Диалоговое окно "Расчет концентрации: профильно-неоднородная 2D модель" – расчет концентрации и траекторий движения частиц в профильно-неоднородном напорном или безнапорном водоносном пласте. Рассматривается водоносный пласт, проницаемость которого падает с глубиной, и слоистый водоносный пласт. Источник загрязнения подземных вод имеет форму пластины, расположенную параллельно подошве водоносного пласта. Для безнапорного пласта источник загрязнения может быть расположен на уровне грунтовых вод.
Окно открывается через главное меню "Массоперенос > Миграция в профильно-неоднородном пласте".
Примеры диалоговых окон "Расчет концентрации: профильно-неоднородный пласт" для постоянно-действующего источника в экспоненциально-затухающем по проницаемости безнапорном пласте и для мгновенного источника, расположенного в слоистой напорной толще
Пояснительная таблица к кнопкам управления
|
Открытие pfd-файла с теоретической работой В.Г. Румынина "Конвективный перенос в профильно-неоднородном пласте при площадной инфильтрации"
|
|
Создание отчета с полным описанием выбранной математической модели. В отчетах приводятся аналитические зависимости, на основе которых делаются расчеты. Необходимо наличие на компьютере редактора Microsoft Office Word
|
|
Кнопка включения/выключения. Включенная кнопка – графики строятся автоматически при изменении любого параметра. При выключенной кнопке для построения графика необходимо нажать кнопку
|
|
Кнопка включения/выключения. При включенной кнопке программа строит только последний расчетный график и график из буфера обмена (при его наличии). При выключенной кнопке графики накладываются друг на друга
|
|
Построение графика и траекторий движения частиц по заданным параметрам. При нажатии кнопки появляется индикатор выполнения расчета. Нажатие клавиши Esc – прервать расчет.
Кнопка доступна при выключенной кнопке
|
|
Сохранить
1) модель (выбранные условия и заданные параметры) в файл с расширением *.acxz2 (формат программы Ansdimat);
2) разрез модели и траектории движения частиц в формате *.bln (формат программы Surfer);
3) распределение коэффициента фильтрации в разрезе в формате *.dat (формат программы Surfer);
4) график изменения напора от расстояния распределение в формате *.dat
|
|
Загрузить ранее сохраненную модель с помощью кнопки . Открытие файла с расширением *.acxz2
|
|
Удалить график, построенный по данным из буфера обмена, см. кнопку . На графике остается одна расчетная кривая
|
|
Значения, по которым построен текущий график копируются в буфер обмена.
Shift + Click – копирвать график в буфер обмена
|
|
Построить график по данным, находящимся в буфере обмена. В буфере обмена должны находиться две колонки: расстояние (или время) и концентрация. Масштаб графика автоматически изменится в соответствии с новыми данными. График, построенный по данным из буфера обмена, отображается в виде синих точек
|
|
Открытие справочной системы по текущему окну
|
|
Сохранить данные модели и закрыть окно
|
Пояснительная таблица к опциям диалогового окна
Список "Пласт"
|
Выбор водоносного пласта
|
"Однородный пласт"
|
Коэффициент фильтрации постоянен и не меняется с глубиной
|
"Экспоненциальное уменьшение k(z)"
|
Коэффициент фильтрации пласта падает с глубиной по экспоненциальному закону.
Для напорного пласта:
Для безнапорного пласта:
k0 – коэффициент фильтрации вблизи кровли напорного пласта или вблизи уровня грунтовых вод безнапорного пласта, м/сут; A – коэффициент затухания проницаемости по глубине, 1/м; m – мощность напорного пласта, м; h(x) – напор безнапорного пласта (расстояние от подошвы пласта до уровня грунтовых вод в точке x), м; x – расстояние от водораздела, м; z – расстояние от подошвы пласта, м
|
"Линейное уменьшение k(z)"
|
Коэффициент фильтрации пласта падает с глубиной по линейному закону
Для напорного пласта:
Для безнапорного пласта:
k0 – коэффициент фильтрации вблизи кровли напорного пласта или вблизи уровня грунтовых вод безнапорного пласта, м/сут; km – коэффициент фильтрации вблизи подошвы пласта, м/сут; m – мощность напорного пласта, м; h(x) – напор безнапорного пласта (расстояние от подошвы пласта до уровня грунтовых вод в точке x), м; x – расстояние от водораздела, м; z – расстояние от подошвы пласта, м
|
"Слоистый пласт"
|
Водоносный пласт состоит из слоев. Каждый слой имеет свою мощность, коэффициент фильтрации, пористость и коэффициент сорбционного распределения.
