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Feflow - Feflow
Tipo: Tesinas
2015/2016
1 / 48
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ðåÇáÅÉ
cbcilt=ö=R
NKN oÉëéÉÅíç=~=cbcilt
El programa FEFLOW (Finite Element subsurface FLOW system = Sistema de Simulación de Flujos Sub- terráneos basado en el Método de Elementos Finitos) es un sistema interactivo de modelado de aguas subter- ráneas para problemas
- tri - y bidimensionales,
- en áreas y cortes (horizontales, verticales o de sim- etría radial),
- o para problemas desacoplados o acoplados a la den- sidad variable del fluído (también termohalinos),
- o para modelos variable y/o enteramente saturados,
- transitorios o estacionarios,
- también para modelos de transporte de flujo , masa y/o calor,
- así como para problemas de recursos hídricos subter- ráneos con una, ninguna o múltiples napas freáticas o con ninguna.
FEFLOW puede ser eficientemente usado para descri- bir la distribución espacial y temporal de contami- nantes de aguas subterráneas, para modelar procesos geotérmicos, para estimar la duración y los tiempos de transporte de contaminantes en acuíferos, para planear
y diseñar estrategias de remediación y técnicas de intercepción, y para apoyar el diseño de alternativas y de esquemas efectivos de monitoreo. Através de un refinado interfaz de comunicación entre FEFLOW y aplicaciones GIS, como lo son ArcInfo, ArcView y ArcGIS, están disponibles los formatos ASCII y bina- rio vectorial y matricial. El interfaz de manejo incorpo- rado (IFM = interface manager) facilita un confortable dispositivo para acoplar códigos externos o incluso programas no incluídos en FEFLOW. FEFLOW está a disponible para los sistemas WINDOWS así como para diferentes plataformas UNIX. Desde su creación en 1979 FEFLOW ha sido continua- mente perfeccionado. El código de FEFLOW está escrito en en ANSI C/C++ y contiene más de 1. renglones de programación. FEFLOW se utiliza mun- dialmente como una herramienta de punta para el mod- elado de aguas subterráneas en universidades, institutos de investigación, oficinas de gobierno, companías y consultorías de ingeniería. En caso de requerir información adicional sobre FEFLOW contacte a su distribuidor local o consulte las páginas web de FEFLOW www.feflow.info.
N
fåíêçÇìÅÅáμå
cbcilt=ö=T
NKQ=bëÅÉå~êáç=ÇÉä=jçÇÉäç
La geología del ámbito del modelo comprende sedi- mentos cuaternarios. El sistema hidrogeológico abarca dos acuíferos sepa- rados por un acuitardo de arcilla. La unidad hidro-
estratigráfica superior comprende a un arenoso acuífero freático de 7 metros de potencia. El segundo acuífero situado debajo del acuitardo arcilloso tiene una poten- cia de 30 metros. La parte nórdica del área del modelo se utiliza principalmente para la agricultura, mientras que en la parte sur priman bosques.
bëíÉ= ã~é~= ÑìÉ ÅêÉ~Çç= áãéçêí~åÇç Ç~íçë= é~ê~= Éä= ãçÇJ Éäç= ÇÉ= ìå= ëáëíÉã~= ÇÉ= áåÑçêJ ã~Åáμå= ÖÉçÖê•ÑáÅ~= EdfpF Ü~Åá~= cbmilqK= bä= éêçÖê~ã~ cbmilq= Éë= ìå~= ÜÉêê~ãáÉåí~ ÇÉ= áãéêÉëáμå= ó= ÇÉ= ~ìíçJ ÉÇáÅáμå= ÇÉ= éä~åçëK= cìÉ ÅêÉ~Çç=éçê=ä~=ÉãéêÉë~=t^pv ó= ëÉ= ÉåÅìÉåíê~= àìåíç= Åçå= Éä é~èìÉíÉ=ÇÉ=cbciltK=cbcilt ~éçó~= Éä= Ñçêã~íç= ÒëÜ~éÉ ÑáäÉÒ= ÇÉ= ä~= ÉãéêÉë~= bpofI í~ãÄá¨å= äçë= Ñçêã~íçë= ^p`ff Åçãé~íáÄäÉë= Åçå= ^êÅfåÑçI auc= ó= äçë= Ñçêã~íçë= ÒéäçíÒ ÉëéÉÅ∞ÑáÅçë= ÇÉ= cbcilt= é~ê~ îáëì~äáò~ê= äçë= éä~åçë= ÇÉ ÑçåÇç= ó= Ç~íçë= ÇÉ= ÉñéçêíJ ~ÅáμåK
U=ö=bàÉêÅáÅáç=ÇÉãçåëíê~íáîç
NK=fåíêçÇìÅÅáμå
NM=ö=bàÉêÅáÅáç=ÇÉãçëíê~íáîç
OK=bãéÉò~åÇç
disponible. Para optener ayuda detallada en línea tipée la tecla
nas. La ayuda ofrecida es sensible al contexto de modo que siempre recibirá apoyo respecto a las funciones actualmente activas.
