Презентация на тему "Моделирование гидродинамических процессов"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Моделирование гидродинамических процессов Кафедра гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии ИГНД ТПУ доцент Кузеванов К.И.

• 
  Слайд 2
  

  (Количественная оценка процесса фильтрации) Основные геофильтрационные задачи: оценка расхода фильтрационного потока на основе известного напора (прогнозная задача осушения) оценка напора на основе известного расхода (прогнозная задача водоснабжения, оценка эксплуатационных запасов подземных вод) Количественная оценка движения подземных вод

• 
  Слайд 3
  

  Уравнение Лапласа нестационарной фильтрации Где коэффициент упругоёмкости породы коэффициент упругоёмкости породы объемный вес воды коэффициент пористости горной породы коэффициент сжимаемости воды коэффициент сжимаемости горной породы коэффициент пьезопроводности Основные дифференциальные уравнения фильтрации

• 
  Слайд 4
  

  Аналитическиерасчёты (расчетные формулы Динамики подземных вод) Аналоговое моделирование (метод ЭлектроГидроДинамических Аналогий (ЭГДА)), гидравлическое моделирование) Численное моделирование (метод конечных разностей, метод конечных элементов) Методы решения дифференциальных уравнений

• 
  Слайд 5
  

  Напор В гидродинамических расчётах под напором понимается мера потенциальной энергии потока В общей гидрогеологии под напором понимается пьезометрическая высота над кровлей водоносного горизонта (пласта) Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 6
  

  Основы гидрогеодинамики Напоры в напорном водоносном горизонте H – напор, м h – пьезометрическая высота, м z – высотное положение точки, м а, б – точки водоносного горизонта, в которых определяется напор, м m- мощность напорного водоносного горизонта, м Величина напора не зависит от мощности водоносного горизонта

• 
  Слайд 7
  

  Определение направления фильтрации с использованием анализа величины напора напорного водоносного горизонта Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 8
  

  Определение направления фильтрации с использованием анализа величины напора напорного водоносного горизонта Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 9
  

  Напоры в безнапорном водоносном горизонте на наклонном водоупоре H – напор, м h – пьезометрическая высота, м z – высотное положение точки, м а, б – точки водоносного горизонта, в которых определяется напор, м h- мощность напорного водоносного горизонта, м Величина напора зависит от мощности водоносного горизонта Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 10
  

  Напоры в безнапорном водоносном горизонте на горизонтальном водоупоре H – напор, м h – пьезометрическая высота, м z – высотное положение точки, м а, б – точки водоносного горизонта, в которых определяется напор, м h- мощность напорного водоносного горизонта, м Величина напора зависит от мощности водоносного горизонта Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 11
  

  Определение направления фильтрации с использованием анализа величины напора безнапорного водоносного горизонта Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 12
  

  Определение направления фильтрации с использованием анализа величины напора безнапорного водоносного горизонта Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 13
  

  Напор Величина напора может быть использована для прогноза уровней подземных вод в неизвестном (промежуточном) сечении X напорного водоносного горизонта Величина напора может быть использована для прогноза естественного расхода фильтрационного потока напорного водоносного горизонта

• 
  Слайд 14
  

  Величина напора может быть использована для прогноза уровней подземных вод в неизвестном (промежуточном) сечении X безнапорного водоносного горизонта Напор Величина напора может быть использована для прогноза естественного расхода фильтрационного потока безнапорного водоносного горизонта

• 
  Слайд 15
  

  Основы прогноза напоров в условиях неоднородного строения напорного водоносного горизонта q1 = q2 = q3 H2=? H3=? H4=? Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 16
  

  Количественная оценка искусственных потоков подземных вод (водоприток к скважинам) Нестационарный режим водопритока (уравнение Тейса) Квазистационарный режим водопритока (уравнение Тейса-Джейкоба, см. файл «Джейкоб») Стационарный режим водопритока (уравнение Дюпюи) Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 17
  

  Ограничения для уравнений водопритока к скважинам Все уравнения описывают водоприток в условиях строгих ограничений одиночная скважина однородный по фильтрационным свойствам напорный неограниченный водоносный горизонт Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 18
  

  Схема взаимодействующих скважин а - план расположения взаимодействующих скважин; б - гидрогеологический разрез Основы гидрогеодинамики

• 
  Слайд 19
  

  Схема учёта влияния границы I рода на работу скважины а- реальный полуограниченный водоносный горизонт; б- фиктивный неограниченный водоносный горизонт Метод «зеркальных отображений»

• 
  Слайд 20
  

  Схема учёта влияния границы II рода на работу скважины а- реальный полуограниченный водоносный горизонт; б- фиктивный неограниченный водоносный горизонт Метод «зеркальных отображений»

• 
  Слайд 21
  

  Схема решения нестационарной задачи Начальные условия (стационар) Возмущение начальных условий Нестационарный режим фильтрации Стационарный режим фильтрации Основы численного гидродинамического моделирования

