Введение
Данный пример является кратким описанием основ построения концептуальной модели и преобразования её в численную модель.
Оригинальное описание на английском языке находится на сайте.
Исходные данные для упражнения здесь.
Задачи:
· научиться создавать проекты и импортировать ваши исходные данные;
· ознакомиться с функционалом программы и последовательностью действий при концептуальном моделировании;
· научиться задавать трехмерную геологическую модель и наполнять её фильтрационными параметрами;
· задавать граничные условия, используя данные геоинформационных систем (ГИС);
· задать сетку модели и заполнить эти ячейки данными из концептуальной модели;
· просмотр введённых параметров и граничных условий;
· перевести вводные данные в различные пакеты MODLFOW и запустить модель на счёт;
· визуализировать данные напоров и понижений различными способами;
· оценить качество калибрации модели сопоставив результаты моделирования с данными режимных наблюдений.
Создание проекта
· Запустите VMOD Flex.
· Выберите File-New Project… (Новый проект). Появиться окно Create Project (Создать проект).
· Наберите в строке название проекта «Exercise» в поле Name.
· Нажмите на кнопку Browse (Поиск) и наведите на папку, в которой вы хотели бы сохранить проект, и нажмите ОК.
· Задайте систему координат в Coordinate Systems и отметку отсчета Datum (или оставить по умолчанию).
· Задайте единицы измерения в окне Units Settings. Для данной работы оставьте значения по умолчанию.
· Диалоговое окно Создание Проекта (Create Project) должно выглядеть так:
· Нажмите ОК. Появится экран выбора вариантов моделирования.
· Выберите концептуальное моделирование (Conceptual Modelling) и откроется окно Conceptual Modelling.
· На данном этапе, мы определяем цели проекта в окне Define Modelling Objectivesи параметры по умолчанию
· Для данного примера будут использованы цели по умолчанию.
· Нажмите кнопку Следующий Шаг (NextStep) для продолжения.
· Появится предупреждение что все данные должны быть введены позже заданной даты «Stert Date» (по умолчанию это сегодняшнее число).
Сбор данных объектов
· Следующий шаг включает в себя импортирование или создание объектов данных (Collect Data Objects), которые вы желаете использовать для построения концептуальной модели.
· На данном этапе вы можете импортировать данные (Import Data), создать новые объекты данных (можно оцифровать) (Create New Data Object) или создать поверхности (Create Surface).
· Нажмите на кнопку Import Data и откроется следующее окно:
· Выберите полигон (Polygon) в поле со списком вид данных (Data Type).
· В поле исходный Файл (Source File) нажмите на кнопку и выберете папку, указанную преподавателем, далее modflow\1_флекс_концептуальная_модель, выберите файл «boundary.shp».
· Нажмите [Next>>] чтобы продолжить.
· Нажмите [Next>>] чтобы продолжить.
· Нажмите [Next>>].
· Далее нажмите [Finish] для завершения.
· Следующий этап требует загрузки поверхности, которая будет являться дневной поверхность (верхней границей модели).
· Нажмите кнопку [Import Data] для импортирования.
· Выберите поверхность (Surface)для раздела вид данных (Data Type).
· В поле исходный файл (Source File) нажмите на кнопку и выберете папку, указанную преподавателем, далее modflow\1_флекс_концептуальная_модель, выберите файл «ground.grd».
· Нажмите [Next>>] для всех окон для принятия значений по умолчанию и далее нажмите [Finish] для завершения.
· Повторите эти действия для импортирования остальных поверхностей (Surface): кровля второго слоя (layer2-top.grd), подошва второго слоя (layer2-bottom.grd).
· Далее импортируем граничные условия, импортируйте полилинейные объекты данных (Polyline), и с той же директории данных выберите «chd-east.shp» (граница постоянного напора). Используйте данные по умолчанию для завершения импортирования.
· Повторите эти шаги для полилиний и импортируйте «chd-west.shp»(граница постоянного напора), «river.shp» (река).
· После импортирования Объектов данных, они будут отображены в дереве данных в левой части окна.
· Вы можете рассмотреть эти объекты в двухмерном и трехмерном виде, просто создайте новый обозреватель.
· Нажмите Window/New 3DWindow в главном меню. Откроется пустое окно 3DViewer (обозреватель).
· Нажмите на флажок для каждого импортированного объекта, они появятся в окне 3DViewer.
