Quad-alapú nem-strukturált rácsok a VMOD Flex-ben

Írta: Jakab András on .

MODFLOW-USG Biscayne-Aquifer

A MODFLOW-USG rugalmas rácsfinomítási lehetőségeket biztosít úgy, hogy a finomítást csak azokon a helyeken kell elvégezni, ahol arra tényleg szükség van. Egy korábbi bejegyzésben foglalkoztunk a Quad-alapú rácsoknak a négyszögű cellákból eredő egyszerű és vonzó rácsfinomítási lehetőségeivel (ezek a rácsok a strukturált véges-differencia rácsokhoz hasonló cellaformákat alkalmaznak). Ebben a bejegyzésben áttekintjük a Visual MODFLOW Flex felhasználói felületben jelenleg fejlesztés alatt álló Quad-alapú rácsszerkezeteket.


Quad-alapú rácsok létrehozása a Visual MODFLOW Flex-ben

A nem-strukturált rácsok létrehozása során nem találunk olyan megoldást, amelynek eredményeként egy adott rács minden esetre megfelelő lenne. Minden modell egyedi, és a rács számos igazítást igényel annak érdekében, hogy pontos, hatékony és robusztus numerikus modellt tudjunk létrehozni. A létrehozandó modelltípus függvényében szükség lehet a modellrács finomítására az alábbi igények valamelyikének, vagy akár több igény kielégítése érdekében:

  • Peremek (felszĂ­ni vizek, drĂ©nek, kutak, stb.)
  • Regionális modellek belsejĂ©ben lĂ©trehozott lokális modellek (kĂşt engedĂ©lyezĂ©s v. szennyezĹ‘dĂ©sterjedĂ©s)
  • GeolĂłgia (vetĹ‘sĂ­kok)
  • GeolĂłgiai lencsĂ©k v. folyĂłmeder szivárgás (vertikális alrĂ©tegek)
  • EgyĂ©b: karsztcsatornák, felszĂ­n alatti bányák, 3D Ă©rctestek, stb.

A VMOD Flex teljes rugalmasságot kínál a Quad-alapú rácsok létrehozásában. A Voronoi-rácsokhoz hasonlóan, a folyamat a koncepcionális modell-objektumokkal kezdődik: a koncepcionális modell peremfeltételei, pontok, törtvonalak és sokszögek formájában automatikusan bekerülnek a Quad-alapú rácsgenerátorba. Mindegyik objektum önálló finomítási szinttel rendelkezhet; pl. a peremeken elhelyezett konstans nyomás és általános nyomás peremfeltételeket 2-es, míg a folyókat 4-es finomítási tényezővel finomíthatjuk, a kútszűrőket pedig 8-as tényezővel. További pont, törtvonal és sokszög alakok rendelhetők a rácsgenerátorhoz azért, hogy további igények szerinti finomításokat tudjunk végezni. A VMOD Flex-ben egyetlen Quad-alapú rács tetszőleges Quad-fa/Okt-fa vagy befészkelt rács kombinációját tartalmazhatja, réteg-függő diszkretizációs megközelítéssel. Az alábbi ábrán egy példa látható Quad-alapú rácsgenerátorra.

 MODFLOW-USG Quad-rács generátor

1. ábra: Quad-alapú rácsgenerátor a Visual MODFLOW-ban

A Quad-alapú rácsok létrehozása iteratív módon történik. Kezdetben egyszerűbb finomítást alkalmazva, létrehozhatunk egy MODFLOW-USG modellt, melyet lefuttatunk, és kiértékeljük az eredményt. Ezt követően, kiegészítő finomítás és simítás alkalmazásával, tovább módosíthatjuk a rácsot. Alternatív megoldásként, a Visual MODFLOW Flex-ben több Quad-alapú rács is létrehozható. Ahogy fokozatosan építjük fel a Quad-alapú rácsot, a 3D betekintővel valós időben megtekinthető a rácsgeometria, lehetővé téve a „röptében" történő finomítási és simítási módosításokat. Ha készen áll a rács, számos nézetben megtekinthető (síkban, metszetben és 3D-ben), és korrelálható a koncepcionális modellel és a nyers adatokkal.