jÉå∫=ÇÉä=ã~êÅç
sÉåí~å~=ÇÉ=léÉê~ÅáçåÉë
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PKNKN `~êÖ~åÇç=éä~åçë=ÇÉ=ÑçåÇç
Para definir el área del modelo y para construir la red de superelementos necesitamos cargar planos de fondo. Esto puede conseguirse usando el menú de acceso rápido. Pulse en cualquier parte del área verde en el lado izquierdo de la pantalla. Aparecerá entonces el menú ” quick access”. Sosteniendo el botón izquierdo elija en el menú la opción: añadir un mapa ” add map … ”.
Aparecerá el selector de archivos de FEFLOW. El campo más alto llamado filtro ( filter ) visualiza la actual ruta del directorio.
qáéç=ÇÉ=~êÅÜáîçë pÉäÉÅÅáμå=ÇÉ=~êÅÜáîçë= cáäÉ=íóéÉ cáäÉ=ëÉäÉÅíáçå
P
^êã~åÇç=Éä=ãçÇÉäç
En este capítulo se construye el modelo de FEFLOW a partir desde el inicio. Empezamos creando
la red de elementos finitos, luego la extendemos a la tercera dimensión y finalmente le asignamos
todos los parámetros requeridos para la simulación de un problema de flujo y de transporte de
masa.
cbcilt=ö=NP
PKN=`êÉ~åÇç=ä~=êÉÇ=ÇÉ=ÉäÉãÉåíçë=Ñáåáíçë
- Pulse: de acuerdo ( okay ) para importar el plano. No ate el área una segunda vez a pesar de que la extensión del plano del manejo de suelos difiera de la extensión del área de nuestro modelo.
Ahora hemos importado los planos requeridos para nuestra investigación y procederemos a crear la red de los superelementos. ‡)
PKNKO aáëÉ¥~åÇç= ä~= êÉÇ= ÇÉ= ëìéÉêÉäÉJ
ãÉåíçë
Para definir las fronteras exteriores e interiores en el modelo de elementos finitos, se construye una red lla- mada red de superelementos. La red de superelementos proveerá la estructura básica del modelo. Se diseña la red de superelementos mediante el editor de redes ( mesh editor ) ubicado bajo el punto del menú ”edit” del marco (shell).
- Pulse ” edit” en la barra superior del menú del marco.
- Elija: diseñe la red de superelementos ( design superelement mesh ). El menú del editor ” mesh editor” aparece a lo largo del lado izquierdo de la ventana. Para este ejercicio usaremos el nuevo editor llamado ”new mesh editor”.
- Elija al nuevo editor de redes ( new mesh editor ).
- Elija model_area.lin. Pulse el botón para ” Snap to: line ”.
- : activa el modo de agarre.
Ahora debemos definir la frontera exterior de nuestro modelo.
- La funcionalidad añadir polígonos ( add poly- gons ) está activada. (El puntero se transforma en una pequeña cruz.)
Mueva el puntero al borde del área del modelo en el plano de fondo en la ventana de operciones. Si el punt- ero se encuentra dentro de la distancia de agarre del borde, el objeto correspondiente del plano de fondo cambia de color a rojo.
- Los nudos deberán ser colocados equidistandemente alrededor del perímetro del área del modelo. Defina los nudos pulsando el botón izquierdo del ratón a lo largo del borde del modelo. Allí donde coloque el nudo de un superelemento FEFLOW creará el nudo de un elemento finito. Esto es importante para asig- nar más adelante las condiciones de frontera
- Cuando vuelva al primer nudo cierre el polígono pul- sando por segunda vez el primer nudo. (Este estará marcado por un quadrado). El área cerrada del polígono está resaltada con una sombra de color gris.
