышла новая мажорная версия ModelMuse. Пишут, что наконец-то реализовали поддержку PEST.

Дайджест ссылок

The Relationship between the Darcy and Poiseuille Laws. Попытка увязать закон Дарси (описывающий, как известно, течение жидкости в пористых средах) с законом Пуазейля (ламинарное течение жидкости в трубках) с помощью модели бочки, заполенной водой с песком и оборудованной сливной трубкой.

The Poiseuille and Darcy laws describe the velocity of groundwater flow under laminar conditions. These laws were deducted empirically in conduit and porous systems, respectively, and are widely used to model the groundwater flow. The analytical relationship between these hydraulic laws has been found by draining a tank-reservoir. Based on equations found, the discharge in a conduit under the Poiseuille law can be transformed in the same amount flowing inside a darcian system, and vice versa. This transformation occurs, for example, in karst aquifers, from the matrix to karst conduits during discharge phases, and from conduits to matrix during recharge phases.

FABDEM. Бесплатная для некоммерческого испозования модель рельефа, полученная из Copernicus GLO 30 Digital Elevation Model путем очистки от зданий и деревьев. Довольно грубая, к сожалению. В частности, там удалили не только деревья и здания, но и некоторые рукотворные холмы (несколько подмосковных свалок почему-то стали на 10-20 м ниже, чем есть на самом деле). Ну и в принципе артефактов постобработки там многовато.

FABDEM (Forest And Buildings removed Copernicus DEM) is a global elevation map that removes building and tree height biases from the Copernicus GLO 30 Digital Elevation Model (DEM). The data is available at 1 arc second grid spacing (approximately 30m at the equator) for the globe. The FABDEM dataset is licensed under a Creative Commons "CC BY-NC-SA 4.0" license.

The Radius of Influence Myth. А ведь я всегда говорил, что в формуле Зихардта что-то не то — слишком маленький радиус влияния получается.

Empirical formulas to estimate the radius of influence, such as the Sichardt formula, occasionally appear in studies assessing the environmental impact of groundwater extractions. As they are inconsistent with fundamental hydrogeological principles, the term “radius of influence myth” is used by analogy with the water budget myth. Alternative formulations based on the well-known de Glee and Theis equations are presented, and the contested formula that estimates the radius of influence by balancing pumping and infiltration rate is derived from an asymptotic solution of an analytical model developed by Ernst in 1971. The transient state solution of this model is developed applying the Laplace transform, and it is verified against the finite-difference solution. Examining drawdown and total storage change reveals the relations between the presented one-dimensional radial flow solutions. The assumptions underlying these solutions are discussed in detail to show their limitations and to refute misunderstandings about their applicability. The discussed analytical models and the formulas derived from it to estimate the radius of influence cannot be regarded as substitutes for advanced modeling, although they offer valuable insights on relevant parameter combinations.

Groundwater Modelling and the Scientific Method: Part 1 и Part 2. Очень интересные рассуждения в формате видеолекции о смыслах и методах гидрогеологического моделирования, сложностях калибровки и достоверности прогнозов. Состоит из двух частей: первая больше философская, а во второй рассматриваются реальные примеры.

This first video begins by examining the scientific method. It then examines the way in which decision-support groundwater modelling is commonly undertaken. It demonstrates that differences between the two are profound. It then shows how groundwater modelling can actually be aligned with the scientific method. Once this happens, it can support groundwater management much better than it presently does. It can also reduce the cost of groundwater model construction and deployment, while increasing returns on investment in groundwater data.

Что считать водоносным горизонтом

На одном из форумов в очередной раз всплыл довольно популярный вопрос:

Как определить водоносный горизонт от просто водонасыщенного, то есть от очень влажного слоя? Например, текучий суглинок это ж не есть водоносный горизонт, из которого можно качать воду насосом с фильтром?

