Автор работы: Пользователь скрыл имя, 24 Ноября 2015 в 12:49, реферат
PMWIN - полная имитационная система для моделирования потока подземных вод и процессов переноса, включающая моделирующую трехмерную конечно-разностную модель потока подземных вод MODFLOW Геологической службы США (McDonald и др., 1988), модель прослеживания пути частиц PMPATH для Windows (Chiang, 1994) или MODPATH (Pollock, 1988, 1989, 1994), вычислительные модели переноса MT3D и MT3D96 (Zheng, 1990, 1996) и программу оценки параметров PEST (Doherty и др., 1994). Программы, поддерживающие PMWIN, широко используются и доступны по номинальной цене
Предполагается использование 1 для активных блоков, -1 для блоков с первым родом, 0 для пассивных блоков. Для блоков постоянного напора изначально заданная величина напора остается постоянной во время всего процесса моделирования. Начальные напоры определяются вызовом пункта “Starting Values Hydraulic Heads” («Начальные напоры») из меню “Параметры”. Граница первого рода задается там, где существует непосредственная гидравлическая взаимосвязь горизонта с рекой, озером или резервуаром, в которых известен уровень воды. Необходимо помнить, что граница с заданным напором обеспечивает неистощимые запасы воды. Система подземных вод может получить с этой границы так много воды, сколько ей требуется. В некоторых ситуациях это может быть просто неправдопободно, поэтому необходимо быть очень осторожным при задании таких границ.
Для зависящих от напора граничных условий предполагается использование следующих пакетов:
ICBOUND: массив ICBUND требуется для моделей переноса. Этот массив содержит код каждого блока модели, указывающий на:
Предполагается использование 1 для обозначения активных блоков, -1 для блоков с постоянной концентрацией, 0 - для пассивных блоков. В MT3D блоки с отсутствием потока или воды автоматически превращаются в пассивные. Активные блоки с изменяющимся напором могут представляться как пассивные концентрационные блоки для уменьшения области, в которой моделируется перенос, так долго, пока расчетный перенос незначителен вблизи этих блоков (не достиг этих блоков). Для блоков с постоянной концентрацией начальные концентрации не изменяются во время всего моделирования. Блоки с постоянным напором могут быть или не быть блоками с постоянной концентрацией. Начальные концентрации задаются с помощью выбора пункта “Initial Concentration” («Начальные концентрации») из меню “Модели” (MOC3D, MT3D или MT3DMS).
Предполагается использование “Time-Varying Constant-Concentration” (блоки с заданной концентрацией, переменной во времени) для установления блоков с постоянной концентрацией и задания в них различной концентрации в различные периоды.
PMWIN читает отметки кровли только для слоев типа 2 или 3. Также кровля слоя требуется, если вы хотите использовать PMPATH, MT3D, MT3DMS, MOC3D, или задаете проводимость, упругую водоотдачу и перетекание расчетным способом.
PMWIN читает отметки подошвы только для слоев типа 1 или 3. Также подошва слоя требуется, если вы хотите использовать PMPATH, MT3D, MT3DMS, MOC3D или задаете проводимость, упругую водоотдачу и перетекание расчетным способом.
Вы определяете временные параметры в диалоговом окне "Временные Параметры". Используя кнопки Save или Load, Вы можете записать или загрузить содержание таблицы.
Периоды возмущения (стресс-периоды) и временные шаги
В MODFLOW время моделирования разделено на периоды возмущения, которые, в свою очередь, разделены на временные шаги. В модели MT3D, каждый временной шаг далее разделен на меньшие приращения времени, называемые шагами переноса. Поскольку явная схема для решение переноса, используемая в MT3D, имеет соответствующие ей определенные критерии устойчивости, длина шага времени, используемого для фильтрационного решения может быть слишком большая для решения переноса.
Для активации периода возмущения щелкните флажок Active и установите его на YES.