‡) (^) También es posible importar a FEFLOW planos de fondo con
otros formatos como GIS (.shp) y CAD (.dxf) así como imágenes de barrido (*.tif). Si fuera necesario las imágenes pueden ser referen- ciadas a través del asistente FEMAP incluído el el paquete de FEFLOW.
pÉ= éçÇê•å= êÉíáê~ê äçë= ∫äíáãçë= åìÇçë ÇáÖáí~äáò~Ççë=îçäîáJ ÉåÇç= ~= ìå= åìÇç= êÉÅáÉåíÉJ ãÉåíÉ=ÇáÄìà~Çç=ó=éìäë~åÇç Éä= Äçíμå= áòèìáÉêÇç= ÇÉä ê~íμåK= bëí~= ~ÅÅáμå= ëÉ ëÉ¥~ä~= Åçå= Éä= ë∞ãÄçäç= ÇÉä
éìåíÉêç= K=
NQ=ö=bàÉêÅáÅáç=aÉãçëíê~íáîç
PK=^êã~åÇç=Éä=ãçÇÉäç
La red de superelementos puede ser guardada separada- mente utilizando el punto del menú ” quick access - save superelement mesh ...”. Esto le permite mantener los datos básicos para posteri- ormente crear diversas redes de elementos finitos de una misma área. Más adelante como será descrito a continuación la red de un superelemento podrá ser recargada como plantilla para asignar los atributos al modelo o problema correspondiente.
Creando el polígono habrá definido el borde exterior del modelo. Abandone el ”new mesh editor” pulsando ” stop editing ”. A continuación importaremos los llamados ” add-ins”. Los ” Add-ins ” son líneas o puntos que se usan en FEFLOW como puntos focales para crear nudos de ele- mentos finitos durante la creación de la red. ” Add-ins ” son muy útiles para poner las condiciones de frontera, como pueden ser, por ejemplo, focos de contaminación o pozos, en posiciones exactas. Primero cargaremos un plano de fondo conteniendo la posición de los ” add- ins ”:
- Pulse en cualquier parte del área verde en el lado izquierdo de la pantalla. Aparecerá el menú ” quick access”.
- Sosteniendo el botón izquierdo seleccione la opción del menú: añadir mapa ( add map …). El selector de archivos de FEFLOW ( file selector ) aparece. El campo más alto llamado filtro ( filter ) visualiza la ruta del directorio actual. El campo archivos ( files ) ofrece un listado de todos los archivos o planos dis- ponibles del tipo de sufijo escogido.
- Elija mass_src.lin en la lista de los archivos ( files ). Las posiciones de los focos de contaminación de la planta de tratamiento de aguas residuales y del sitio de rellenos sanitarios se mostrarán en el plano de fondo.
- Después de pulsar: de acuerdo ( okay ), aparecerá el menú ” map measure menu”.
- Pulse: de acuerdo ( okay ) para cargar el plano. En el modelo se muestran dos pequeñas líneas. Si las mapas enstan ocultos debajo del superelemento, utiliza el menú “quck access - drawings” y elija “ Transparent fringe mode on background maps ”. Las posiciones de los pozos se importan como puntos
NS=ö=bàÉêÅáÅáç=aÉãçëíê~íáîç
PK=^êã~åÇç=Éä=ãçÇÉäç
PKNKQ i~=ÖÉçãÉíê∞~=ÇÉ=ä~=êÉÇ=
Para nuestra simulación del transporte de masa, la red es demasiado gruesa en el área, allí donde serán esparc- idos los contaminantes. Por lo tanto hay que hacerla localmente más fina.
- Pulse el punto geometría de la red ( mesh geome- try ). Ingresará al editor de la geometría de la red ( mesh geometry editor ). Antes de refinar la red tome nota, por favor, de algunas reglas fundamentales para el uso
de los editores de FEFLOW. (Véa, por favor, el rec- uadro de abajo). Para refinar la red en el área de un plano de fondo tiene que importar un plano de polígonos conteniendo un polígono del área que desea hacer más fina. Para ello:
- Pulse en cualquier parte del área verde en el lado izquierdo de la pantalla. Aparecerá el menú ” quick access”.
- Sosteniendo el botón izquierdo seleccione añadir mapa ” add map … ” del menú. El selector ” file selector ” de FEFLOW aparece.
Los botones superiores definen las opciones elegibles, por ejem- plo, aumentar la densidad de los nudos de la red ( mesh enrich- ment ), borrar elementos ( delete elements ) y verificar las propiedades ( check properties ). El ícono mostrando el rostro de un hombre activa al inspector de la red ( mesh inspector ) que le proporcionará la información de los parámetros asignados a cada nudo o elemento marcado por él. Las herramientas pueden elegirse pulsando el botón celeste debajo del inspector de redes. Después de seleccionar una her- ramienta le serán ofrecidas diferentes opciones en el campo ubicado a la derecha del botón de las herramientas. Si trata de cambiar los valores globales fijados será previamente advertido y preguntado si desea continuar. El editor se usa de la manera a seguir:
- Escoja una herramienta.