· Вернитесь к концептуальной модели, нажмите кнопку следующий шаг (NextStep). Вы перейдете на этап задания концептуальной модели (Define Conceptual Model).
Создание концептуальной модели
· Задать название (Name) концептуальной модели и площадь модели (Model Area).
· С лева в колонке данных (Data) выберите полигон объект данных «boundary», который указывает плановые границы модели, и далее нажмите кнопку
Площадь модели не может быть задана комплексным полигоном, или полигоном, содержащим несколько полигонов. Комплексный полигон – это полигон который пересекается сам собой.
· Нажмите кнопку следующий шаг (Next Step) для перехода в этап определения структуры модели (Define Model Structure). Во всплывшем окне нажимаем Да.
Задание структуры модели (DEFINE STRUCTURE)
Создание каркасной геологической модели включает задание поверхностей кровли и подошвы слоев. Далее, слои модели создаются между заданными поверхностями.
Для создания новых поверхностей, выполните нижеуказанные шаги:
· из диалогового окна настройки поверхностей (Horizons Settings) (показано ниже), нажмите иконку добавления поверхности (Add) для добавления новой строки поверхности в таблицу информация о поверхностях (Horizon Information).
· Повторите эти шаги 2 раза, чтобы было 3 строки в таблице поверхностей (Horizons).
· Слева в дереве данных (Data), выберите объект данных поверхности «ground», который будет использован для создания поверхности.
· Нажмите кнопку в верхней строке колонка поверхности (Surfaces), для вставки поверхности в таблицу информация о поверхностях (Horizon Information).
· Для данного примера, вид поверхности (Type) оставляем по умолчанию. Для информации о видах поверхностей, пожалуйста, пройдите во вкладку типы поверхностей («Types»).
· Повторите вышеизложенные шаги для добавления дополнительных поверхностей.
· Слева в дереве данных (Data), выберите объект «layer2-top», нажмите кнопку во второй строке, для вставки поверхности в таблицу информации о поверхностях (Horizon Information).
· В дереве данных (Data Explorer), выберите объект «layer2-bottom», нажмите кнопку в третьей строке, для вставки поверхности в таблицу информации о поверхностях (Horizon Information).
Поверхности должны добавляться сверху вниз, начиная с самой верхней.
· Вы можете просмотреть поверхности в Обозревателе 3D (3DViewer), нажав кнопку просмотр (Preview).
· После завершения ваш экран должен быть похож на ниже представленное изображение.
· В завершения, нажмите кнопку для создания поверхностей и пройдите в следующий этап. На вопрос «Do you want to save changes?» отвечаем «Да».
Задание свойств по зонам
После того, как вы импортировали необходимое количество необработанных данных в ваш проект, вы можете начать создание одной или нескольких концептуальных моделей, используя импортированные или оцифрованные объекты данных в виде блоков.
На данном шаге вы можете просмотреть/редактировать фильтрационные свойства для модели.
Существует 2 метода задания зон свойств: используя структурные зоны (Structural Zones), или используя полигональные объекты данных (Polygon Data Objects).
Использование структурных зон
Данный метод позволяет вам создать зоны свойств из существующих структурных зон в вашей концептуальной модели, например, зоны созданные из поверхностей.
· Нажмите на кнопку использовать структурную зону (Use Structural Zone(s)).
· Выберите структурную зону 1 (Zone 1) из дерева концептуальной модели Structure/Zones/Zone1.
· Нажмите кнопку для размещения ссылки на зону в поле Структурные Зоны (Structural Zones), как показано ниже.
· Выберите группу параметров (Group of parameters to define), которые будут заданы, например, коэффициент фильтрации (Conductivity), емкостные характеристики (Storage), начальные напоры (Initial Heads). Таблица ввода данных будет отображать соответствующие параметры, основываясь на том, которая группа параметров была выбрана. Например, если выбран коэффициент фильтрации (conductivity), таблица ввода данных будет показывать параметры Кх, Ку и Kz. Таблица ввода данных будет показана со значениями по умолчанию, которые были заданы в настройках проекта (Project Settings) (File>Project Settings…).
· Наберите необходимые значения в зону свойств (Кх=4Е-6, Ку=4Е-6, Kz=7Е-6)
· Нажмите на кнопку сохранить (SAVE), находящуюся выше справа.
· Повторите эти действия для других зон свойств.
· Нажмите на кнопку использовать структурные зоны (Use Structural Zones).
· Выберите зону2 (Zone2) из дерева модели (Model Explorer).
