Рекомендации

по решению на мини-ЭВМ задач

стационарной геофильтрации с целью обоснования гидрологогидрогеологических параметров

is

Москва 1986

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерном изысканиям в строительстве

Рекомендации

по решению на мини-ЭВМ задач

стационарной геофильтрации с целью обоснования гидрологогидрогеологических параметров

Москва 1986

задаваемые в блоки параметры (абсолютные отметки природного УПВ и во-допроводимость) и граничные условия.

5.2.    Геометрия сеточной модели исследуемой области фильтрации определяется параметрами;

М - количество строк сеточной модели (по оси У);

N — количество столбцов сеточной модели (по оси X);

размеры блоков сеточной модели по оси У;

JtN(tf) - размеры блоков сеточной модели по оси X.

Сеточная модель должна удовлетворять следующим условиям:

М*1Ч4 1024; М* 60; N ^ 60.

Блоки сеточной, модели, не входящие в область фильтрации, считаются фиктивными. Непроницаемая граница области фильтрации реализуется фиктивными блоками или контуром сетки.

Нумерация блоков начинается с левого верхнего угла и производится с помощью двух индексов:

I — номер строки (увеличивается сверху вниз) ;

3 — номер столбца (увеличивается слева направо).

При описании координат блока первым идет индекс строки (I).

5.3.    Каждый блок сеточной модели характеризуется кодом, определяющим его тип — HR(1,3):

_ 1    -    фиктивный    блок;

0    -    рабочий    блок    (отсутствуют граничные условия);

1    - заданы    ГУ-Т;

2    —заданы    ГУ-11;

3    - заданы    ГУ-DI;

4    — заданы    ГУ-П И ГУ-Ш.

5.4.    Абсолютные отметки природного уровня подземных вод в метрах задаются во всех блоках сеточной модели в виде массива НВ (1,3).

Массив HG используется:

в качестве нулевого приближения при решении задач стационарной гео-

фильтрации;

для определения УПВ в блоках с ГУ-Т;

при определении водопроводимости по коэффициенту фильтрации;

для сравнения природного и модельного уровней подземных вод.

5.5.    Водопроводимость задается во все блоки сеточной модели либо в виде непосредственно массива Т£ »щ²/сут, либо набором массивов HG, ИР (абсолютная отметка подошвы верхнего слоя водоносного горизонта, м), HN (абсолютная отметка подошвы нижнего слоя водоносного горизонта, м), F К (коэффициент фильтрации верхнего слоя, м/сут), F2 или Т2 (коэффициент фильтрации и водопройодимость нижнего слоя),с помощью которых, используя параметр I SL0Y, вычисляются исходные и идентифицируемые значения водопроводимости.

При JTSL0Y = Обводится непосредственно массив TS .

При ZSlOY = 1 (фильтрация в однослойном потоке) вводятся массивы ИВ, НР и FK; TS вычисляется по зависимости FK(HG-HP).

При XSLOY^ 2 (фильтрация в двухслойном потоке) вводятся массивы HG_tHP₄Fk ,HNF£, a TS вычисляется по зависимости FN(HG-HP)+F2 (HP-HN).

Вместо F2(HP~HH) может использоваться массив    Т2.

В фиктивных блоках задается водопроводимость, равная нулю.

5.6. ГУ-Т могут быть заданы в любые (во все) блоки сеточной модели. Для этого необходимо определить тип блока KR(t_t3)~ 1, в качестве УПВ используется соответствующее значение HG(X,3).

5.7.    ГУ-И могут быть заданы в любые (во все) блоки сеточной модели, кроме блоков с ГУ-I, с помощью расходов (со знаком минус), инфильтра-ци о иного питания (со знаком плюс) или их алгебраической суммы. ГУ-И задаются в тыс. м /сут.

5.8.    ГУ-1И могут быть заданы в любые блоки сеточной модели, кроме блоков с ГУ-I. Их количество не должно быть больше 256. Для этого необходимо задать следующие параметры:

АО фильтрационное сопротивление подрусловых отложений поверхностных водотоков, сут;

FF — площадь водотока в блоке, м² (может определяться с помощью параметров: ВВ - ширина, It - длина, м; JFF ^mBQ*LL);

HR - абсолютная отметка уровня воды в поверхностном водотоке, м;

НО - абсолютная отметка дна водотока, м;

6L - глубина водотока, м.

Последние три параметра связаны соотношением *HG=HD+GL , поэтому должна быть задана любая комбинация из двух параметров.

6. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

6.1. Программа СТАЦ работает в режиме диалога ’’человек - ЭВМ” и реализует набор различных заданий, вызываемых на выполнение директивами, вводимыми оператором с дисплея.

С помощью директив осуществляется: создание информационной базы (ИБ) модели;

начальное формирование и коррекция исходных данных для решения задач стационарной геофильтрации;

расчет вспомогательных параметров и воспроизведение стационарной геофильтрации на основе данных, хранимых в ИБ, запись результатов расчетов в ИБ;

вывод информации, хранимой в ИБ, на печать, дисплей или перфоленту. 6Л. Информационная база модели реализована в виде дискового файла прямого доступа, логические записи которого соотвутствуют отдельному массиву. Каждый массив описывается двухсимвольным именем. Структура ИБ определяется при ее создании с помощью описателя ИБ, в каждой строке которого записаны имя массива и его длина в словах. Размеры прямоугольной сеточной области М иУ вводятся при создании ИБ с дисплея и хранятся в метке файла в качестве 1-го и 2 го дополнительных параметров.