Доступно для напорного водоносного пласта (флажок "Безнапорный" выключен)
|
Список "Источник"
|
Выбор граничного условия – постоянный источник загрязнения или мгновенный. В первом случае граничным условием является постоянная концентрация C0, во втором – масса вещества M0 на единицу площади источника загрязнения
|
Список "График"
|
Список содержит один пункт. Информирует о построении графика концентрации от времени в зоне разгрузки
|
Поле "t_max"
|
Максимальное время для построения графика. Если значение меньше времени прихода первой частицы (см. поля "Время движения частицы"), то кривая концентрации будет находиться за переделами графика.
Единица измерения времени выбирается в списке "Единица t"
|
Флажок "Безнапорный"
|
Включенная опция – переход к рачетам в безнапорном водоносном пласте. При выключенной опции расчеты проводят в напорном пласте
|
Флажок "Вверх"
|
Перемещение источника загрязнения на кровлю напорного пласта или на уровень подземных вод безнапорного пласта
|
|
Рамка "Опции"
|
Список "Единица C"
|
Выбор единицы измерения граничной и расчетной концентрации. Доступные единицы измерения: кг/м3, г/л, мг/л, Бк/м3, Бк/л.
Масса вещества для мгновенного источника соответственно будет в кг, г, мг или Бк. При смене единицы измерения график необходимо перестроить заново.
|
Список "Единица t"
|
Выбор единицы измерения времени. Доступные единицы измерения: сутки, час, минута, секунда, год. График и все поля, содержащие время, будут пересчитаны при смене единицы измерения
|
Поле "Количество частиц"
|
Количество частиц, запущенных от источника загрязнения (от 3 до 999). Начальное положение частиц распределяется равномерно по длине источника. Чем больше частиц, тем точнее расчет концентрации. Количество точек, по которым построен график до времени прихода последней частицы, равно количеству заданных частиц
|
Пояснительная таблица к заданию параметров модели
Поле "Co"
|
Граничная концентрация. Единица измерения выбирается в списке "Единица C"(см. выше)
Поле доступно при выборе "Постоянный" в списке "Источник"
|
Поле "Mo"
|
Масса вещества на единицу площади загрязнения. Количество вещества, которое мгновенно поступает в источник загрязнения. Единица измерения зависит от единицы измерения концентрации, выбранной в списке "Единица C" (кг, г, мг или Бк на м2).
Поле доступно при выборе "Мгновенный" в списке "Источник"
|
|
Поля "xs2, м", "xs1, м"
|
Значения определяют размер источника по оси X. Расстояние от левой границы (водораздел) до начала и конца источника загрязнения. Значения должны быть больше нуля. Значение "xs1" должно быть больше "xs2". В противном случае изменяемое поле подсветится красным цветом
|
Поле "zs, м"
|
Расстояние от подошвы пласта до источника загрязнения. При наведении курсора на поле появляется подсказка с глубиной расположения источника: для напорного пласта – расстояние от кровли пласта, для безнапорного – расстояние от максимального уровня подземных вод (см. поле "HL").
При включенном флажке "Вверх" поле недоступно
|
Поле "L, м"
|
Расстояние от водораздела до области разгрузки. Размер водоносного пласта по оси X
|
|
Поле "ε, м/сут"
|
Величина инфильтрационного питания
|
Поле "qo, м^2/сут"
|
Дополнительный фильтрационный поток на ширину пласта
|
|
Поле "m, м"
|
Мощность водоносного пласта.
Для слоистого пласта (суммарная мощность слоистой толщи) поле недоступно для изменения.
