Программный комплекс PMWIN

 

· Parameter Number is used to assign the streambed hydraulic conductance CSTR as a parameter for an automatic calibration by the inverse models PEST or UCODE, see PEST > Parameter List... or UCODE > Parameter List....

 

 

Similar to the River package, leakage (Q1) to or from the aquifer through the streambed is computed by:

 

Q1 = CSTR · (Hs - h)                 h>SBOT

Q1 = CSTR · (Hs  - SBOT)        h<=SBOT

 

where Hs is the head in the stream, h is the head in the model cell beneath the streambed and SBOT is the elevation of the bottom of the stream.

 

If the option Calculate stream stages in reaches is checked, the depth (d) in each reach is calculated from Manning's equation under the assumption of a rectangular stream channel:

 

 

 

 

where Q [L^3/T]  is the stream discharge calculated by STR1, n [ - ] is Manning's roughness coefficient, w [L] is the width of the channel, S [L/L] is the slope of the stream channel and C is a conversion factor (see above).

 

 

 

Time-Variant Specified-Head (CHD1) / Переменный по времени напор

 

Меню Parameters | Models | MODFLOW

 

При моделировании нестационарной фильтрации данный пакет позволяет присваивать разные значения напора для разных шагов по времени в точках с границами первого рода. Для этого с помощью Data Editor задают следующие величины:

 

Flag [-] / Ненулевое значение, указывающее, что в ячейке с границей первого рода задается переменный напор при различных шагах по времени.

Start Head hs [L] / Значение напора на первый момент периода возмущения.

End Head he [L] /  Значение напора в ячейке на последний временной шаг в данном периоде возмущения.

 

Рассматриваемый пакет не использует границы, используемые в конечно-разностных уравнениях  MODFLOW. Здесь просто устанавливаются элементы массива IBOUND (отрицательные значения, Flag 0) и далее проводится линейная интерполяция по уравнению

 

h = hs + (he - hs) · PERTIM / PERLEN

 

где PERTIM начальное время временного шага в периоде возмущения, PERLEN длина периода возмущения. В течение шага по времени напоры остаются постоянными. Если ячейка указана, как ячейка с переменным по времени напором, но его конкретная величина на следующий период не указана, напор принимается равным  напору на конец предыдущего периода.

 

Well / Скважина

 

Меню Parameters | Models | MODFLOW

 

Параметры нагнетающей или откачивающей скважины задаются двумя параметрами:

 

Recharge rate of the well (Q) [L^3/T] / объем откачки или нагнетания

Parameter Number [-] / номер параметра

 

Отрицательные значения Recharge rate указывают на откачку, положительные – на нагнетание. Номер параметра используется при автоматической калибровке модели.

 

Объем откачки или нагнетания считается постоянным в течение периода возмущения и не зависит ни от площади ячейки, ни от напора в узле. По умолчанию предполагается, что скважина совершенна по вскрытию слоя, представленного текущим слоем ячеек. Если скважина проходит более одного слоя ячеек, необходимо задать расход в каждом. В этом случае суммарный расход по слоям будет определять общий расход в скважине. Для напорных слоев доля расхода слоя может быть приближенно оценена пропорционально водопроводимости слоя

 

Qk = (Qtotal) · Tk / SUMT

 

Где Tk – водопроводимость слоя k и SUMT – сумма проводимостей всех слоев.

 

Другим способом моделирования скважины в многослойной системе является использование очень высокой вертикальной водопроводимости для всех ячеек скважины. В этом случае заданный расход присваивают самой нижней ячейке, в остальные задаются фиктивно малые расходы. В этом случае программа сама рассчитает расходы для каждого слоя.

 

Wetting Capability (BCF2) / Способность к увлажнению

 

Меню Parameters | Models | MODFLOW

 

Данный пакет делает возможным моделирование подъема уровня воды в ненасыщенную (сухую) зону. Пакет BCF2 идентичен BCF1 оригинальной версии  MODFLOW, за исключением осушения и увлажнения ячеек. Ячейка считается сухой, когда уровень воды падает ниже ее основания. В этом случае в массив IBOUND устанавливается значение 0 (т.е. ячейка становится неактивной, расход через нее нулевой) all conductances также становятся нулевыми. Таким образом, вода не может попасть в эту ячейку, и она выбывает из процесса моделирования.