· Нажмите кнопку для вставки зоны в поле структурные зоны (Structural Zones), как показано ниже.
· Введите значения в зону свойств Zone2 (Кх=7Е-5, Ку=7Е-5, Kz=7Е-6).
· Нажмите на кнопку сохранить (SAVE).
· Зоны свойств могут быть заданы используя полигоны; значения могут быть заданы с атрибутов форменных файлов (shapefile attribute) или 2D поверхностей (2D Surface) (распределенные значения). Для получения дополнительной информации пройдите в раздел Defining Property Zones.
· Нажмите кнопку следующий шаг (Next Step) для перехода в окно выбора (Select the Next Step).
· В данном окне, вы можете продолжить свои действия, задавая граничные условия (Defining Boundary Conditions), или задавая сетку модели (Select Grid Type).
· Выберите кнопку задать граничные условия (Defining Boundary Conditions).
· В данном окне, вы можете выбрать тип граничных условий (Boundary Conditions): «стандартные» граничные условия MODFLOW (CHD, DRN, RCH и т.д.), водопонижающие скважины – Pumping Wells.
· Нажмите кнопку Define Boundary Conditions.
· Появиться диалоговое окно задание граничных условий (Define Boundary Conditions).
Задание граничных условий
· На данном этапе, вы можете задать гидродинамические границы для модели.
· Выберите необходимый тип граничных условий из выпадающего списка в поле тип граничных условий (Select boundary condition type).
· Постоянный напор - Constant Head.
· Наберите название в поле Name: Constant Head East (восточная граница модели).
· В дереве данных (Data), выберите полилинию chd-east, которая описывает эту границу постоянного напора.
· Нажмите кнопку в диалоговом окне Define Boundary Conditions для добавления этой полилинии.
· Нажмите кнопку [Next>>].
· Следующее окно позволяет нам задать значения постоянного напора. VMODFlex предоставляет различные опции для задания атрибутов граничных условий. Атрибуты могут быть заданы в соответствии с сохраненными данными в виде поверхностей (Surface), временных графиках (Time Schedule), форменных файлах (Shapefile), 3D сеточных объектах данных (3D Gridded Data Objects). Вы также можете задать атрибуты в статике (Static) (никаких изменений во времени) или Transiend (изменяется во времени).
· Для данного проекта, вы зададите постоянные значения напора.
· В пустом поле, находящемся ниже поля начальный напор (Starting Head).
· Наберите: 347 в поля начальный напор (Starting Head) и конечный напор (Ending Head).
· Нажмите на кнопку [FINISH].
· Повторите эти действия для задания других граничных условий.
· Нажмите в дереве концептуальной модели на Define Boundary Conditions.
· Выберете кнопку Define Boundary Conditions.
· Выберете «Constant Head (Type1)», затем полилинию chd-west и задайте значение 325 для начального напора (Starting Head) и конечного напора (Ending Head).
· Нажмите на кнопку [FINISH].
Перед тем как продолжить, вы зададите еще одно граничное условие–Река (River).
· Нажмите в дереве концептуальной модели на Define Boundary Conditions.
· Выберете кнопку Define Boundary Conditions.
· Выберете тип граничного условия река (River (Type 3-MODFLOW Only)).
· В дереве данных (Data), выберите полилинию «river».
· После нажатия кнопки появится сообщение о том, что выбранная полилиния выходит за границы модели и будет обрезана, следует согласиться.
· Нажмите кнопку [Next>>].
· Задайте следующие атрибуты для реки: уровень воды в реке (Stage):335, дно (Bottom): 333, мощность донных отложений (Riverbed Thickness): 1, ширина реки (River Width): 10, коэффициент фильтрации донных отложений (Riverbed Conductivity): 0.01 (m/s).
· Нажмите на кнопку [FINISH]. Граничные условия реки будут добавлены в дерево модели. Появиться следующее окно.
· Далее вы можете задать сетку конечных разностей (Finite Difference Grid) или конечных элементов (Finite Element Mesh).
· Нажмите на кнопку сетка конечных разностей (Finite Difference Grid) и задайте вводные данные, согласно описанию в следующем разрезе.
Создание сетки (DEFINE GRID)
· Задайте название для сетки в поле Name. Это название появиться в дереве Conceptual Model после создания сетки.
· Введите размер сетки, поворот сетки относительно системы координат. Сетка может быть повернута против часовой стрелки по отношению нижнему левому углу при вводе значения от 00 до 3600 в поле Rotation.