В табл. 1 приведено назначение хранимых в ИБ массивов и операции, при которых они формируются.

6.3. Входная информация, вводимая оператором в процессе работы с программой СТАЦ, следующая:

директивы, запускающие выполнение определенных заданий; параметры, уточняющие режим выполнения директав (имена массивов, номера вариантов и т.д.);

исходные данные об исследуемой области фильтрации.

Первые два типа информации вводятся только с дисплея, третий — вводится, в зависимости от используемой директивы, либо с дисплея, либо с устройства ввода с перфоленты - УВвПЛ. В последнем случае информация должна быть подготовлена на перфоленте.

Перед вводом информации с перфоленты программа переходит в состояние ПАУЗА для того, чтобы оператор мог вставить ленту в УВвПЛ и включить его. Для продолжения работы (выполнения ввода) необходимо нажать кнопку ’’ПУСК” на инженерном пульте процессора ( в варианте программы с системными командами надо ввести команду: ПУ,СТАЦ).

Программа постоянно ”подсказывает”оператору какую информацию, в каком виде и с какого устройства она ожидает от него.

Ввод с дисплея и набивка на перфоленте исходной входной цифровой информации осуществляется в свободном формате. Разделителем между

11

Продолжение табл. 1

Имя мас сива Длина в машинных словах массива, его тип Назначение Операции формирования и коррекции Результаты решения стационарной задачи НК* M*N вещественный Абсолютные отметки модельного (вычисленного) Формируется директивами СТАЦ, СТЦН, СТЦВ УПВ, м ПК* То же Отклонения абсолютных отметок вычисленного То же УПВ от природного, м QK* и Невязка баланса подземных вод в каждом блоке сеточной модели, тыс. м3/сут и

Параметры решения одного варианта стационарной задачи

ВК % вещественный Д/С(1) =ТАУ, ВК(2) -EPS _tBK {3) =1 Г- Формируется директивами СТАЦ, СТЦН, СТАД

количество итераций^Я/С (4) = НН - код нуле-    СТЦВ

вого приближения УПВ (см. описание директив СТЦН, стцв)

ВК{5) * 00 - сумма расходной части невязки баланса, тыс.м /сут ВК (6) - QH - сумма приходной части невязки баланса, тыс.м³/сут

ВК (7) -130 - максимальное отрицательное отклонение абсолютной отметки модельного УПВ от природного, м

ВК (8) - D П - максимальное положительное отклонение абсолютной отметки модельного УПВ от природного, м ВК (9) - DATA, NOM - дата решения и порядковый ^мер^вариадт^мэту дат^_____

Вспомагательные массивы MX-MS M*N, вещественный Используются для хранения вспомогательной информации об области фильтрации Формируются директивами ВВОД, ПЕРМ, ВЫЧ Промежуточные массивы но M* N (веществ.) Нулевое приближение абсолютных отметок УПВ при решении задач стационарной гео фильтрации Формируется директивами СТАЦ, СТЦН, СТЦВ S1-SH 1024 (вещество Фрагменты массивов ТР и TN То же vi~ve 128 (вещество Фрагменты массива W2 *1 f 1 1 1 1 1 1 4x64 (вещество Фрагменты массива WS »*

* В идентификаторах НК, ВК, QK и ВК второй символ обозначает номер решаемого варианта: К = 1, 2, 3,4,5.

числами служит один или несколько пробелов ( до пяти). В случае, если данные не помещаются в одну строку (72 позиции), они набиваются в несколько строк, при этом в конце строки, кроме последней, ставится символ/ (косая черта).

С целью контроля и анализа хода идентификационного исследования программа ведет служебный журнал, в котором автоматически фиксируются даты работы с изучаемым объектом и количество решенных вариантов. Содержимое журнала выдается на печать по запросу оператора. Журнал реализован в виде дискового файла.

6.4. Запуск программы на выполнение осуществляется с помощью команды

:СГ,СТАЦ, t,

где L - параметр, определяющий вид запуска;

L - 0 (или опущен) - работа с существующей (ранее созданной) ИБ;

L * 1 - создание новой информационной базы.

Поскольку дисковой файл, в котором хранится ИБ исследуемой модели, описан в программе как устройство с логическим номером 7, перед запуском необходимо произвести назначение логического номера с помощью команды оператора:

:ЛН, 7, ИМЯ,

где ИМЯ — символьное обозначение файла с ИБ.

6*5. Запуск программы обеспечивает автоматический переход к выполнению директив открытия ИБ, после чего программа готова к выполнению вводимых оператором директив формирования исходных данных, коррекции параметров решения, запуска решения задач стационарной геофильтрации, печати, вывода информации на перфоленту, вспомогательных операций и завершения работы программы.