И вот какие мысли у меня есть по этому поводу:

Вопрос философский, на самом деле. «Водоносность» и «водоупорность» — понятия относительные. Для крупного гравия супесь будет водоупором. А для водоупорного бетона и глина — водоносный горизонт. Помня о том, что «вода везде дырочку найдет», можно сделать вывод, что в природе вообще всё что угодно является водоносным горизонтом. Просто какой-то «водонос» ну о-о-о-очень медленно «водоносит». К примеру, в зоне развития ММП эта самая мерзлота является абсолютнейшим водоупором. Породы, которые под ней залегают, по проницаемости сопоставимы с твердыми суглинками и даже глинами. И ничего, схематизируются как водоносный горизонт с коэффициентом фильтрации 1e-5 м/сут. Ну просто потому, что мерзлота - это 1e-10 м/сут.
Что же до практического опыта в более южных широтах, то лично для себя я границу водоупор/водоносный провел по текучему суглинку. Т.е. если мне очень хочется видеть именно в этом месте водоносный горизонт, то я позволяю себе считать таковым текучий суглинок, но не более. Но если сверху/снизу от такого суглинка лежат водонасыщенные пески, то суглинок уже никакой не водоносный горизонт, а водоупор, просто со сравнительно большой проницаемостью.

Дайджест ссылок

Selecting Suitable MODFLOW Packages to Model Pond–Groundwater Relations Using a Regional Model. Матёрое исследование по выбору оптимального модуля MODFLOW для расчета тех или иных поверхностных водоемов.

In large-scale regional models, used for the management of underground resources, it is quite common to find that relationships between the regional aquifer and small wetlands are not included. These models do not consider this connection because of the small amount of water involved, but they should consider the potential for significant ecological impacts if the groundwater resources in the ecosystems associated with these wetlands are mismanaged. The main objective of this work is to investigate the possibilities offered by MODFLOW LGR-V2 to represent (at small scale) the Santa Olalla pond, located in the Doñana Natural Park (South of Spain), and its relationship with the Almonte-Marismas regional aquifer. As a secondary objective, we propose to investigate the advantages and disadvantages that DRAIN, RIVER and LAKE MODFLOW packages offer within the MODFLOW LGR-V2 discretizations. The drain boundary condition with a coarse discretization implemented through ModelMuse allows the most adequate performance of the groundwater levels in the environment of the pond. However, when using lake boundary condition, the use of the MODFLOW LGR-V2 version is particularly useful. The present work also gives some guidelines to employ these packages with the MODFLOW graphical user’s interface, ModelMuse 4.2.

5 open source groundwater software besides MODFLOW. Оказывается кроме MODFLOW за последнее время появилось немало интересных бесплатных програм для гидрогеологов.

Because there is a universe of groundwater flow code where Modflow isn’t the sun or the black hole, however Modflow is a main planet like Jupyter. The rest of planets / codes are a sort of unknown, undocumented, unteached or even untutorialized open source software that exists, have developers and its used for specific topics.

Loop : Enabling Stochastic 3D Geological Modelling. Не совсем про гидрогеологию, но тоже довольно интересный инструмент для анализа геологических и геофизических данных.

Loop is an open source 3D probabilistic geological and geophysical modelling platform, initiated by Geoscience Australia and the OneGeology consortium. The project is funded by Australian territory, State and Federal Geological Surveys, the Australian Research Council and the MinEx Collaborative Research Centre.

p.s.: Я помню про свое обещание сделать дайджест с неанглоязычными источниками. Он пока в работе.

О платных консультациях

Есть такой анекдот:

- Саша, хотел у тебя спросить. Задача вот какая...
- Погоди, погоди, тебе совет или консультацию?
- А в чем разница?
- Совет бесплатный, консультация за деньги.
- Совет, конечно!
- Мой тебе совет: запишись на консультацию.

Так вот, я как и раньше всегда готов помочь коллегам беслпатным советом, но для тех кому нужно больше представляю новую услугу платных консультаций по гидрогеологическому моделированию.

