TOUGH2系列建模方法及在CO2地质封存、水文地球化学、地热、地下水污染等领域中的应用

TOUGH2系列建模方法及在CO2地质封存、水文地球化学、地热、地下水污染等领域中的实践技术应用

PHREEQC建模及典型案例解析与高阶拓展应用【反向“编译”、“玩转”后处理技术、GibbsStudio和PhreePlo方法】

TOUGH2系列建模方法及在CO2地质封存、水文地球化学、地热、地下水污染等领域中的实践技术应用

TOUGH2系列软件是由美国劳伦斯伯克利实验室开发的，旨在解决非饱和带中地下水、热运移的通用模拟软件。和传统地下水模拟软件Feflow和Modflow不同，TOUGH2系列软件采用模块化设计和有限积分差网格剖分方法，通过配合不同EOS模块，软件可以处理各种复杂地质条件下，诸如地热能开发，非饱和带水气运移、油气运移，深部碳存储，天然气水合物开发以及多种环境修复等问题。TOUGHREACT是在TOUGH2的基础上，添加了水文地球化学模块，功能上基本囊括了PHREEQC所有模块，真正意义上完成了运移反应模拟的全耦合。相较于过去仅仅考虑对流弥散过程的地下水污染问题，TOUGHREACT在处理复杂水岩相互作用问题上更具优势。目前，TOUGH2系列软件已经广泛应用于高校各领域科研工作之中，并不断向生产渗透；随着各项功能不断开发和完善，TOUGH2表现出了强大的生命力。
通过理论学习和上机实践，使学员基本掌握TOUGH2系列软件的程序构成，网格剖分，文件输入输出格式，模型通用设置和前后处理等内容，培养其独立解决各自领域科学问题的能力。【课程主旨以技术培训为目的，请参会学员课前自行配置上课环境】

TOUGH2地下水流数值模拟

TOUGHREACT地下水反应运移模拟

【目标】：
1.掌握TOUGH2、TOUGHREACT的程序构成，包括基本微分方程，有限积分差思想，迭代过程和多相流函数处理。
2.掌握TOUGH2、TOUGHREACT建模过程，包括数据准备，模型概化，网格生成，边界处理，文件输入输出。
3.掌握TOUGH2系列软件前后处理方法，包括复杂网格生成，数据提取和三维可视化展示。
4.掌握TOUGH2系列软件建模技巧，通过手把手的4个实例操作指导和面对面讨论交流，使学员能够全流程掌握数值模拟方法，并能够对模拟中出现的问题进行快速诊断处理。（请提前配置学习所需软件环境，所需自备）

●PHREEQC建模及典型案例解析与高阶拓展应用
●最新全套GMS地下水数值模拟实践技术应用
●地面沉降数值模拟实践技术应用与案例分析
●系统性学习环境土壤物理模型HYDRUS1D/2D/3D建模方法与案例
●流程各工程类型地下水环境影响评价【一级】方法与MODFLOW Flex建模实践
●地下水环评（一级）实践技术及Modflow地下水数值模拟
●地下水数值模拟软件Visual modflow Flex应用
●地下水热耦合模拟FEFLOW建模实践技术应用
●基于遥感与GIS在滑坡、泥石流易发性、危险性、风险评价及普查中的实践技术应用