- Elija una de las opciones ofrecidas.
- Escoja la opción elegible o el parámetro que desee editar.
- Comience a editar.
- Abandone la función pulsando el botón derecho del ratón o presionando la tecla
.
Los editores de FEFLOW:
eÉêê~ãáÉåí~ë
jÉëÜ=fåëéÉÅíçê
léÅáçåÉë=é~ê~=ÜÉêê~ãáÉåí~ë
fíÉãë
léÅáçåÉë=ÉäÉÖáÄäÉë
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qççäë
qççäë=çéíáçåë
cbcilt=ö=NT
PKN=`êÉ~åÇç=ä~=êÉÇ=ÇÉ=ÉäÉãÉåíçë=Ñáåáíçë
- Pulse ” map type Polys (.ply)* ” en la lista que ofrece los distintos tipos de plano.
- Elija demo_refine.ply en la lista de los archivos ( files ).
- Pulse: de acuerdo ( okay ) y aparecerá el menú ” map measure menu ”.
- Pulse: de acuerdo ( okay ) para importar el plano. Un polígono a colores resalta el área que deseamos perfeccionar.
Hay varias posibilidades para refinar la red. La más simple es la opción con el rectángulo elástico ( rubber- box ).
El botón de herramientas se encuentra puesto por defecto en ” assign ”. Puede más adelante cambiarla a "A-join".
- Pulse ” rubberbox ”.
- Pulse ” mesh enrichment ” y mantenga presion- ado el botón izquierdo del ratón.
- Elija ” refine ” en el pequeño menú abierto y suelte el botón izquierdo del ratón.
- Haga clic para colocar la esquina izquierda superior del rectángulo elástico ( rubberbox ).
- Mueva el puntero sobre el modelo hasta que el rectángulo elástico celeste cubra el área del polígono del plano de fondo.
- Haga clic otra vez para colocar la esquina derecha inferior del rectángulo elástico ( rubberbox ). Se activa el refinamiento de la red. Para anular el refi- namiento de la red pulse ” derefine ” en lugar de ” refine ”. Puede desactivar el plano de fondo pul- sando ” map manager” en el menú del ” quick access”.
Abandone el editor (mesh geometry editor):
- Pulse return.
- Pulse ” exit to master menu ” para salir al menú principal.
q~ãÄáÉå= éìÉÇÉ êÉÑáå~ê= ä~= êÉÇ= Åçå éêÉÅáëáμå= ìë~åÇç äçë= éçä∞Öçåçë= ÇÉä= éä~åç= ÇÉ ÑçåÇçK= bëÅçà~= Ò^JàçáåÒ= Éå äìÖ~ê= ÇÉ= Ò~ëëáÖåÒK= mìäëÉ= Éä Äçíμå= ÒéçäóÖçåëÒ= ó= Å~êÖìÉ demo_refine.ply K= `áÉêêÉ= Éä êÉÅí•åÖìäç= ëÉäÉÅíçê= ÇÉ ~êÅÜáîçë=éìäë~åÇç=ÒÅ~åÅÉäÒK aÉëéì¨ë= ÉëÅçà~= ÒãÉëÜ ÉåêáÅÜãÉåí=Ó=êÉÑáåÉÒ=ó=Ü~Ö~ ÅäáÅ=ëçÄêÉ=Éä=éçä∞Öçåç=Åçå=Éä Äçíμå= áòèìáÉêÇç= ÇÉä= ê~íμåK qçÇ~ë= ä~ë= áã•ÖÉåÉë= ëáÖìJ áÉåíÉë= Éëí•å= ÜÉÅÜ~ë= Åçå ÉëíÉ=êÉÑáå~ãáÉåíçK
e~Ö~=ÅäáÅ=~èì∞=éêáãÉêç
e~Ö~=ÅäáÅ=~èì∞=é~ê~=êÉÑáå~ê ä~=•êÉ~=êÉë~äí~Ç~=
cbcilt=ö=NV
PKO=i~=Pê~=ÇáãÉåëáμå
- la posición relativa entre las láminas.
Las cordenadas z reales se asignan posteriormente con el editor de la elevación de láminas 3D.