Для каждого периода возмущения, Вы имеете набор изменяемых параметров, связанных с напорно-зависимыми граничными условиями в пакетах River, Stream, Drain, Evapotranspiration, General-Head Boundary, Reservoir and Time-Variant Specified-Head Boundary, также как с расходами питания в Пакете Recharge или откачки в Пакете Well. Для моделирования переноса Вы можете изменять концентрацию на источнике, связанную с пакетами Well, River, Stream, Recharge, Evapotranspiration and General-Head Boundary Packages, а также с блоками первого рода. Если Вы используете MT3D96 или позднюю версию, Вы можете определять различные концентрации для различных периодов возмущения в ячейках с условиями первого рода.
Вы определяете длительность каждого периода возмущения в колонке "Period Length". Вы можете определить длительность шага переноса в колонке Transport Stepsize.
MODFLOW позволяет увеличивать
DELT(1)=PERLEN (1-TSMULT)/(1-TSMULT**NSTP)
DELT(m+1)=TSMULT x DELT(m)
где PERLEN - длительность периода возмущения, TSMULT - множитель временного шага , NSTP - количество временных шагов и DELT(m) - длительность временного шага m в период возмущения.
Длительность периодов возмущения бессмысленна при моделировании стационарных фильтрационных потоков. Однако, если вы позднее захотите выполнить моделирование переноса с помощью MT3D, то необходимо определить фактическое время процесса в таблице.
При решении миграционных моделей по явной схеме (MOC3D, MT3D или MT3DMS, когда не используется метод сопряженных градиентов) используется длина шага переноса, указанная в таблице. Анализируя критерии устойчивости, модели переноса всегда рассчитывают максимально возможный шаг переноса (tmax). При задании вами в таблице величины шага переноса, равной нулю или превышающей tmax, моделирование переноса будет осуществляться с величиной шага tmax.
При решении миграционных моделей по неявной схеме (MT3DMS, когда используется метод сопряженных градиентов) заданная в таблице величина шага переноса является начальным значением для каждого фильтрационного временного шага. Величины последующих шагов переноса могут возрастать или оставаться неизменными в зависимости от определенного пользователем множителя шага переноса (см. ниже). Если величина шага переноса задана равной нулю, то будет использоваться рассчитанное моделью значение, основанное на заданном пользователем числе Куранта в диалоговом окне «Advection Package (MT3DMS)».
Максимальное количество шагов переноса (Max. No. of Transport Steps) – используется MT3D и MT3DMS. Если количество шагов переноса внутри фильтрационного временного шага превышает это максимальное количество, то моделирование прерывается.
Множитель шага переноса (Multiplier (Transport)) – это множитель для последующих шагов переноса внутри временного фильтрационного шага. Это значение используется только MT3DMS в случае, когда для расчета выбраны методы GCG или Upstream...
Размерности временных единиц
Каждый раз, при выборе вами размерности времени из группы Simulation Time Unit, PMWIN обновит в таблице "Длительность Периода", если окошко "Auto Update Period Length" помечено.
Заметьте:
PMWIN предполагает, что Вы используете
согласованные единицы в
PMWIN позволяет выполнять стационарное или нестационарное моделирование путем выбора соответствующей опции из группы Simulation Flow Type. Вы можете запустить стационарное моделирование для нескольких периодов возмущения. В этом случае стационарное решение выполняется для каждого периода возмущения.
MODFLOW требуется начальные
При нестационарном фильтрационном моделировании начальные напоры должны быть настоящими (реальными) значениями. MODFLOW также требует начальные напоры и при стационарном моделировании. В этом случае начальные значения являются стартовыми значениями для решения итерационных уравнений. При этом напоры в блоках с первым родом должны быть реальными значениями, в то время как в других блоках напоры могут быть заданы произвольными. Для безнапорных пластов (тип 1 или 3) начальные напоры в блоках первого рода должны быть выше, чем отметка подошвы пласта в блоке, поскольку MODFLOW не превращает осушенные блоки первого рода в мнимые (неактивные) блоки. Если любой из блоков с заданным напором сухой, MODFLOW прекращает моделирование фильтрации и выдает сообщение "CONSTANT-HEAD CELL WENT DRY - SIMULATION ABORTED " (блок с постоянным напором стал сухим, моделирование прервано) в файле записи прохождения запуска модели OUTPUT.DAT.
MT3D требует начальных концентраций в начале моделирования переноса. Начальные концентрации в блоках с постоянной концентрацией будут сохраняться неизменными в течение всего моделирования. Блоки с постоянными концентрациями могут быть использованы для моделирования загрязненных зон с постоянной концентрацией.
