AnsAEM – создание гидрогеологических моделей на основе метода аналитических элементов
Модуль AnsAem предназначен для гидрогеологического моделирования, в основе которого лежит метод аналитических элементов. Он позволяет в стационарной постановке рассчитать сетку движения подземных вод для однослойного напорного или безнапорного планово-неоднородного водоносного пласта с произвольным набором граничных условий: граница обеспеченного питания (I род), граница с постоянным расходом (II род), река (III род), фильтрационный барьер. Контуры границ имеют очертания произвольной формы.
В модели может быть учтена работа вертикальных и горизонтальных скважин. Предусмотрено задание областей инфильтрационного питания с различной интенсивностью.
На основе полученного распределения напоров, возможен расчет зон санитарной охраны опытно-эксплуатационных скважин и решение простых миграционных задач, связанных с запуском нейтральных частиц.
Модуль подходит для решения:
- гидрогеологических задач: расчет уровней подземных вод, построение карт гидроизогипс на изучаемых территориях;
- экологических задач: расчет зон санитарной охраны, обоснование гидравлических завес, разработка мероприятий по реабилитации подземных вод от загрязнения;
- инженерных задач: оценка водопритоков в котлованы, расчет барражного эффекта от фундаментов зданий и барьеров, прогноз изменения гидрогеологических условий при строительстве, расчет куполов растекания подземных вод, расчет путей и скоростей фильтрации вокруг дамб и мн. др.
Основным преимуществом модели на основе метода аналитических элементов является отсутствие необходимости сеточной дискретизации объектов. Это позволяет на больших региональных моделях точно описывать объекты локального масштаба.
Модель на основе метода аналитических элементов является промежуточным звеном между простыми аналитическими решениями и “тяжелыми” задачами численного моделирования на сетках. Модуль достаточно прост в освоении и является идеальным инструментом для специалистов как с опытом работы с численными гидрогеологическими моделями, так и без опыта моделирования на сетках.
Видеоурок 1. Создание гидрогеологической модели для оценки притоков в карьер на модуле ANSAEM
Видеоурок 2. Подготовка карты (подложки) в программе QGIS для последующей загрузки в Ансдимат.
Пример. Оценка барражного эффекта от строителсьва протяженной противофильтрационной завесы (ПФЗ)
О методе аналитических элементов (AEM)
Это математический подход к решению уравнений потока грунтовых вод, который приводит к точным результатам
О методе аналитических элементов (AEM)
Метод аналитических элементов (AEM) был разработан Отто Д. Л. Страком и его студентами в Университете Миннесоты: Strack [1, 2], Haitjema [3].
AEM – это математический подход к решению уравнений потока грунтовых вод, который приводит к точным результатам. Отсутствие сеточной разбивки области моделирования дает методу AEM преимущества над классическими конечно-разностными или конечно-элементными численными моделями. В частности, в любой точке пространства можно получить точное значение напора или скорости, а не ее осредненную характеристику по объему блока. Также модель AEM позволяет эффективно включать в задачи регионального масштаба локальные объекты, например, отдельные трещины или скважины.
AEM модели учитывают сложную геометрию границ (рек, барьеров и т.д.), плановую фильтрационную неоднородность и области инфильтрационного питания. В отличие от численных моделей, внешний периметр AEM модели не является границей II рода (Q = 0). Это также можно отнести к преимуществам метода аналитических элементов. Однако, при решении задач с инфильтрационным питанием, зона инфильтрации должна задаваться на модели внутри замкнутой области, ограниченной естественными границами потока подземных вод (река – водораздел).
[1] Strack O. D. L. Groundwater mechanics, Prentice-Hall: Englewood Cliffs, 1989. [2] Strack O. D. L. Analytical groundwater mechanics. Cambridge University Press, 2017. [3] Haitjema H. M. Analytic element modeling of groundwater flow. San Diego: Academic Press, 1995.
Расчет барражного эффекта – подъем уровня грунтовых вод после строительства протяженной противофильтрационной завесы (ПФЗ)
Моделирование движения частиц в подземных водах вмещающего массива, содержащего протяженные линейные зоны высокой и низкой проницаемости
Расчет зон санитарной охраны в сложных гидрогеологических условиях. Две скважины расположены вблизи извилистой реки, а третья расположена на водоразделе
ANSAEM использует код SPLIT в соответствии с лицензией GNU. Разработчиком кода является Igor Jankovic, Buffalo University.
Основные преимущества
- Простой и быстрый в освоении инструмент с понятным интерфейсом
- Отсутствие сеточной дискретизации позволяет в одной модели совместить объекты различных масштабов (например, на региональной модели сымитировать работу отдельных водозаборных скважин или отдельную трещину)
- Задание плановой неоднородности по фильтрационным свойствам и по инфильтрационному питанию
- Задание границ фильтрационного потока сложной формы
Ограничения
- Стационарная модель
- Однослойная плановая модель
- Требует наличия базовых знаний по гидрогеологической схематизации и моделированию