• 
  Слайд 22
  

  m H2 H1 L H1 - H2 q = k * m * ---------- L k * m q = --------- * (H1 - H2) L уравнение единичного расхода 1 q = ---- * (H1 - H2) Ф L Ф = -------- k * m фильтрационное сопротивление Расчетная схема напорного водоносного горизонта Основы численного гидродинамического моделирования

• 
  Слайд 23
  

  Основы численного моделирования одномерной геофильтрации Прогнозное значение напора в расчётной ячейке Схема трёхточечного вычислительного шаблона (разрез)

• 
  Слайд 24
  

  Конечноразностная сетка области фильтрации одномерного потока для численного моделирования нестационарной задачи Основы численного гидродинамического моделирования

• 
  Слайд 25
  

  m 1 2 3 H S H S+1 dX1 dX2 dX3 dX2 *µ * (H2S+1 – H2S) Q приток – Q отток = ------------------------------- dT Прогнозный расчет напора Основы численного гидродинамического моделирования

• 
  Слайд 26
  

  Схема организации решения Н напор К к.фильтр. m мощность dX длина бл. B ширина W питание q=R(H2-H1) dq=q21-q32 dHS+1 HS+1 HS Н напор К к.фильтр. m мощность dX длина бл. B ширина W питание Н напор К к.фильтр. m мощность dX длина бл. B ширина W питание HS HS q=R(H3-H2) Модель водоносного горизонта Расчет расходов фильтрационного потока Невязка расходов Приращение напора на очередном шаге Расчетный напор на очередном шаге Цикл по числу временных шагов Имитатор численной модели одномерного фильтрационного потока

• 
  Слайд 27
  

  Вычислительный шаблон в формате электронных таблиц

• 
  Слайд 28
  

  Структура вычислительного шаблона Исходные данные МОДЕЛЬ водоносного горизонта Вычисления в цикле по числу временных шагов

• 
  Слайд 29
  

  Текст макроса, реализующего вычисления в цикле по времени

• 
  Слайд 30
  

  Контрольная диаграмма Пуск Начальный напор Текущий напор

• 
  Слайд 31
  

  Расчетный срок 2 года (743 временных шагов из 1000)

• 
  Слайд 32
  

  Расчетный срок 750 суток, в 7 блоке дренаж Водоотбор

• 
  Слайд 33
  

  Расчетный срок 91 сут, сложные условия питания Водообмен

• 
  Слайд 34
  

  Схема выделения расчетных секторов и лент тока (одномерных фильтрационных потоков) Прогноз подтопления территории г.Астаны

• 
  Слайд 35
  

  Схематизация гидрогеологического разреза Фрагмент выделения расчетных блоков

• 
  Слайд 36
  

  Расчетное положение напоров по ленте тока 13-13 без учета величины дополнительного питания Результаты численного моделирования

• 
  Слайд 37
  

  Расчетное стационарное положение напоров по ленте тока 13-13 без учета величины дополнительного питания Результаты численного моделирования

• 
  Слайд 38
  

  Номера расчетных блоков Инфильтрационное питание, м/сут 5-58 0.00001 59-62 0.0005 72 0.0003

  Расчетное положение напоров по ленте тока 13-13 с учетом величины дополнительного питания Результаты численного моделирования

• 
  Слайд 39
  

  Расчетное стационарное положение напоров по ленте тока 13-13 с учетом величины дополнительного питания Результаты численного моделирования

• 
  Слайд 40
  

  Решение нестационарной задачи использовано для анализа режима уровней грунтовых вод на территории левобережной части г.Астаны и разработки рекомендаций по изучению процессов её подтопления (Типовые примеры см.файлах PLT_II_I, PLT_II_II, PLT_I_I_NS ) Результаты численного моделирования

• 
  Слайд 41
  

  Результаты численного моделирования Пласт-полоса с разнородными границами: на западе непроницаемая граница на востоке питающая граница с напором 2 м Начальные напоры в области фильтрации 5 м Распределение расчетных напоров в области фильтрации через 5 суток

• 
  Слайд 42
  

  Результаты численного моделирования Пласт-полоса с разнородными границами: на западе непроницаемая граница на востоке питающая граница с напором 2 м Начальные напоры в области фильтрации 5 м Распределение расчетных напоров в области фильтрации через 757 суток

• 
  Слайд 43
  

  Результаты численного моделирования Пласт-полоса с непроницаемыми границами: Начальные напоры в области фильтрации 5 м за исключением расчётного блока № 10, где начальный напор составляет 20 м Распределение расчетных напоров в области фильтрации через 5 суток

• 
  Слайд 44
  

  Результаты численного моделирования Распределение расчетных напоров в области фильтрации через 180 суток Пласт-полоса с непроницаемыми границами: Начальные напоры в области фильтрации 5 м за исключением расчётного блока № 10, где начальный напор составляет 20 м