· Значения Xmin и Ymin относятся к координатам Х-Y в левом нижнем углу числовой сетки. Значения Хмах и Yмах относятся к Х-Yкоординатам в верхнем правом углу сетки модели.
· Поле строка (Row) и колонка (Column) позволяет задать размер ячейки.
· Наберите значение 100 в каждое поле строки и колонки.
· Нажмите кнопку [Next>>] и в следующем окне задайте вертикальную дискретизацию.
· В окне задание вертикальной сетку (Define Vertical Grid), задайте тип вертикальной дискретизации (Grid Type), для данного упражнения, будет использовано по умолчанию деформированная сетка (Deformed). Более подробную информацию прочитайте раздел DefiningGrid/Meshes.
· Оставьте значения по умолчанию и нажмите кнопку [FINISH]. Сетка появится, как показано ниже.
Нажмите кнопку следующий шаг (Next Step).
Конвертация в численную модель
Теперь вы готовы создать численную модель из концептуальных элементов.
· Нажмите кнопку конвертировать в числовую модель (Convert to Numerical Model).
· После нажатия кнопки конвертации появится новое окно, которые включает в себя шаги для числовой модели. В первом окне, вы увидите прогресс конвертации модели от концептуальной к числовой. Данная конвертация может продолжится несколько минут, в зависимости от размера и типа сетки, которую вы выбрали, а также от комплексности модели.
· Когда завершится конвертация, нажмите кнопку закрыть (Close).
· Во вкладке Define Modeling Objectives все параметры оставьте по умолчанию и нажмите для перехода на этап задания свойств (Properties).
Просмотр/редактирование свойств (VIEW/EDIT PROPERTIES)
· Вы можете просматривать/редактировать свойства модели на данном этапе.
· Под вкладкой просмотр (Views), выберите различные виды просмотра, которые вы хотите просмотреть в Flex Viewer. VMODFlex позволяет вам одновременно рассматривать разрезы по колонкам, строкам, план (по слоям) и трехмерный вид. Наведите курсор на желаемый вид и он появиться на экране.
· Установите требуемый слой, строку или колонку используя стрелки вверх/вниз. Либо нажмите на кнопку и далее нажмите на необходимый слой в любом из 2D изображений. Выбранная строка, колонка или слой будут автоматически установлены.
· Теперь вы будете задавать значения начальных напоров.
· Выберите начальные напоры (Initial Heads) из выпадающего списка ниже Toolbox как указано ниже.
· Нажмите кнопку изменить (Edit…), находящуюся ниже Initial Heads. Появится окно изменить свойства (Edit property).
· Правее надписи Calculation наберите 350, чтобы применить ко всем ячейкам нажмите применить к колонке (Assign to column).
· Нажмите ОК когда закончите.
· Инструменты изображений позволят вам переходить от воспроизведенных дискретных клеток к окрашиванию/ созданию контуров.
· В Toolbox, вы можете выбрать различные группы параметров (например, начальные напоры) и просмотреть соответствующую зональность в FlexViewer.
· Нажмите кнопку следующий шаг (Next Step) для перехода в этап задания граничных условий (Boundary Conditions).
Просмотр/редактирование граничных условий
· На данном этапе вы можете просмотреть/редактировать гидродинамические границы модели.
· В Toolbox, выберите желаемую группу граничных условий (Desired Boundary Condition): постоянный напор (Constant Head), реки (River) и т.д.
· Выберете Edit (Single).
· Нажмите на клетку, которая принадлежит к данной группе, появиться диалоговое окно, где вы можете увидеть параметры для всех ячеек группы.
· Нажмите кнопку следующий шаг (Next Step).
Запуск (RUN), опциональные элементы модели (OPTIONAL MODEL ELEMENTS)
· Вы попадете в окно выбора, где вы можете перейти в окно вводных данных для модели, такие как зоны баланса (Define Zone Budget Zone), отслеживание частиц (Define Particle), или наблюдательные скважины (Define Observation Wells). Также можно перейти к запуску модели (Select Run Type).
· Нажмите на кнопку выбора типа запуска (Select Run Type) для перехода. Альтернативно, кнопка вас переведет на данный этап, так как оно задано по умолчанию.
· Нажмите на кнопку Single Run для продолжения. (Альтернативно, кнопка вас переведет на данный этап, так как оно задано по умолчанию).