GFLOW бесплатно

Еще одна крайне приятная новость: с недавних пор создатель очень хорошей программы GFLOW, предназначенной для фильтрационного моделирования с помощью методики аналитических элементов, Dr. Henk Haitjema сделал свою программу бесплатной. Однако техническая поддержка оказывается только для купивших программу пользователей, имейте это в виду.
Кстати, насчет аналитических элементов: есть еще одна бесплатная программа, поддерживающая сразу несколько АЭ «солверов» — Visual AEM. Жалко только, что она не поддерживает современные версии солвера TimML — там ведь даже трехмерные задачи можно решать.

КиберЛенинка

Не прошло и 10 лет, как индеец Зоркий Глаз обнаружил, что на сайте КиберЛенинки доступно немало статей по гидрогеологии на русском азыке.

Как выудить в точки рельеф из SRTM или AW3D30

Иногда данных о рельефе территории исследования так мало, что приходится прибегать к помощи космических технологий. Точность у этой информации, прямо скажем, не ахти, особенно на  застроенных или лесистых территориях, но уж что есть —  дарёному коню, как говорится. Знаю, уже есть алгоритмы, которые с помощью нейросетей умеют удалять с этих массивов дома и небольшие лесочки, но пока не встречал их в открытом доступе, пригодном к тому же для использования неквалифицированному пользователю.

Конечной целью предполагается получение CSV файла вида X, Y, Z.  Потребуется следующий инструментарий:

1. QGIS
2. Плагины к нему:
• Какой-нибудь плагин для подгрузки подложек типа QuickMapServices. Ну или загрузить их вручную через XYZ Connections.
• SRTM-Downloader
• Point sampling tool
3. Аккаунты как минимум на одном из сайтов с рельефом со спутников:
• https://search.earthdata.nasa.gov/ - регистрация по ссылке https://urs.earthdata.nasa.gov//users/new
  
• https://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/a/en/dataset/aw3d30/aw3d30_e.htm - регистрация по ссылке https://www.eorc.jaxa.jp/ALOS/a/en/dataset/aw3d30/registration.htm

Сразу предупрежу, что выудить данные с японского сайта — тот еще квест, но в детали вдаваться не буду. В сети есть инструкции. С NASA возни гораздо меньше, особенно если вам повезло и SRTM-Downloader работает как надо.

Итак, алгоритм следующий:

1. В QGIS любым известным способом открываем картографическую подложку. Это не обязательно, но как правило сильно облегчает работу.
2. Создаем временный слой типа Polygon. Рисуем в нем полигон по контуру территории, для которой нам нужен рельеф. Зуммируемся так, чтоб нарисованный полигон занимал большую часть экрана (Zoom to Layer).
3. С помощью строенного в QGIS инструмента Vector/Random points in polygons генерируем достаточное количество точек в пределах нарисованного в предыдущем пункте полигона. При этом создается новый временный слой с точками.
4. С помощью SRTM-Downloader скачиваем растры с рельефом для области, показанной на экране. Для чего жмём последовательно Set Canvas Extend и Download. Для данных ALOS придется скачивать данные через сайт и подгружать в QGIS вручную.
5. Запускаем Point sampling tool, указываем слой с точками из пункта 3 в качестве Layer containing sampling points, а в качестве Layers with fields/bands to get values from — растры (можно указать сразу несколько) из пункта 4. Тут важно отметить, что точки и растры должны быть в одной системе координат (WGS 84 -  EPSG 4326 в случае если мы работаем с SRTM). 
6. На выходе получаем векторный слой с точками с атрибутами в виде значений рельефа. Если область интереса попадает сразу на несколько растров, то столбцов с атрибутами будет несколько. Надеюсь, не надо рассказывать, как из нескольких столбцов получить один — это можно сделать как через Field Calculator в самом QGIS, так и в Excel или любом другом табличном редакторе.
7. Пересохраняем полученный точечный слой в виде CSV, не забывая выбрать нужную нам систему координат (если не выбирать, то по умолчанию  координаты будут представлены в виде градусов) и указать, что GEOMETRY сохраняется в виде AS_XY.