• 
  Слайд 45
  

  Результаты численного моделирования Распределение расчетных напоров в области фильтрации через 15 суток Пласт-полоса с питающими границами: на западе напор соответствует режиму уровней реки на востоке напор не изменяется и составляет 2 м

• 
  Слайд 46
  

  Результаты численного моделирования Пласт-полоса с питающими границами: на западе напор соответствует режиму уровней реки на востоке напор не изменяется и составляет 2 м Распределение расчетных напоров в области фильтрации через 447 суток

• 
  Слайд 47
  

  Основы численного моделирования двухмерной геофильтрации Схема пятиточечного вычислительного шаблона (план) узел КР сетки ячейка КР сетки фильтрационный поток Y X

• 
  Слайд 48
  

  прогнозное приращение напора в расчётной ячейке на конец полушага по времени за счёт фильтрации в направлении оси X Схема к расчёту приращения прогнозного напора за счёт фильтрации в направлении оси X (разрез) 0 X Основы численного моделирования двухмерной геофильтрации

• 
  Слайд 49
  

  прогнозное приращение напора в расчётной ячейке на конец полушага по времени за счёт фильтрации в направлении оси Y Схема к расчёту приращения прогнозного напора за счёт фильтрации в направлении оси Y (разрез) 0 Y Основы численного моделирования двухмерной геофильтрации

• 
  Слайд 50
  

  Пьезометрическая поверхность напорного водоносного горизонта при работе водозабора со сложным режимом возмущения в междуречном массиве Типовые примеры см. файлах (Plan_SKV, Plan_2SKV, Plan_3SKV) Имитатор численной модели двухмерного фильтрационного потока

• 
  Слайд 51
  

  Работа скважины в пласте с границами первого рода Имитатор численной модели двухмерного фильтрационного потока Депрессионная воронка во время откачки, расчётное время 30 суток

• 
  Слайд 52
  

  Работа скважины в пласте с границами первого рода Имитатор численной модели двухмерного фильтрационного потока Восстановление уровня после откачки, расчётное время 110 суток

• 
  Слайд 53
  

  Работа системы двух взаимодействующих скважин Имитатор численной модели двухмерного фильтрационного потока Расчётное время 10 суток

• 
  Слайд 54
  

  Имитатор численной модели двухмерного фильтрационного потока Работа системы двух взаимодействующих скважин Расчётное время 70 суток

• 
  Слайд 55
  

  Имитатор численной модели двухмерного фильтрационного потока Расчётное время 20 суток Работа системы взаимодействующих скважин в пласте со сложными граничными условиями

• 
  Слайд 56
  

  Имитатор численной модели двухмерного фильтрационного потока Расчётное время 40 суток Работа системы взаимодействующих скважин в пласте со сложными граничными условиями

• 
  Слайд 57
  

  Имитатор численной модели двухмерного фильтрационного потока Расчётное время 60 суток Работа системы взаимодействующих скважин в пласте со сложными граничными условиями

• 
  Слайд 58
  

  Имитатор численной модели двухмерного фильтрационного потока Расчётное время 95 суток Работа системы взаимодействующих скважин в пласте со сложными граничными условиями

• 
  Слайд 59
  

  Программный комплекс Groundwater Modeling System Работа в среде программного комплекса GMS

• 
  Слайд 60
  

  Главное окно программного комплекса

• 
  Слайд 61
  

  Границы первого рода Реки Скважины Непроницаемые границы Режим задания граничных условий

• 
  Слайд 62
  

  Управление фильтрационными параметрами выделенной зоны Режим задания фильтрационной неоднородности для слоя №1

• 
  Слайд 63
  

  Режим задания фильтрационной неоднородности для слоя №2

• 
  Слайд 64
  

  Режим задания фильтрационной неоднородности для слоя №3

• 
  Слайд 65
  

  Режим задания фильтрационной неоднородности для слоя №4

• 
  Слайд 66
  

  Режим задания зон неоднородности инфильтрационного питания

• 
  Слайд 67
  

  Режим задания наблюдательных скважин

• 
  Слайд 68
  

  Конечно-разностная сетка области фильтрации, построенная в автоматизированном режиме (план) Конечно-разностная сетка

• 
  Слайд 69
  

  Пространственное представление конечно-разностной сетки области фильтрации в обычном представлении Конечно-разностная сетка

• 
  Слайд 70
  

  Пространственное представление конечно-разностной сетки области фильтрации в виде реалистичного представления слоистой толщи Конечно-разностная сетка

• 
  Слайд 71
  

  Пространственное представление конечно-разностной сетки области фильтрации в виде реалистичного представления слоистой толщи Конечно-разностная сетка

• 
  Слайд 72
  

  Результат решения нестационарной задачи. Пространственное представление поля напоров Результат решения

• 
  Слайд 73
  

  Результат решения нестационарной задачи. Пространственное представление расходов фильтрационного потока. Результат решения