Директива открытия представляет собой набор не более четырех символов, вводимых после сообщения ’’ВВОД ДИРЕКТИВЫ”. Оно означает, что предыдущая директива выполнена и программа ожидает ввод новой.

6.6.    Директивы открытия информационной базы включают в себя СОЗДиПОИС.

СОЗД - создание информационной базы, осуществляет ввод описателя ИБ с перфоленты, значений М и N с дисплея, массивов DM и DN с УВвПЛ. Кроме этого, по этой директиве в ИБ записываются значения параметров ТАУ - 1,5 и EPS*0,01,в массив К/?— (—1), массивы W2 и W3 обнуляются. По запросу программы с дисплея вводится параметр ISLOY и имя файла служебного журнала.

После выполнения директивы на пульт выдается сообщение ’’ФАЙЛ СОЗДАН”.

ПОИС - открытие файла с ИБ в режиме поиска. Кроме того, с диска в ОЗУ читаются: массив HR и значения м и Н, осуществляется поиск служебного файла. После вьтолнения директивы на пульт выдаются сообщения ’’СЛУЖЕБНЫЙ ФАЙЛ НАЙДЕН”, ’’ФАЙЛ НАЙДЕН М =s .... A* s ... ”.

6.7.    Директивы формирования исходных данных об исследуемой области фильтрации включают в себя ВВОД, КОРМ, ТИПФ, ТИПР, ТИП1, OI1W 2 и ОШУЗ, ВВПС, ОБКй .

ВВОД - ввод двумерных (М. * N ) вещественных массивов с УВвПЛ. Массивы готовятся на перфоленте по строкам, в первой записи набивается двухсимвольное имя массива.

КОРМ - корректировка значений двумерных вещественных массивов с дисплея. После запуска директивы в ответ на запрос программы

"ИМЯ МАССИВА?”

вводится имя корректируемого массива и значения корректируемой информации в виде:

1 J А,

где А — корректируемое значение параметра в блоке с координатами / и Э (каждый элемент информации вводится в отдельной строке). В конце массива вводится 0. Окончание ввода каждого массива сопровождается сообщением на дисплее: "КОНЕЦ КОРРЕКЦИИ” "ИМЯ МАССИВА?”, после чего корректируется следующий массив или завершается выполнение директивы командой КН,

ТИПФ, ТИПР, ТИП1 — определение соответственно блоков фиктивных, рабочих и ГУ-1.

Координаты блоков вводятся отдельной строкой соответствующих значений:

I ЭН JK,

где I - номер строки; ОН и J7C - номера от и до блоков в строке определяемого типа. В конце информации вводится 0.

Тип определяемых блоков перед выполнением директивы должен быть равен -1,0 или 1. В противном случае выдается сообщение:

"ОШИБКА ТИПА БЛОКА Г3= Т_с "

^L ?

где I и J - координаты блока, Т_с - старое значение типа блока. После этого сообщения ввод информации может быть продолжен.

OnW 2 - определение граничных условий И рода. Информация о ГУ-11 вводится для каждого блока отдельной строкой значений:

IJn/2.,

где Г и J — координаты блока, W 2 — алгебраическая сумма расхода и инфильтрации, тыс.м^/сут. В конце информации вводится 0. При вводе информации о ГУ-11 тип блока изменяется,как показано в табл. 2.

В случае ввода строки со значением КО выполняется:

а)    обнуление всего массива W 2 и соответствующее изменение типов блоков (IV 2 = 0);

б)    запись нового значения W 2 ( W 2 ^ 0) во все определенные ранее блоки с ГУ-И.

ОП W3 - определение граничных условий Ш рода.

В директиве реализованы три операции: формирование Новых блоков ГУ-Ш и коррекция старых при отсутствии или наличии постоянных параметров, а также отмена ГУ-Ш. После запуска директивы или завершения предыдущей операции оператор может выполнить очередную операцию или закончить директиву, введя команду КН.

При выполнении директивы информация вводится следующим образом:

формирование новых блоков ГУ-Ш и коррекция старых при отсутствии постоянных параметров;

а) ПП - указатель отсутствия постоянных параметров:

— набор идентификаторов вводимых параметров (АО, FF,

N8, GLjMU, ВВ, LL) 1±к*7\

17

отмена ГУ-111 во всех блоках.

Формирование новых блоков ГУ-И! может выполняться для блоков типов 0 или 2, которые переходят в типы 3 или 4. При этом для каждого блока должен быть определен полный набор параметров:

а)    АО;

б)    FF или ВВ и LL ;

в)    любые два параметра из Hit, HD , GL.

Коррекция параметров (задания ГУ-Й1) выполняется по следующему правилу:

Введенное значение	Старое значение	Новое значение
Ав>0		A"- At;
*в<0	Ас *
	Ае 9	А н “ *

Корректируя ГУ-Ш, необходимо помнить, что при изменении только параметра:

HR значение GL остается старым;

GL значение HR остается старым;

HD значение ня остается старым и = HR — HV-

Отмена ГУ-Ж возможна только для блоков типов 3 или 4, которые переходят в типы 0 или 2.