一、TOUGH2软件介绍及建模步骤

介绍多相流数值模拟的复杂性，TOUGH2软件开发背景、设计思路、发展历史和各模块功能，TOUGH2建模过程：

1.1TOUGH2软件介绍
1.2 TOUGH2软件设计思路

1.3 TOUGH2软件模块介绍

1.4 TOUGH2建模步骤

1.5 TOUGH2软件数学模型介绍

二、TOUGH2输入输出格式说明及网格剖分练习

TOUGH2文本输入输出格式说明，简单规则网格生成练习及复杂网格生成介绍：

2.1TOUGH2文本输入输出格式说明

2.2 TOUGH2网格要求及MESH格式说明

2.3 规则网格生成练习（MeshMaker）

2.4 不规则网格生成简介
mView、WinGridder、PetraSim软件介绍

三、 ECO2N模块讲解和实例练习（例一）

CO2地质封存（CCS）背景介绍及ECO2N模块说明，并通过Sleipner场地模型，掌握TOUGH2基本操作过程和模拟结果三维可视化：

3.1 CO2地质封存及Sleipner场地深部碳存储工程

3.2模型概化及TOUGH2输入文件设置（例一）

3.3 TOUGH2输出文件提取和可视化

四、 TOUGH-REACT实例练习（例二）

在原Sleipner水动力模型基础上，添加水文地球化学模块，研究CO2注入条件下储、盖层中水岩相互作用及物性参数变化特征；通过和运移模型对比，揭示水化学反应对流体迁移规律的影响。

4.1 水文地球化学特征
岩石矿物组合及其动力学参数

水化学数据通过假设水岩反应平衡计算获得

4.2 TOUGHREACT输入文件设置

4.3 模拟结果可视化

4.4模型不收敛问题处理
模型不收敛特征、问题查找及Restart设置

五、TOUGH2在地热能开发中的应用（例三）

介绍地热能开发背景和我国地热能开发现状，以及地热能开发对数值模拟工作的要求；通过实例练习，使学员掌握TOUGH2在地热能模拟中的主要流程、研究重点和基本操作。

六、 TOUGH- REACT在处理地下水污染问题中的应用（例四）

结合Feflow、GMS和TOUGHREACT对同一地下水污染问题进行模拟研究，通过对比结果，使学员认识到各模型的优缺点；并在实际应用中，做到择优选择。

七、建模经验分享与学习交流

针对初学者，梳理TOUGH2系列软件常见错误及避免方法，交流建模技巧，并结合四天的学习内容进行互动与答疑。

PHREEQC建模及典型案例解析与高阶拓展应用【反向“编译”、“玩转”后处理技术、GibbsStudio和PhreePlo方法】

离子组分与活度计算、矿物饱和指数评估、各类优势相图绘制以及多参数拟合等。此外，PHREEQC致力于解决多种水-工-环问题，包括矿山排水酸化、包气带与饱和带地下水污染与修复、地热地质过程评价、核废料处理以及二氧化碳封存等领域。
然而，尽管PHREEQC完全开源且自带20多个优秀案例，说明书存在编写逻辑割裂比较严重，且大多名词使用不符合相关专业称谓。这为初学者带来了不小的入门难度。特别地，3.0版本以来，很多案例代码作了重新优化，复杂函数及USER GRAPH模块的添加，使得代码自学难度进一步提升。基于以往培训经验与教训，很多学员出现“课上勉强听得懂，课下搭建个人算例完全没思路”的窘境。因此，针对PHREEQC软件学习过程中“晦涩”、“孤立”，以及计算结果后处理困难等问题，本期教程拟分为三个维度开展，即第一阶段：PHREEQC软件与常用模块讲解建模及经典案例拆解学习（20+n）；第二阶段：PHREEQC在多领域文献中应用及反向“编译”练习；第三阶段：PHREEQC高阶拓展应用，“玩转”后处理，并首次添加了GibbsStudio和PhreePlot的内容讲解。进一步夯实水文地球化学化学基本理论，掌握PHREEQC模型搭建思路与重要模块使用原则，并初步形成独立解决各自研究领域实际问题的能力。

【目标】：
1.了解PHREEQC系列软件各衍生版本功能与区别，及当前软件短板与发展前景。
2.熟悉PHREEQC软件功能与应用场景，掌握PHREEQC常用模块调用与功能耦合，包括离子组分计算、矿物饱和指数计算、平衡相、氧化还原反应、吸附解析反应、表面络合反应以及反应动力学通用计算等。
3.理解PHREEQC反向模拟原理，并掌握软件操作。
4.掌握PHREEQC基本文本输出和绘图功能，并进一步拓展使用GibbsStudio和PhreePlot开展后处理的能力。
5.掌握软件自带20个案例建模思路，告别以往单纯代码讲解环节；通过提供初始数据，让学员自己练习建模步骤，理解建模思路。
6.结合近年来文献中PHREEQC应用场景，选择3-4个典型应用，完成代码与数据再现，进一步锻炼学员独立处理实际问题的能力。