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

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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。

【学习目标】：

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。

【内容简述】：

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
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，互动答疑。

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