При выполнении директив ТИПФ, ТИПР, ТИШ, ОП1а/ 2, OnW3 ввод информации может осуществляться с дисплея или с УВвПЛ в зависимости от состояния нулевой клавиши клавишного регистра (КР) на инженерном пульте процессора: нажата — ввод с дисплея, отжата — ввод с УВвПЛ. Перед вводом директивы нулевую клавишу переводят в нужное положение.

В случае возникновения некорректных ситуаций при вводе исходной информации с перфоленты выполнение директивы аварийно завершается, значения блоков и ГУ-Н, ГУ-III остаются старыми. При вводе информации с дисплея выполнение директивы продолжается.

ВВПС - заполнение двумерного вещественного массива константой. По запросу программы с дисплея вводится имя массива и значение параметра, которое записывается во все действительные блоки модели, в фиктивные записывается 0.

ОБ HR - приведение массива HR в исходное состояние; во все блоки записывается ( - 1) (как после создания информационной базы),, Введенная ранее информация о граничных условиях теряется, ее надо вводить снова. После окончания директивы на пульте выдается:

’’МАССИВ KR ОБНУЛЕН”

6.8.    Директивы коррекции параметров решения включают в себя ТА Y, ^EpS и ТЛ 75, которые после их ввода осуществляют задание новых значений TAY , ЕР5 и ISL0Y, хранимых в ИБ модели.

6.9.    Директивы запуска решения задач стационарной геофильтрации включают в себя СТАЦ, СТЦН и СТЦВ

19

СТАЦ — запуск решения, когда в качестве нулевого приближения УПВ (#0) используются абсолютные отметки природного УПВ (HG )* Результаты записываются в массивы варианта 1, т.е. //1, D 1,    0    1    и

В1.

СЩН - запуск решения, когда в качестве нулевого приближения УПВ (НО) используются либо абсолютные отметки природного УПВ (HG), либо абсолютные отметки модельного УПВ одного из ранее посчитанных вариантов.

В программе предусмотрено хранение до пяти вариантов решения, которые могут использоваться для сравнения результатов с различными исходными данными, в частности, с различными значениями £ PS .

СТЦВ — запуск решения, аналогичный директиве СГЦН, но при расчете водопроводимости (в случае ISL0Y> 0) используется нулевое приближение УПВ (//О).

В процессе решения после каждой итерации на дисплей выдается сообщение

IT IJ ДЯ,

где IT - номер итераций; I и J - координаты блока; в котором на данной итерации получено наибольшее по абсолютной величине изменение вычисляемого УПВ АН =WifV. (значение А Н выдается в мм) .

Аварийное завершение процесса решения осуществляется нажатием 15-й клавиши клавишного регистра на инженерном пульте процессора (перед вводом директивы запуска решения эта клавиша отжата), при этом в ИБ записываются результаты решения задачи, полученные на последней итерации (IT). Признаком аварийного завершения является значение £PS~ — 10* для данного варианта.

6.10. Директивы печати включают в себя ПЕЧ, ПЧФР, ПЧ W2, ПЧУУЗ, ПЧ1У0 , ПЕЧВ, ПЧТУ, ПЧСЛ, выполняющих вывод исходной информации и результатов решения задач стационарной геофильтрации на устройство печати VZM = 180 или на дисплейный модуль ДМ-2000. Устройство вывода определяется положением 1-й клавиши клавишного регистра на инженерном пульте процессора: клавиша нажата - вывод на ДМ-2000, отжата — вывод на DZM =180. Перед вводом директивы 1-я клавиша переводится в нужное положение.

ПЕЧ - печать информации по всем блокам сеточной модели. После запуска директивы в ответ на запрос программы

’’ИМЕНА МАССИВОВ?”

вводятся имена массивов, которые надо выдать на печать. Это могут быть любые двумерные ( М * N ) вещественные массивы,хранимые в ИБ, а также информация о ГУ-11 (идентификатор W 2) и ГУ-Ш (набор идентификаторовА0, FF_y HR , GL, Н и Л4). Значение параметра FF выдается в тыс.м2, параметр АА =    тыс.м2/сут.    Идентификаторы    вводятся одной

строкой через один пробел, после выполнения директивы на пульт выдается:

’’КОНЕЦ ПЕЧАТИ”,

ПЧФР - печать информации о фрагменте области. Выполняется аналогично директиве ПЕЧ, но дополнительно, в ответ на запрос программы, необходимо ввести с дисплея координаты фрагмента области

IH IK дН,

где IH и IK - номера строк, JН - номер левого столбца, ограничивающие фрагмент области, для которой выводится информация (на дисплей выдается 9 столбцов, на VZM -180 — 12).

ПЧ W2 — печать информации о блоках с ГУ-11.

I14tV3 — печать информации о блоках с ГУ-1П.

n4WQ - печать информации о балансе в блоках с ГУ-I, И и Ш родов, полученном в результате воспроизведения стационарной геофильтрации.

После запуска директивы необходимо ввести номер воспроизводимого варианта.

ПЕЧВ — печать параметров воспроизводимого варианта.

После подачи директивы необходимо ввести номер варианта.

ПЧТУ _ печать имен массивов, определенных в ИБ (используется при отладке программы).

ПЧСЛ — печать служебного журнала.

