РАСЧЕТНЫЙ КОД GERA

ВОЗМОЖНОСТИ КОДА

Единый графический интерфейс

GeRa предоставляет единую графическую среду, в рамках которой возможно проведение полного цикла моделирования: от построения модели и загрузки данных до визуализации результатов расчетов. Для облегчения создания модели и дальнейшей работы с ней существует интуитивно понятная панель «Помощник создания новой модели», призванная пошагово вести пользователя по процессу создания модели.

Ввод данных пользователя

В коде GeRa для удобства создания геологической модели возможен ввод различных типов данных. Для импорта карт реализована возможность загрузки данных в JPG, BMP, PNG и TIFF форматах, или же использование уже построенных контуров в MapInfo (.mif) или AutoCAD (.dxf) форматах; также возможна загрузка полей данных для задания различных особенностей модели - поверхностей слоев, неоднородностей и т.п.

Создание геологической модели

Для построения геологической модели в GeRa используется модуль геостатистики, в котором реализованы различные методы построения слоев:

• задание плоскости;
• триангуляция;
• обратные расстояния;
• кригинг;
• ближайший сосед.

Возможен подбор вариограмм и их контроль.

Физические процессы

В настоящее время в GeRa возможно моделирование следующих физических процессов:

• стационарной и нестационарной фильтрации в напорной и напорно-безнапорной постановках;
• насыщенно-ненасыщенной фильтрации;
• нестационарного адвективно-дисперсионно-диффузионного переноса с возможностью учета химических взаимодействий в системе вода-порода и радиоактивного распада переносимых нуклидов с учетом цепочек;
• плотностной конвекции;
• фильтрации и переноса в средах с двойной пористостью (GeRa/V2);
• тепловых процессов: тепловыделения при радиоактивном распаде, конвекции (GeRa/V2);
  
• двухфазной фильтрации вода-газ (GeRa/V2);
• поверхностного стока во взаимодействии с подземными водами (GeRa/V2).

Учет химических реакций

В GeRa реализована возможность расчета переноса растворенных веществ с учетом происходящих в водном растворе взаимодействий (расчет активности осуществляется при помощи уравнения Дэвиса), а также расчета сорбции в рамках модели линейной сорбции, модели, в которой коэффициент сорбции функционально зависит от концентрации какого-либо компонента раствора, модели ионного обмена и модели неэлектростатического комплексообразования на поверхности фаз вмещающей породы. Программная реализация основана на использовании библиотек IPhreeqc.

Сеточные генераторы

Код GeRa включает в себя два различных генератора сеток:

• генератор треугольно-призматических сеток;
• генератор гексаэдральных сеток со сколотыми ячейками.

Хранение сеточных данных в GeRa осуществляется с помощью программной платформы INMOST. Данная платформа позволяет проводить расчет в параллельном режиме, обеспечивая синхронизацию сеточных данных, сборку и решение линейных систем.

Примеры расчетной сетки для реальных объектов

Дискретизация

Для пространственной дискретизации диффузионного оператора в коде GeRa можно использовать одну из набора численных схем метода конечных объемов (МКО): классическую двухточечную схему, многоточечную О-схему или нелинейную монотонную двухточечную схему. Для решения задач массопереноса реализованы следующие численные схемы:

• явная конвекция - неявная диффузия в рамках схемы расщепления по физическим процессам;
• полностью неявная нелинейная монотонная схема МКО;
• полностью неявная схема с кусочно-постоянной аппроксимацией потока.

Решение линейных систем

Системы линейных уравнений, возникающие в результате дискретизации в коде GeRa, также решаются с использованием платформы INMOST. Эта платформа позволяет использовать как встроенное программное обеспечение, так и сторонние библиотеки, такие как PETSc. Платформа также обеспечивает возможность использования массивно-параллельных вычислений.

Верификация и визуализация

В графическом интерфейсе GeRa есть возможность визуализации результатов расчетов, а также проверки полученных данных и их анализа.

Верификация разработанной модели может быть проведена по данным мониторинга при условии, что в модель были загружены контрольные точки (точки мониторинга) до начала расчета. Код GeRa предоставляет возможность проведения численной верификации модели (расчет дисперсии, средней абсолютной ошибки и среднего квадратического из ошибки (RMS) отдельно по каждой скважине и по всем скважинам сразу) и визуальной верификации модели (диагональный график разброса фактических и модельных данных, гистограмма частоты встречаемости разницы между фактическими и расчетными данными, визуализация численных значений по скважинам в плане модели).

Визуализация расчетов может быть произведена в плане и в разрезе модели (изолинии напоров подземных вод/ореолы загрязнения в слоях модели, численные модельные и фактические значения в скважинах на плановой карте, величина отклонения между модельными и фактическими значениями по скважинам), а также в виде кривых по отдельным скважинам (динамика напора подземных вод/удельной активности загрязнителей от времени).

Также GeRa обладает модулем балансовых расчетов, позволяющим выводить балансовые характеристики по фильтрации и массопереносу как для областей, слоев модели и зон неоднородностей, так и для отдельных элементов модели - рек, озер и т.д. Выводятся потоки для граничных условий (как раздельные адвективный и диффузионный потоки, так и общий суммарный поток), насыщенности, общего содержания компонента и т.п.

Полный цикл моделирования ЯРОО

С помощью РК GeRa возможно проведение полного цикла моделирования ядерных радиационно опасных объектов (ЯРОО): от источника загрязнения (модель ближней зоны захоронения) до мест разгрузки подземных вод (модель дальней зоны захоронения) и расчета дозовых нагрузок на население. В ближней зоне захоронения возможен учет деградации инженерных барьеров безопасности, выражающийся в постепенном увеличении инфильтрационного питания, снижении сорбционных свойств барьера по отношению к рассматриваемым радионуклидам, увеличении коэффициента фильтрации самого барьера. С помощью модуля GeRa-Aqua возможен расчет дозовых нагрузок на население при различных сценариях водопользования (внешнее и внутреннее облучение). Расчет производится для шести возрастных групп.

Пример визуализации результатов расчета и построения изоуровней решения для анализа