Поле доступно для напорного пласта
|
Поле "db, м"
|
Напор на линии разгрузки, расстояние от подошвы пласта до уровня подземных вод в точке x = L
Поле доступно для безнапорного пласта
|
Поле "n, --"
|
Активная пористость
|
|
Поле "ko, м/сут"
|
Для однородного пласта – коэффициент фильтрации пласта
Для водоносных пластов с уменьшающейся проницаемостью – коэффициент фильтрации вблизи кровли пласта
Для слоистого пласта поле недоступно
|
Поле "km, м/сут"
|
Поле доступно для водоносного пласта с линейно-уменьшающейся проницаемостью. Коэффициент фильтрации вблизи подошвы пласта
|
Поле "A, 1/м"
|
Поле доступно для водоносного пласта с экспоненциально-уменьшающейся проницаемостью. Коэффициент затухания проницаемости по глубине
|
|
Флажок "Распад"
|
Включение в расчет распада вещества в растворе и на породе
|
Поле "λ, 1/сут"
|
Константа распада в растворе и на породе. При наведении курсора на поле появляется подсказка со значением периода полураспада в сутках и годах: T(1/2) = ln(2) / λ
Поле доступно при включенном флажке "Распад"
|
Кнопка "v"
|
Пересчет периода полураспада (в сутках) в константу распада (в 1/сут): λ = ln(2) / T(1/2)
Введите период полураспада в поле "λ" и нажмите кнопку "v". При одновременном нажатии кнопки и клавиши SHIFT – пересчет периода полураспада (в годах) в константу распада (в 1/сут)
|
Флажок "Сорбция"
|
Учитывать сорбцию вещества на породе
|
Поле "Kd, см^3/г"
|
Коэффициент сорбционного распределения. Поле доступно при включенном флажке "Сорбция". Поле недоступно при выборе "Слоистый пласт" в списке "Пласт"
|
Поле "ρ, г/см^3"
|
Плотность породы в сухом состоянии. Поле доступно при включенном флажке "Сорбция"
|
Поле "R, --"
|
Информационное поле. Фактор задержки. Рассчитывается по формуле:
Поле доступно при включенном флажке "Сорбция". Поле недоступно при выборе "Слоистый пласт" в списке "Пласт"
|
|
Кнопка переключения "Параметры"
|
Включенная/выключенная кнопка – открытие/закрытие таблицы для задания параметров слоистой толщи. Кнопка доступна при выборе "Слоистый пласт" в списке "Пласт"
|
Поле "N"
|
Задание количества слоев, слагающих слоистый водоносный пласт (от 1 до 999). Поле доступно при включенной кнопке "Параметры"
|
Таблица
|
Задание параметров слоистой толщи. Таблица открывается при включении кнопки "Параметры". Для закрытия таблицы нажмите (выключите) кнопку "Параметры".
Количество слоев определяется в поле "N". Для каждого i-го слоя необходимо задать мощность (mi), коэффициент фильтрации (ki), пористость (ni) и коэффициент сорбционного распределения (kdi).
Фактор задержки для каждого слоя рассчитывается автоматически
Плотность породы (ρb) одна для всех слоев и задается в поле "ρ, г/см^3"
Двойное нажатие кнопки мыши на заголовок колонки – дублирование значения для первого слоя во все слои
SHIFT + выделение мышью – копирование значения на выделенные слои
|
Кнопка "Копировать"
|
Копировать таблицу в буфер обмена. Кнопка доступна при включенной кнопке "Параметры"
|
Кнопка "Вставить"
|
Вставить таблицу из буфера обмена. В буфере обмена должны находиться четыре колонки: мощность, коэффициент фильтрации, пористость и коэффициент сорбционного распределения. Кнопка доступна при включенной кнопке "Параметры"
|
|
Рамка "Расчетные параметры". Рамка содержит информационные поля
|
Поля "Время движения частицы"
|
Время движения частицы, запущенной от начала (xs2) и конца (xs1) источника загрязнения. Единица измерения времени выбирается в списке "Единица t"
|
Поля "Точка выхода частицы (z)"
|
Координата по оси z в точке (x = L) выхода из пласта частицы: расстояние от подошвы пласта до точки выхода частицы, запущенной от начала (xs2) и конца (xs1) источника загрязнения. При наведении курсора на поле появляется подсказка с глубиной от кровли напорного пласта или уровня подземных вод безнапорного пласта до точки выхода частицы
|
|
Поле "HL, м"
|
Информационное поле. Напор на левой границе. Отсчитывается от подошвы пласта. Для напорного пласта рассчитывается по формуле
Зависимости для безнапорного пласта описываются в отчетах (см. иконку и уравнение поверхности для x = 0)
|
Поле "Tm, м^2/сут"
|
Информационное поле. Суммарная проводимость пласта. Рассчитывается исходя из выбранного напорного водоносного пласта:
– однородный пласт
– пласт с экспоненциально-затухающей проницаемостью
– пласт с линейно-затухающей проницаемостью
– слоистый пласт
Для безнапорного пласта приводится суммарная проводимость в зоне разгрузки. Вместо мощности пласта m в формулах выше подставляется db (см. поле "db"). При наведении курсора на поле появляется подсказка с максимальной суммарной проводимостью безнапорного пласта Tm_max, которая определяется по тем же формулам, где вместо мощности подставляется напор на вооразделе (см. поле "HL")
|
Построение графиков и траекторий движения частиц
Расчетный график изменения концентрации строится в зависимости от времени в выходном сечении (x = L). Ось X меняется от 0 до максимального значения, указанного в поле "t_max". Для перехода от линейного масштаба координатных осей к логарифмическому нажмите кнопку мыши на одну из осей.