Quad-alapú rácsok mintaalkalmazásai

Az alábbi példák a Quad-alapú rácsok különböző alkalmazásait ismertetik.

Biscayne-vĂ­zadĂł (Florida)

A példa a MODFLOW-USG felhasználói kézikönyvben szereplő Biscayne-vízadó modellen alapszik. A kezdeti rácsméret 97 sor x 56 oszlop volt, ami kb. 800 m oldalméretű egyenletes rácskiosztásnak felel meg (egyetlen rétegben). A Quad-alapú rácsok a koncepcionális modell alakzatai alapján készültek (törtvonalakkal ábrázolt csatornák, pontokkal ábrázolt vízkivételi kutak). A csatornák mentén található cellák 3-as tényezővel, a kutak körüli cellák 4-es tényezővel kerültek finomításra (ld. az alábbi ábrát).

MODFLOW-USG Biscayne-vĂ­zadĂł egyesĂ­tett

2. ábra: Biscayne-vízadó csatorna és kút shapefájlok (balra)
és generált "simított" Quad-fa rács (jobbra)

A létrehozott rács hasonló a MODFLOW-USG felhasználói kézikönyv 37. ábráján látható rácshoz (a példában ismertetett felbontás és a kutak helye nem teljesen azonos a felhasználói kézikönyvben megadott adatokkal).

Bányák víztelenítése és regionális vízmérlege

Egy külszíni bánya regionális vízmérleg vagy víztelenítési modelljének készítése során gyakran van szükség a fejtési gödör körül rácsfinomításra, mert így kiaknázhatók a nagyfelbontású tömbmodellekben lévő részletes információk, illetve a felbontást a vízkivételi kutak környékére tudjuk fókuszálni. Ebben a példában simítással befészkelt rácsokat láthatunk a gödör környékén, és finomítást a folyók/konstans nyomás peremek mentén a modell széleinél.

MODFLOW-USG víztelenítés

3. ábra: Befészkelt rács a vízkivételi kutak és a bányagödör körül,
durvább felbontás a vonalas peremfeltételek mentén

MODFLOW-2000/2005 modellek pontosságának és hatékonyságának növelése

Ez a példa egy egyszerű módját mutatja meg egy meglévő MODFLOW-2000/2005 modell feljavításának. Erre számos esetben lehet szükség: a modell nem konvergens, hosszú futásidők, vagy új adatok beépítésére van szükség, és a kérdéses területeken nagyobb pontosságra van igény. A regionális léptékű MODFLOW-2000 modell változó cellaméretű rácsot alkalmazott a kútmező környékén.

MODFLOW-2000 Eredeti regionális modell

4. ábra: Változó rácskiosztású eredeti MODFLOW-2000 modellrács

A modellt beimportáltuk a VMOD Flex-be, és egy simított befészkelt rácsot definiáltunk a változó cellaméretű rács helyett. A befészkelt modell felbontása kétszerese lett az eredeti sűrített felbontásnak (ld. az alábbi ábrát).

MODFLOW-USG Regionális modell befészkelt ráccsal

 5. ábra: BefĂ©szkelt modell (simĂ­tással)


Ă–sszefoglalĂł

A MODFLOW-USG rugalmas rácsfinomítási lehetőségeket biztosít úgy, hogy a finomítást csak azokon a helyeken kell elvégezni, ahol arra tényleg szükség van, akár horizontális, akár vertikális irányokban. A Quad-alapú rácsok révén, a Visual MODFLOW Flex lehetővé teszi a nem-strukturált rácsok lehetőségeinek teljes kihasználását. A Quad-alapú rácsgenerátor 2014 végén fog a felhasználók rendelkezésére állni, lehetővé téve, hogy a modellező az igényei szerint alakítsa és módosítsa a modellrácsot.


Visual MODFLOW Flex főoldal