Процесс создания системы разномасштабных математических моделей представлен на следующем рисунке.
Создание системы разномасштабных математических моделей
Выработка требований к системе моделей заключается в детализации целей исследований, постановке задачи моделирования, определении различных критериев оценки качества решения, сроков решения, финансовых, людских, материальных ресурсов и т.п. В процессе ее проведения используются все имеющиеся сведения о гидрогеологическом объекте, в том числе хранящиеся в базах графических и семантических данных.
Выборка сведений из графической базы данных с помощью ArcGIS 9.3
Выборка сведений из семантической базы данных с помощью СУБД FoxPro 6.0
Этапы создания региональной модели изображены на следующем рисунке.
Создание региональной модели
Подробное описание методики создания региональной модели рассматривается в разделе 3.
Процесс создания локальной модели включает в себя следующие основные этапы.
Создание локальной модели
|
Проектирование локальной модели осуществляется с учетом результатов, полученных на региональной модели, целей и задач моделирования, а также требований к локальной модели. Структура локальной модели создается путем детализации структуры региональной модели. Степень детализации в основном зависит от целей моделирования, имитируемого процесса, требований к точности результатов моделирования.
Как правило, по внешним границам локальной модели задаются граничные условия первого рода – абсолютные отметки уровней, полученные интерполяцией решения с региональной модели в граничные блоки локальной модели. Этим учитывается влияние на имитируемые процессы объектов, расположенных в рамках региональной модели, но не попадающих на территорию локальной модели. Граничные условия задаются с использованием специальных программных средств. |
Границы локальной модели в разрезе задаются с учетом границ структурных элементов, составляющих региональную модель. Локальная модель в разрезе может включать в себя все слои или тела, входящие в региональную модель, или охватывать только их часть.
Тип локальной модели в значительной мере определяется целями моделирования, а также зависит от типа региональной модели. Следует отметить, что при проектировании топологии моделей используются поверхности. В плоскообъемных моделях поверхности ограничивают слои, в трехмерных – тела.
Основу выделяемых на локальной модели структурных элементов составляют данные о структуре региональной модели. Поскольку локальная модель должна более точно отображать литологическое строение объекта, ее структура может значительно отличаться от структуры соответствующей области региональной модели. При построении модели необходимо добиться равенства балансовых составляющих потока подземных вод по границам локальной модели, рассчитанных на региональной и локальной моделях. Если модели слоистые, то обеспечить выполнение этого критерия можно только при условии равенства водопроводимости каждого слоя региональной модели суммарной водопроводимости составляющих его слоев локальной модели. Следует отметить, что нельзя достичь этого с абсолютной точностью.
Схема соотношения слоев региональной модели Восточного Приаралья и локальной модели Кызылжарминского месторождения подземных вод
|
Существует два основных метода детализации структурных элементов региональной модели. Первый предполагает преобразование данных о топологии модели в так называемые наборы точечных данных (Scatter Point), а затем построение на их основе элементов локальной модели. Если региональная модель состоит из слоев, то при автоматизированной генерации топологии локальной модели слои можно по вертикали поделить на части так, что каждому слою региональной модели будет соответствовать несколько слоев локальной.
Второй метод предусматривает формирование тел на основе информации, считанной с детальных гидрогеологических разрезов. На них должны быть нанесены границы структурных элементов региональной модели. При построении разрезов используются не только сведения по скважинам, но и большой объем косвенной информации. Поэтому данные о литологическом строении могут считываться как со скважин, так и с дополнительных точек на разрезе. Все разрезы должны быть построены в одной системе координат для их автоматической обработки. Кроме того, линии разрезов должны быть нанесены на карту в системе координат, которая используется системой моделирования. |
Первый метод достаточно жестко связывает топологию локальной и региональной моделей. При использовании второго метода информация о положении структурных элементов региональной модели учитывается косвенно, вместе с другими данными, представленными на разрезах. Для автоматизации процесса построения тел на основании детальных гидрогеологических разрезов был разработан комплекс специальных инструментальных средств.