· Вы перейдете на этап выбора решателей (Select Engines). Здесь вы можете выбрать тип решателя MODFLOW и можете добавить MODPATH или Zone Budget в расчет.
· MODFLOW-2005 должен быть выбран по умолчанию.
· Нажмите кнопку следующий шаг (NextStep) для продолжения.
Пакет перевода
· Вы перейдете в этап перевода (Translate).
· Вы должны выбрать стационарную или нестационарную модель на данном этапе, выбрать вид решателя (Solver), задать другие пакеты MODFLOW, настройки запуска, такие как увлажнение ячеек (cell-rewetting) и т.д. Примечание: в общих настройках (General Settings), есть директория по умолчанию, где создаются файлы MODFLOW и других его пакетов. Вы можете изменить их при желании.
· Нажмите на кнопку . Далее модель прочитает введенную информацию с численной модели и переведет (Translate) их в разные файлы необходимые для MODFLOW и его решателей. Файлы будут созданы в директории, заданной в предыдущем шаге.
· Нажмите кнопку следующий шаг (Next Step). Вы перейдете в этап запуска расчета (Run Numerical Engines).
Запуск решателя
· Нажмите кнопку для запуска решателя. Вы увидите прогресс работы решателя в окне прокрутки.
· Имейте виду то, что после удачного расчета модели, пункты напоры (Heads) и линии тока (Pathlines) будут добавлены в дерево модели (Model Explorer).
· После завершения расчета, нажмите кнопку следующий шаг (Next Step).
Просмотр результатов (VIEW RESULTS)
· Далее вы можете выбрать просмотр результатов в виде карт (Maps) (контуры-Contours, закрашивание палитрой – Color shading) или таблиц – Charts.
· Нажмите кнопку просмотр карт (View Maps).
· Далее вы увидите схему линий равных напоров, при просмотре слоя.
· Вы можете отобразить напоры в строке, колонке и в 3D используя те же инструменты, которые вы использовали ранее.
· Следующий раздел расскажет, как вы можете создавать новые сетки с разными размерами и разрешениями, и создавать числовые модели, использующие эту сетку.
Оценка различных сеток
Часто начальный размер сетки, которую вы задали, может быть несоответствующим для предоставления решения и стабильности, которую вы требуете от модели. В данном разделе, будет разъяснено как вы можете создать различные сетки из концептуальной модели и запустить соответствующую числовую модель.
· В верхней части окна вы увидите список активных окон.
· Нажмите на кнопку Conceptual Model, чтобы активизировать данное окно, и оно должно появиться на вашем экране.
· Выберите Select Grid Type в древе рабочей области.
· Нажмите кнопку Define Finite Difference Grid и откроется окно Define Grid.
· Задайте новую сетку с желаемым поворотом.
· Нажмите Next.
· Укажите необходимую вертикальную дискретизацию, вы можете использовать другой тип вертикальной сетки, или усовершенствовать (измельчить) любой вертикальный слой.
· Нажмите Finish когда закончите.
· Должна появиться новая сетка, и вы также увидите появление новой сетки в виде нового узла в древе модели.
· Нажмите кнопку следующий шаг (Next Step) для продолжения.
Теперь вы готовы создать числовую сетку с концептуальными элементами. Окно «Convert to Numerical Model» должно появиться похожим на окно, представленного ниже. Теперь, в выпадающем списке «Select Grid», вы увидите 2 сетки, по умолчанию, должна быть выбрана сетка, которую вы создали последней.
· Нажмите на кнопку «Convert to Numerical Model» для продолжения.
· После нажатия кнопки конвертации, появиться новое рабочее окно, которое включает шаги для числовой модели для новой сетки. В первом окне, вы увидите прогресс конвертации концептуальной в числовую модель. Данная конвертация может занять несколько минут, в зависимости размера и типа сетки, а также и комплексности вводных данных концептуальной модели.
· Примите во внимание, что новое окно названо по названию новой сетки, которую вы задали.
· В дополнении, новый расчет модели появиться в древе модели. Запуск и расчет модели имеет сетку и соответствующие вводные данные.
· Когда завершится конвертация, нажмите кнопку следующий шаг (NextStep) для перехода на этап определения свойств.
· Теперь, как было разъяснено ранее, вы можете пересмотреть свойства, граничные условия и далее перевести, и запустить моделирование.
· Когда рассчитаются напоры, вы можете сравнить результат с предыдущими.
Упражнение завершено