6.11.    Директивы вывода информации на перфоленту включают в себя ВЫ W 2, ВЫ W 3, ВЫВО, обеспечивающие передачу исходной информации и результатов решения задач стационарной геофильтрации с ЭВМ СМ-1 на ЭВМ ЕС-1022 в соответствии с форматами, принятыми в пакете программ GBDFILTR. Перед выводом информации на перфоленту с дисплея вводятся размеры сеточной модели, используемой в пакете G£0FILTR_> и координаты соответствия сеточных моделей, используемых в программах СТАД и GFOFILTR.

BbIW2 — вывод информации о ГУ-11 в формате команды HR.

ВЫ W3 - вывод информации о ГУ-Ш в формате команды KR.

ВЫВО - вывод вещественных двумерных массивов в соответствии с форматом команды IF. Имена выдаваемых массивов вводятся с дисплея по запросу программы

6.12.    Вспомогательные директивы включают в себя ПЕРМ, ВЫЧ, КОПФ, KOnM,C4TS, C4F К.

ПЕРМ - пересылка двумерных ( М * /V ) вещественных массивов из одной записи ИБ в другую. Имена массивов вводятся с дисплея.

ВЫЧ - определение разности двух двумерных вещественных (М * N ) массивов и запись ее в ИБ. Имена массивов вводятся с дисплея.

КОПФ - создание точной копии дискового файла с ИБ. Имя нового файла и номер диска вводятся с дисплея.

КОПИ — пересылка массивов из ранее созданной ИБвИБ, с которой ведется работа. Размер массивов должен быть одинаковый. Имя старого файла и номер диска, а также имена массивов вводятся с дисплея.

СЧТ5 — расчет водопроводимости TS в соответствии с параметром 1510 Y. Все используемые при расчете параметры должны быть записаны в ИБ.

C4F К - расчет коэффициента фильтрации для однослойного водоносного горизонта или коэффициентов фильтрации верхнего и нижнего слоев и водопроводимости нижнего слоя для двуслойного водоносного горизонта в соответствии с параметром ZS10Y :

О.) I3L0Y-1, FK=-^_W,

S) ISLOY-2, FK - (hg-HP)i-K(HP-HN) ’ F2 - FK *K,

T2~F2( HP-HN) ( коэффициент К вводится с дисплея).

6.13. Директивы завершения работы программ включают в себя АЗАВ и КОН.

АЗАВ - аварийное завершение программы СТАЦ. После запуска директивы файл с ИБ не закрывается, выдается сообщение:

* КОНЕЦ РАБОТЫ”.

КОН — конец работы программы. После запуска директивы файл с ИБ закрывается и выдается сообщение: ”ФАЙЛ ЗАКРЫТ”, ’’КОНЕЦ РАБОТЫ”

21

УКД 556.3.001.57

Рекомендованы к изданию решением секции инженерной заши-ты территорий и вычислительных методов в инженерных изысканиях Научно-технического совета ПНИИИС Госстроя СССР.

Рекомендации по решению на мини-ЭВМ задач стационарной геофильтрации с целью обоснования гидролого-гидрогеологических параметров / ПНИИИС. — М.: Стройиздат, 1986. -24 с.

Содержат алгоритмы, вычислительные схемы и описание программы численной реализации на ЭВМ СМ-1 стационарного режима фильтрации грунтовых вод в условиях однослойного и двухслойного водоносного горизонта, гидравлически связанного с поверхностными водотоками.

Для инженерно-технических работников проектных, изыскательских и научно-исследовательских организаций.

Разработаны ПНИИИС Госстроя СССР (канд. геол.-мин. наук В.С. Зильберг, инж. А.А. Колесов).

Инструкт.-нормат., Г вып. - 29 - 85 ©Стройиздат, 1986

6.14. В случае возникновения ошибок при выполнении различных директив на пульт оператора выдастся сообщение:

’’ОШИБКА /БЗ-КОД”,

где КОД - восьмиричное число, идентифицирующее тип ошибки. Типы ошибок и их коды приведены в табл. 3. При появлении такого типа ошибки выполнение директивы аварийно завершается.

ТаблицаЗ

код | Смысл ошибки Действия оператора 51 Неверно набрано имя директи Ввести правильную директиву 71 вы Неверно набрано имя массива Ввести правильное имя 70 (в ИБ нет массива с таким именем) Массив с введенным с пульта Записать на массив в ИБ, ввести 50 именем не был записан с ИБ Файла с именем, назначенным правильное имя Закончить работу директивой 10 7-му логическому номеру, на диске нет Забыли назначить ЛН-7 файлу с ИБ АЗАВ, ввести команду: ЛН,7,ИМЯ^ запустить программу :СТ, СТАЦ То же

7. СХЕМА ОСНОВНЫХ ДЕЙСТВИЙ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИДЕНТИФИКАЦИОННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ

СТАД

7.1.    Подготовка на перфоленте: описателя информационной базы;

размеров блоков сеточной модели по вертикали и горизонтали (массивы ЯМ .и 1W);

координаты области фильтрации (директива ТИПР); координат блоков с ГУ-1 (директива ТИП1); информация о ГУ-11 (директива ОП W2); информация о ГУ-Ш (директива ОП W3)-

двумерных вещественных массивов (М * N ) с исходными параметра-^ми ® ¹моделируемой области фильтрации «6, HP , FK и т.дКдиректи-ва ниши, набор которых обусловлен характером определения водопрово-

димости и параметром ISL0Y.