Траектории от источника загрязнения (красная линия) до выходного сечения отображаются на разрезе в виде фиолетовых линий. Программа рассчитывает траектории движения 10 частиц, равномерно распределенных вдоль источника загрязнения. В рамке "Расчетные параметры" выводится информация о времени движения первой и последней частицы и отметки их выхода на линии разгрузки.
При изменении параметров модели график и траектории движения частиц автоматически строятся при включенной кнопке . Расчетная кривая на графике отображается красным цветом.
При выключенной кнопке для построений необходимо нажать кнопку .
При расчетах появляется полоса загрузки. Длительный процесс построений прерывается клавишей Esc.
Для наложения графиков друг на друга выключите кнопку .
Для построения графика по данным, находящимся в буфере обмена, нажмите кнопку . Появится график в виде синих точек.
Для удаления всех построений, кроме последнего расчетного графика, нажмите кнопку .
Пояснительная таблица к опциям построения графика
Список "График"
|
В данном окне возможно только построение графика изменения концентрации от времени на линии разгрузки (x = L)
|
Поле "t_Max"
|
Максимальное значение оси абсцисс на графике C(t). Единица измерения времени выбирается в списке "Единица C"
|
|
Нажатие кнопки мыши на поле графика
|
Последняя расчетная кривая изменит цвет; цвета выбираются в случайном порядке
|
Нажатие кнопок 0, 1...9
|
Последняя расчетная кривая изменит цвет: за кажой кнопкой закреплен фиксированный цвет
|
Движение мыши по полю графика
|
Появляется подсказка с координатами положения курсора мыши
|
Нажатие кнопки мыши на одну из координатных осей
|
Переход от линейного масштаба координатной оси к логарифмическому и наоборот
|
Нажатие левой кнопки мыши в левом верхнем углу графика
|
Задать максимальное значение оси Y. Открытие окна для задания значения.
Окно "Максимальное значение оси Y"
При нажатии кнопки "OK":
–ось ординат перестраивается, –на графике остается последняя расчетная кривая, –кнопка выключается, т.е. последующие расчетные кривые будут накладываться друг на друга.
Заданное значение действует до:
–включения кнопки и нажатия кнопки , –перестроения оси графика (переключение между линейным и логарифмическим масштабом оси Y), –нажатия правой кнопки мыши в левом верхнем углу графика |
Нажатие правой кнопки мыши в левом верхнем углу графика
|
Отменить установленное вручную максимальное значение оси Y (см. выше). При этом:
–ось ординат перестраивается, –на графике остается последняя расчетная кривая |
Литература
Румынин В.Г. Теория и методы изучения загрязнения подземных вод. СПб.: Наука, 2020.
Rumynin V.G., Sindalovskiy L.N., Nikulenkov A.M., Leskova P.G. Effect of anisotropy and depth-dependent hydraulic conductivity on concentration curve response to nonpoint-source pollution. Journal of Hydrology. 2020. Vol. 591.
Rumynin V.G., Sindalovskiy L.N., Nikulenkov A.M. Analytical solutions for flow and advective solute transport in unconfined watershed aquifers with depth-dependent hydraulic conductivity. Journal of Hydrology. 2021. Vol. 603.
|