Выборка сведений с детальных гидрогеологических разрезов |
|
Создание в системе GMS 6.0 покрытия скважин |
Возможен также подход, включающий в себя элементы обоих методов. Например, после конструирования тел можно изменить трехмерную структуру модели на послойную. Применение такого методического приема, с одной стороны, дает возможность достаточно точно учесть особенности строения гидрогеологического объекта. А с другой стороны позволяет использовать традиционную форму представления исходных данных в виде карт и разрезов.
Построение гидрогеологических разрезов |
|
Задание материалов для трехмерных тел, |
В процессе проектирования локальной модели может потребоваться сбор дополнительных данных. Новая информация используется для пополнения баз графических и семантических данных.
На этапе формирования и калибровки локальной модели предусматривается формирование наборов исходных данных; построение концептуальной схемы локальной модели; аппроксимация в пространстве и во времени; генерация фильтрационной схемы; калибровка локальной модели.
В качестве исходных данных для локальной модели обычно выступают результаты решения, полученного на региональной модели, а также подобранные на ней значения гидрогеологических параметров. Если структура локальной модели претерпела значительные изменения по сравнению со структурой региональной модели, принимается решение о сборе дополнительных данных, необходимых для построения карт параметров. Значения параметров уточняются, в случае необходимости пересчитываются.
Экспорт решения гидродинамической задачи
Концептуальная схема локальной модели создается на основе концептуальной схемы региональной модели. Она может содержать дополнительные данные об естественных и техногенных объектах, с которыми связывается атрибутивная информация.
Тип модели в значительной мере определяет форму представления исходной информации. Для моделей, имеющих слоистую структуру, формируются карты параметров для каждого слоя. Если локальная модель является трехмерной, то каждому телу присваивается определенный материал, с которым связан набор фиксированных значений параметров.
В целом техническая процедура формирования локальной модели во многом соответствует процедуре формирования региональной модели. Основное отличие заключается в необходимости задания специфических условий по границам локальной модели. Следует отметить, что в качестве внешних границ выступают не только границы модели в плане. Если область моделирования локальной модели не охватывает в разрезе все слои региональной модели, то возникает необходимость определения условий по подошве ее нижнего слоя. Задание граничных условий является весьма трудоемкой процедурой. Разработанная методика предусматривает автоматическое задание граничных условий с помощью специально разработанных программных средств.
Процедура калибровки локальной модели в основном аналогична процессу калибровки региональной модели. Но ее проведение предполагает также соблюдение ряда дополнительных требований. В их числе соответствие уровней, задаваемых по внешним границам первого рода локальной модели, уровням, рассчитанным на региональной модели. Важно также совпадение по границам локальной модели балансовых составляющих потоков подземных вод, рассчитанных на региональной и локальной моделях. Еще одним условием является равенство водопроводимости слоя региональной модели суммарной водопроводимости составляющих его слоев локальной модели. Разработанная методика предусматривает автоматизированный расчет балансовых составляющих потока подземных вод.
Расчет балансовых составляющих потока подземных вод для границы локальной модели
В отличие от региональной модели локальная модель может имитировать какой-либо дополнительный процесс (процессы). В этом случае проводится дополнительный этап калибровки, связанный с его воспроизведением.
Калибровка локальной модели
Если в процессе калибровки локальной модели не удалось достичь требуемой точности или не были соблюдены перечисленные выше критерии соответствия локальной модели региональной, возможно принятие решения об изменении структуры региональной модели и принципов схематизации гидрогеологических условий. В этом случае весь процесс создания системы моделей повторяется.
Результат решения прогнозной задачи |
Решение прогнозных задач возможно только на откалиброванной системе. Решение осуществляется с использованием средств системы моделирования GMS 6.0. Рассчитываются искомые значения гидрогеологических параметров – абсолютные отметки уровней подземных вод на различные моменты времени, понижения уровней, глубины залегания уровней подземных вод, концентрации растворенных в воде компонентов, температура и т.п. Кроме этого выполняется расчет балансовых составляющих потока подземных вод, расчет баланса массы, тепла. |
Оформление результатов моделирования
По результатам моделирования в автоматизированном режиме составляются специальные карты, разрезы, графики изменения искомых параметров, 3D-диаграммы. Результаты решения записываются в базу графических данных. Для их оформления и анализа используются геоинформационные системы, графические редакторы, специальные программы для визуализации данных.
 |
|
 |
|||||||||
Предыдущая глава |
Следующая глава |