7.2.    Создание ИБ, которое выполняется один раз в начале работы запуском программы СТАД, командой

:СТ, СТАЦ, 1,

после чего вводятся с перфоленты описатель ИБ и массивы DM и DN , с дисплея - размеры области Ми N , а также параметр IS10Y,

Последующие запуски программ выполняются только командой:

:СТ, СТАЦ.

7.3.    Запись исходной информации, заключающейся в вводе перфоленты координат области фильтрации с блоков с ГУ-Г (директивы ТИПР, ТИП1), информации о ГУ-If И ГУ-Ш (директивы ОП IV 2 и ОПУУЗ), двумерных вещественных массивов (директива ВВОД), с использованием ВВПС для пара-

22

1. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА РЕШАЕМЫХ ЗАДАЧ

1.1.    Решение большинства геофильтрационных задач должно базироваться на функционально надежной расчетной схеме, адекватной реальному объекту. Адекватность требует получения соответствующих гидролого-гидрогеологических параметров, основные из которых представляются в виде гарантированно обоснованных полей распределения величин фильтрационных сопротивлений подрусловых отложений поверхностных водотоков и коэффициентов фильтрации, водопроводимости и водоотдачи. Обоснование параметров осуществляется в результате их идентификационных исследований.

1.2.    Идентификационные исследования включают в себя построение имитационных моделей идентифицируемых параметров и их корректировку. Имитационные модели содержат для всей исследуемой территории или ее отдельных фрагментов карты функций влияния от заданных изменений гидролого-гидрогеологических параметров. Функциями влияния являются отклонения величин природных потерь и пополнений речного стока, а также абсолютных отметок уровней подземных вод от вычисленных при соответствующих величинах идентифицируемых параметров, которые должны изменяться в пределах их экстремальных значений.

Приведенные в моделях данные используются для выбора в пределах отдельных зон исследуемой территории корректировочных изменений идентифицируемых параметров.

1.3.    Построение имитационных моделей идентификации гидролого-гидрогеологических параметров и их корректировка осуществляется путем многовариантного воспроизведения стационарных гидролого-геофильтрационных процессов при раздельном и совместном задании (в различном сочетании) фильтрационных сопротивлений подруеловых отложений поверхностных водотоков, коэффициентов фильтрации и водопроводимости и нестационарных при заданных изменениях коэффициента водоотдачи и идентифицированных величинах вышеназванных параметров.

1.4.    Многовариантное воспроизведение стационарного гидролого-гео-фильтрационного процесса с целью обоснования соответствующих параметров сводится к необходимости решения стационарных задач геофильтрации в режиме диалога с машиной. Для этого наиболее перспективным является использование мини-ЭВМ СМ-1, которая обладает возможностью быстрой и нетрудоемкой корректировки уточняемых параметров путем их подбора на отдельных фрагментах в режиме "человек—ЭВМ".

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА РЕШАЕМЫХ ЗАДАЧ

2.1. Математическая постановка решаемых задач представляет собой систему, состоящую из дифференциального уравнения эллиптического типа и граничных условий, описывающих стационарный режим фильтрации подземных вод, гидравлически связанных с поверхностными водотоками.

2 Л. Стационарная фильтрация подземных вод в области D (рис. 1) с двухслойным строением водовмещающих отложений в вертикальном разрезе (верхний слой - хорошо проницаемый, нижний - менее проницаемый) описывается уравнением вида:

dh(x.y)]

ay \^и>    (1)

где

вод;

h — абсолютная отметка уровня подземных вод (УПВ), м; х, у —плановые координаты исследуемой области фильтрации подземных ¹

суммарная водопроводимость верхнего (7%) и нижнего (74) слоев водовмещающих отложений, м²/сут.

Коэффициент водопроводимости верхнего слоя Т\ может задаваться зависимостью;

т,(л,у)= k_i(A,y)[h{_kx,y)-H_i(jt,y)l_i    (2)

где kj - коэффициент фильтрации верхнего слоя водовмещающих отложений м/сут;

Н.- абсолютная отметка подошвы верхнего слоя водовмещаюнкх отложений, м.

2.3. Граничные условия приняты трех родов и задаются на контурах: внешнем Г, ограничивающем область Д и внутренних, к которым относятся, например, водозаборные скважины и поверхностные водотоки.

Граничные условия первого рода (ГУ-1), описываемые зависимостью:

^{h (х}- Иг,+г* ^f(r)> ^{г 6} ri + *•    ¹

представляют УПВ, задаваемый на части внешних ( Г., ) и некоторых внут* ренних ( 3^ контурах (см. рис. 1).