Ahora definirá el número de capas y láminas que necesita para este modelo. Por supuesto, si fuera nece- sario, puede cambiar el número de capas y láminas después.
En nuestro caso el acuífero superior delimita con la superficie del terreno y en la base con un acuitardo. El segundo acuífero está situado debajo del acuitardo. Una capa de arcilla de potencia desconocida se extiende debajo del segundo acuífero. Primero creare- mos las láminas necesarias para la estratigrafía del área existente:
En el rectángulo ” reference data ” escriba
- en el campo ” elevation of top” para la elevación del
techo de la lámina: 1000 m y
- en el campo ” decrement for plane slices” para el
intervalo de decrecimiento: 100 m.
Esto colocará el techo de la lámina del modelo a una elevación de 1000 m. Todas las restantes láminas pues- tas estarán separadas a una distancia vertical de 100 m. Esta colocación evitará la intersección de las láminas al asignarles las elevaciones reales en dirección z con- forme a la base de datos de las perforaciones.
Ahora especificaremos las capas 3D.
- En el campo ” number of layers ” ingrese un valor de
3.
- Presione return para agregar las capas. El número de láminas se modifica automáticamente a 4 (láminas).
Como verá el configurador de capas 3D ofrece varias herramientas. En este ejercicio necesitaremos algunas de ellas las más adelante. La ayuda en línea ” help ” le
ofrece información más detallada sobre las funcional- idades.
- Pulse: de acuerdo ( okay ) para abandonar el menú.
OM=ö=bàÉêÅáÅáç=aÉãçëíê~íáîç
PK=^êã~åÇç=Éä=ãçÇÉäç
PKP i~=Åä~ëÉ=ÇÉ=éêçÄäÉã~
Para definir los parámetros del modelo entramos al menú ” problem editor”. Todos los parámetros exis- tentes son puestos a valores por defecto. Solamente modificaremos los parámetros más importantes. Para entrar al ”problem editor”
- pulse ” edit ”.
- Pulsando ” edit problem attributes ... ” aparecerá el editor de problemas ( problem editor ). Conforme a la filosofía de FEFLOW el procedimento más eficiente para armar un modelo es trabajando de arriba a abajo, de los puntos más altos del menú a los puntos inferiores. En la ventana ”problem class” definiremos la clase principal del modelo FEFLOW. Para nuestro propósito necesitamos un flujo transitorio con transporte de masa en un acuífero no confinado utilizando la técnica de redes móviles llamada BASD. Para obtener infor- mación respecto a BASD pulse el botón ” help” en el ” free surface editor” y siga el enlace a la sección teoría ( theory ).
- Elija " saturated media (groundwater)".
- Pulse ” problem class ” para entrar a la clasifi- cación de problemas ( problem classifier ). Como tratamos con un modelo de flujo transitorio y de transporte de masa también transitorio active las sigu- ientes opciones:
- Pulse ” flow y mass transport ”.
- Active ” transient flow/transient transport ”.
- Aplique ” unconfined (phreatic) aquifer(s) ”.
- Pulsando ” edit free surface(s) ” aparecerá el edi- tor de superficies no confinadas ( free surfaces edi-
tor ). Este nos permitirá definir las propiedades hidrogeológicas de las láminas.
- Elija ” set movable free surface on top ”. Ahora la lámina superior se acomodará a la superficie de las aguas subterráneas.
- Active ” set unspecified where possible” Estas láminas serán acomodadas de acuerdo al movimiento de la superficie de las aguas subterráneas y de la estratigrafía.
- Aplique ( apply ).
- Pulse: de acuerdo ( okay ) para salir del ” problem classifier ”. Ahora el modelo describe un problema de flujo no con- finado y de transporte de masa con una red móvil, lo que significa que la malla se acomodará al movimiento de la superficie de las aguas subterráneas evitando que los elementos de la red queden parcialmente saturados o que se sequen.
pá= ë~äíμ= äçë= é~ëçë ~åíÉêáçêÉëI= éçê Ñ~îçêI= Å~êÖìÉ= Éä ~êÅÜáîç= demo_3d.fem = ~ íê~î¨ë= ÇÉ= ä~= çéÅáμå= Òäç~Ç ÑáåáíÉ=ÉäÉãÉåí=éêçÄäÉãÒ=Éå=Éä ãÉå∫=ÒÑáäÉÒ=~åíÉë=ÇÉ=ÅçãÉåJ ò~ê=Åçå=ÉëíÉ=ÉàÉêÅáÅáçK