Горизонтальный коэффициент фильтрации и проводимость
Горизонтальный коэффициент фильтрации - это коэффициент фильтрации в направлении оси X. Он умножается на фактор анизотропии, определенный при диалоге "Layer Options" для получения коэффициента фильтрации по направлению оси Y. Горизонтальный коэффициент фильтрации необходим для слоев типа 1 или 3. Проводимость необходима для слоев типа 0 или 2.
PMWIN использует горизонтальный
коэффициент фильтрации и
Вертикальный коэффициент фильтрации и перетекание
Для фильтрационного моделирования более чем одного модельного слоя MODFLOW необходим ввод показателей вертикальной проницаемости или перетекания, известных как вертикальный переток (VCONT) между двумя слоями модели. PMWIN использует вертикальные коэффициенты фильтрации и мощности слоев для подсчета VCONT, если соответствующий флажок "Перетекание" в настройке слоя установлен на "Рассчитываемый".
где (Kz)i, j, k и (Kz)i, j, k+1 - вертикальные коэффициенты фильтрации смежных слоев к и к+1, a Dv – мощности слоев. Уравнение, представленное выше, соответствует ситуации, когда каждый модельный слой представляет отдельную гидростратиграфическую единицу, или когда два или более модельных слоя представляют одну гидростратиграфическую единицу.
Вы можете определить VCONT путем установки соответствующего флажка "Перетекание" в диалоговом окне "Настройка слоя" на позицию "Определенный пользователем" и выбором "Вертикальное перетекание" из меню "Параметры". В Редакторе Данных VCONT между слоями i и i+1 представляется как данное слоя i. Массив VCONT не требуется для нижнего слоя, потому что MODFLOW принимает, что нижний слой подстилается непроницаемыми отложениями и VCONT равен 0.
Упругоемкость, упругая емкость и гравитационная емкость
При моделировании нестационарной фильтрации требуется задание для каждого слоя модели безразмерных показателей емкости. Для стационарной фильтрации эти пункты меню не используются и не объявляются.
В напорном слое емкость определяется упругой емкостью (упругоемкость, умноженная на мощность слоя). Упругоемкость определяется как количество воды, которое отдает столб пласта единичного объема при единичном снижении напора. Задание упругой емкости требуется для пластов типа 0, 2 и 3. PMWIN использует упругоемкость и мощность слоя для подсчета упругой емкости, если соответствующий флажок в диалоговом окне "Настройка слоя" поставлен на "Calculated". Устанавливая этот флажок на "User Specified" и выбирая "Storage Coefficient" из меню "Параметры", вы можете определять упругую емкость непосредственно.
В безнапорном слое показателем емкости является гравитационная емкость. Она определяется как объем воды, который безнапорный горизонт отдает с единицы площади горизонта при единичном снижении уровня грунтовых вод. Гравитационная емкость необходима для слоев типа 1, 2 и 3.
Обращайтесь к Bear (1972) or Freeze and Cherry (1979) за более подробной информацией о показателях емкости и их размерностях.
Эффективная пористость
Эффективная пористость используется программами PMPATH, MODPATH и MT3D для подсчета средней скорости потока через поровую среду.
Фильтрационные модели
Скважины (Well (WEL1))
В Modflow нагнетательная или откачивающая скважина представлена модельным блоком. Дебит нагнетания или откачки задается с помощью Редактора Данных. Отрицательные значения в блоках соответствуют откачивающим скважинам, положительные - нагнетательным.
Дебит нагнетания или откачки постоянен в течение заданного стресс-периода и не зависит ни от площади блока, ни от напора в нем. По умолчанию принимается, что скважина вскрывает полную мощность блока. MODFLOW может моделировать скважины, вскрывающие и несколько слоев. В этом случае дебит откачки или нагнетания должен быть задан для каждого слоя. Общий дебит откачки или нагнетания для многопластовой скважины равен сумме дебитов из каждого слоя. Дебит откачки или нагнетания для каждого слоя (Qk) может быть приблизительно оценен путем деления общего дебита (Qtotal) пропорционально проводимости слоев (McDonald and Harbaugh, 1988):