Граничные условия второго рода (ГУ-ll), описываемые зависимостью:

i + T***™*    +    ^<4)

представляют приток или отток подземных вод через внешние границы (Г2) (в случае непроницаемого контура расход равен нулю), а также расходы водозаборных скважин на некоторых внутренних (3^) контурах (рис. 1). Граничные условия третьего рода (ГУ-ОТ), описываемые зависимостью:

^r H_Bis)~h

-~A₀(sr >

ms)

P

r,+ r₃

H g fs)" Нцр (s) A^Ts) ’

0 ,

^h *»„?(*> ■>

Нв<³>^яН*<*>

(5)

определяют характер взаимосвязи поверхностных и подземных вод. В зависимости (5):

yVp(s) — интенсивность потерь при пополнении речного стока, м/сут;

^e(s2- абсолютная отметка уровня воды в поверхностном водотоке, м; HfjpCs)- абсолютная отметка подошвы подрусловых отложений, м;

A₀(s)~ фильтрационное сопротивление подрусловых отложений, равное >сут (^т/7Л’^ми^|«> м/сут - мощность и коэффициент фильтрации пленки подрусловых отлджений) ;

*5 — точка, принадлежащая части внешнего ( Г$ ) и некоторым внутренним ( контурам (см. рис. 1).

3. АЛГОРИТМЫ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ ГИДРОЛОГО-ГЕОФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ И ПОСТРОЕНИЯ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

3.1.    Воспроизведение стационарных гидролого-геофильтрационных процессов заключается в численном решении уравнения (1) , конечно-разностная аппроксимация которого осуществляется интегробалансовым методом.

3.2.    Для составления конечно-разностного пространственного уравнения (1) на область IJ накладывают сетку Д и непрерывной в области В

у		r,o	1			Ti	rzo	2	rS у	у	£
a	6	6		a	6	6	2		a	6	в

Рис. I. Фильтрационная схема

1 - граничные условия первого рода на контурах: а - внешних линейных; б - внутренних линейных; в - внутренних точечных; 2 - граничные условия второго рода на контурах: а — внешних линейных; б - внешних линейных непроницаемых; в - внутренних линейных; г - внутренних точечных; 3 - граничные условия третьего рода на контурах: а - внешних линейных; б - внутренних линейных; в - внутренних точечных

функции А ставят в соответствие сеточную функцию Л;;, такую, чтобы выполнялось равенство:    ^;

^hij=^h(xj> *,•>-    ^(б)

Сетка принята неравномерная прямоугольная. Элемент ее приведен на рис. 2.

При дискретизации области фильтрации вблизи внешнего контура прямоугольники следует строить таким образом, чтобы криволинейный контур прошел через центры блоков.

3.3. Для блока с координатами i_t j при осредненном в нем коэффициенте водопроводимости разностный аналог второй производной по оси X имеет вид:

-i.fr Щ

Зх #х/

h.

- k_£j-

~ Ах; I A*J.j &*j_\

(Ч)    »    (Т ⁺ Т, .• /

*    '    j    обшцЧ'

h i,i+1

(7)

А*,

Z

2 Зак. 2226

и по оси у:

ЯЬ ) I __^hi-iJ~bjj__

**^УЦ/> Щ (**£-<_ ,    \

(8)

² \ ^ToSm,i-1,i ^T06w,,ij }

^hi+i.r^hH__

^ЛУ_£ f ^лУц-1 _f &Vi ^

² VofiH'itlJ ^oSm.ij t

где    A*j% АУi - размеры блоков прямоугольной сетки по вертикальной и горизонтальной осям;    -    •    -    коэффициент    проводимости,

осредненный в каждом блоке.    ^J

ЗА. Система разностных уравнений, аппроксимирующая на внутренних узлах сеточной области Д дифференциальное уравнение стационарной фильтрации подземных вод (1), после умножения на площадь блока Ах-Ау-примет вид:    ^J    1

^TL‘.i V*”¹//    *⁹>

⁹ у <^Аi-,,r^hu>♦ ^TNii <WV*4

^    М-1}    J — 2_/3_f.*.₎ N~ 1\

где

rt..

^ToS»i,ij ^«ц.^М    ,

..... t

^ofuijij ^*J+1

2 A xj 7^ц , jj Т₀$щ _// _e ^€-1 *

TR.

ч

> do)

TV..

ч

V

^ty    Tofm,i+ij

>

3.5. При построении разностных аналогов граничных условий к разностной системе (9) необходимо добавить уравнения для узлов сеточной границы Г^# + if*, которая пройдет в общем случае только вблизи границы Г + дг области фильтрации Л, совпадая с ней лишь в отдельных точках. На сетке граничные условия задаются путем отнесения их к центрам блоков.

Рис. 2. Элемент неравномерной сетки

A Xj

h ft \ f • 1 f Tiм *T~TLi hj-t ‘ T*J i .. TPt V TU+f V-Л , l,J+t Jl • \l i lilL i L_

Питание или разгрузка (ГУ-И) на внешнем контуре области фильтрации задаются в виде соответствующего расхода со своим знаком в граничный узел сетки.

Граничное условие на скважине обладает особенностью. Поток вблизи скважины имеет радиальный характер и для его непосредственного моделирования требуется очень подробная дискретизация пространства. Деформацию потока обычно учитывают введением в блок со скважиной допол-

AR

нительной фильтрационной проводимости по формуле:    ,—-- —

J Л*; *У1

0,47

зг

скв

которая вычисляется

(И)

г_е - радиус скважины,

м.