 

Для того, чтобы обойти эту проблему, используют значение THRESH, (called wetting threshold). Для того, чтобы использовать, или не использовать ячейки в процессе моделирования, используют следующие величины:

 

1. Если THRESH=0, сухая или неактивная ячейка не может быть смочена.

2. Если THRESH<0, в ячейку может поступать вода, но только снизу.

3. Если THRESH>0, в ячейку может поступать вода, из нижней, или четырех смежных ячеек текущего слоя.

 

Сухая (неактивная) ячейка может считаться снова активной в случае, если напоры в смежных ячейках становятся больше или равными величине TURNON (turn-on, включить)

 

TURNON = BOT + |THRESH|

 

где  BOT - отметка дна ячейки.

 

Для поддержания устойчивости численного решения

To keep the stability of the numerical solution, a neighboring cell cannot become wet as a result of a cell that has become wet in the same iteration; only variable-head cells either immediately below or horizontally adjacent to the dry cell can cause the cell to become wet.  When a cell is wetted, its IBOUND value is set to 1 (which indicates a variable-head cell), vertical conductances are set to the original values, and the hydraulic head h at the cell is set by using one of the following equation.

 

 

h = BOT + WETFCT · (hn - BOT)        (3.28)

h = BOT + WETFCT · |THRESH|        (3.29)

 

где hn - напор в соседней ячейке, который обуславливает возвращение текущей ячейки в активное состояние; WETFCT – константа, определенная пользователем, которую называют фактором увлажнения (wetting factor). Пользователь может выбрать между уравнениями 3.28 и 3.29 в диалоговом окне Wetting Capability. (MODFLOW > Wetting Capability).

 

Это диалоговое окно также позволяет уточнить итерационный интервал для водонасыщения ячейки IWETIT. Попытка насыщения предпринимается на каждой итерации IWETIT. При использовании решателя PCG2, это применяется только для внешних, но не для внутренних итераций. Причины использования IWETIT кроются в том, что водонасыщение ячейки иногда приводит к erroneous изменениям напора в смежных ячейках в процессе последовательных итераций, что может вызвать erroneous conversions of those cells. These erroneous conversions can be prevented by waiting a few iterations until heads have had a chance to adjust before testing for additional conversions. При установке IWETIT больше единицы, имеется некий риск что

cells may be prevented from correctly converting from dry to wet. Если решение на каждом шаге по времени получено после выполнения меньше, чем IWETIT итераций, нет возможности проверить, перешли ли ячейки из «сухого» в «мокрое» состояние в течение шага по времени. The potential for this problem to occur is greater in transient simulations, which frequently require only a few iterations for a time step.

 

Метод  учета «насыщенных» и «сухих» ячеек, используемый в пакете BCF2 может вызывать проблемы при совместной работе с итерационными решателями, используемыми в MODFLOW. Convergence problems Проблемы ?устойчивости могут возникать в MODFLOW и без использования рассматриваемого пакета, но чаще всего обусловлены именно им. Характерными признаками таких проблем являются медленная convergence или divergence combined with частым осушением и обводнением одних и тех же ячеек. Переход из «сухого» во «мокрое» состояние несколько раз в процессе поиска решения допустим, но частое ….. является признаком возникшей проблемы.  It is normal for the same cell to convert between wet and dry several times during the convergence process but frequent conversions are an indication of problems. As a matter of fact, situations exist where the real solution oscillates such as in the case of a well causing a drawdown which makes the well cells fall dry. Это «отключает» скважину, вследствие чего уровень повышается, ячейка со скважиной «обводняется» и процесс становится циклическим. Пользователь может отследить подобные ситуации, просматривая протокол моделирования в файле OUTPUT.DAT; в нем каждый цикл осушение-обводнение сопровождается соответствующим сообщением. Более подробное описание данной проблемы и способы ее решения находится в  документации к пакету BCF2.

 

Solvers (Вычислительные алгоритмы, "Решатели"). Лучше не использовать Direct Solution (Прямое решение). В частности, для задач с учетом плотностной конвекции оно недопустимо вообще. Остальное более или менее безразлично.

 

 

Примечание. Для большего удобства работы с программой Surfer следует выводить результаты в формате «real world»