Моделирование скважин, работающих с заданным дебитом, не требует обязательного введения в сетку дополнительной проводимости. Дебит скважины обычно задается на модели аналогично инфильтрации, но с обратным знаком. Затем по величине УПВ в блоке сетки, полученного в результате решения задачи, определяется УПВ на скважине по формуле

ч

СКВ, ij

(12)

AS =

скв, ij ч 1 ч Wkij ¹

CKB.lj >

(13)

Л S_CKB ij — дополнительное понижение УПВ в скважине, м;

т

Ij    — мощность водовмещающих отложений, м;

^с, ij — Дебит скважины, м^/сут; к _£j — коэффициент фильтрации во-дрвмещающих отложений, м/сут.

Разностный аналог граничного условия 111 рода, соответствующий выражению (5) имеет вид:^г

А О, ij

^FiJ ¹

^h«

Q

Р,Ч

B.IJ

н

ПрЛ1

0,4

tjt

^hu

np,ij ' <Н

ПР,Ч

(14)

Н

MJ

пр.ч'

7

где

3

(15)

— ширина реки в блоке, м; L ij - длина реки в блоке, м.

В блоках модели с граничными условиями I рода задается

=    Об)

ч ч

3t6. Составленная с учетом соотношений (9), (11)-(16) полная система конечно-разностных уравнений, являющихся основой для построения алгоритма численного решения стационарных задач геофильтрации, имеет вид:

⁺ TLij ^h i,j-i ~ ^aij ^h£j ~~^R ij '

(17)

где

d..= TL_i; * TP.. * TV + TN..+

4 ^lJ 4 ^lJ ‘J ^Ao,ij

R..= Q, ⁺    F£'

(18)

^C,U 6,4 A_0£j.

При УСЛОВИИ hy ^    i

(19)

при условии h_CJ^ H _nPi ij ;

d.~TL. .    +    TP.    *    TV.    .    .*    TN..:

*y    i,j-l    tj    i~1,J    ij>

~ ^QC, ij i

(20)

при условии Н₆^Н_прЛ].

3*7. Решение алгебраических уравнений (17) осуществляется по схеме:

*^TPti^h\W^T"4^hXjWu>

⁰⁰

Jk+ifQ

где "ij - промежуточное приближение*

Релаксационный множитель Т_опт может принимать значения 1< Т

8

3.8. Алгоритм построения имитационных моделей идентификации рас-четных параметров должен обеспечить получение атласа карт машинных выдач, содержащих в каждом блоке сеточной модели исследуемой территории:

абсолютные отметки природных и модельных уровней подземных вод;

величины их несовпадения;

абсолютные отметки подошв верхнего и нижнего водоносных слоев;

коэффициенты фильтрации верхнего водоносного слоя и водопроводи-мости нижнего;

фильтрационные проводимости подрусловых отложений поверхностных водотоков;

абсолютные отметки уровня воды и дна в поверхностных водотоках;

величины потерь и пополнения речного стока.

Число карт определяется количеством варьируемых значений идентифицируемых параметров и фрагментов, в которых они задаются.

3.9. Алгоритм численного решения дифференциального уравнения эллиптического типа, позволяющий воспроизводить на ЭВМ стационарные режимы фильтрации подземных вод в одно- и двуслойном плоскоплановом потоках, гидравлически связанных с поверхностными водотоками, в постановке построения имитационных моделей идентификации расчетных гидрологогидрогеологических параметров реализован в виде программы СТАЦ.

4. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММЫ СТАЦ

4.1.    СТАЦ реализована в операционной системе ДОС АСПО на мини-ЭВМ СМ-1 с объемом оперативной памяти 16 К слов.

4.2.    Решение системы линейных алгебраических уравнений (17), обеспечивающее воспроизведение стационарных гид р о л ого -геофил ьтрационных процессов, осуществляется итерационным методом покомпонентной верхней релаксации.

4.3.    Программа работает в интерактивном режиме диалога, который обеспечивает эффективный анализ имитационных моделей при проведении идентификации гидролого-гидрогеологических параметров в прямоугольной сеточной области с общим количеством блоков не более 1024.

4.4.    Программа выполняет следующие основные функции:

создает, хранит во внешней памяти и корректирует информационную базу исследуемой модели, в состав которой входят все описывающие ее параметры и результаты решения;

воспроизводит процесс стационарной геофильтрации; обеспечивает возможность хранения и сравнения различных вариантов решения;

выводит на печать или дисплей необходимые для анализа параметры по всей области или отдельным фрагментам в удобном для пользователя виде;

выводит исходную информацию и результаты решения на перфоленту с целью использования ее при исследовании модели на ЕС ЭВМ с помощью пакета программ GBOFILTR»

автоматически учитывает количество решаемых вариантов; выполняет ряд вспомогательных операций при исследовании модели.

5. ИСХОДНАЯ ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ СТАЦИОНАРНОЙ ГЕОФИЛЬТРАЦИИ

5.1. Для решения задач стационарной геофильтрации необходима информация, описывающая геометрию сеточной модели исследуемой области фильтрации подземных вод, характеристические особенности каждого блока.

9

1