TOUGH系列软件建模实践方法及在地下水、CO2地质封存、水文地球化学、地热等多相多组分系统多过程耦合

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TOUGH2系列软件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。TMVOC模块是基于TOUGH2开发，面向多维度非均质介质中水、空气和多组分挥发性有机物混合物的三相非等温流动模拟工具。TMVOC设计之初是为了处理饱和带和非饱和带中烃类物质或有机溶剂逸散造成的污染问题，后又集成了工程修复的数值实现，包括土壤吸附、气相抽提，地下水开采、蒸汽辅助修复、生物降解技术等。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。

【内容简述】：

专题一、TOUGH2软件讲解及建模步骤

讲解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：

1.1 TOUGH2软件讲解

1.2 TOUGH2软件设计思路

1.3 TOUGH2软件模块讲解

1.4 TOUGH2建模步骤

1.5 TOUGH2软件数学模型讲解

专题二：TOUGH2输入输出格式讲解及网格剖分实践

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技术方法：

2.1 TOUGH2及TOUGHREACT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不规则网格生成技术

第三方软件mView、WinGridder、PetraSim软件讲解。练习PetraSim复杂网格生成，练习有限元网格转有限体积网格（toughio方法）。

专题三：TOUGH2各模块讲解与实操练习

3.1 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（EOS1模块），使学员掌握TOUGH2在地热模拟中的主要流程、研究重点和基本操作。

系统讲解面向裂隙介质的多重作用介质模型-MINC方法，对比考虑不同裂隙发育条件下对地热开采过程的影响。

3.2 EOS3模块讲解及圆柱体热管模型练习

水气两相流动，考虑温度影响，区分液相水与水蒸气，并追加空气流动，非常适合处理非饱和带各类水文地质问题。

3.3 EOS9模块讲解及离散裂隙模型练习

使用Richard方程，适用于传统土壤水动力学规律研究。

专题四：CO2地质封存原理及技术方法 ECO2N模块说明及实例练习

CO2地质封存（CCS）背景讲解及ECO2N模块解析，并通过挪威Sleipner场地模型，掌握TOUGH2及TOUGHREACT基本操作过程和模拟结果三维可视化。

4.1 CO2地质封存背景及Sleipner场地深部碳存储工程技术方法

4.2模型概化及TOUGH2输入文件设置（flow.inp）

4.3 TOUGH2输出文件提取和tecplot可视化处理

4.4 耦合化学模块-TOUGHREACT模拟

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。

（1）TOUGHREACT输入文件设置

（2）模拟结果可视化

专题五：TMVOC模块讲解及实例练习

5.1 TMVOC模块技术与多尺度模拟练习

专题六：水合物开采及Hydrate模块讲解与实践练习

6.1水合物开采及Hydrate模块技术讲解与练习

水合物的基本物理过程与开采逻辑，详细讲解TOUGH+处理水合物的方法，文本输入关键字，以及如何借助PetraSim实现模型的前处理。

专题七：TOUGH2高阶应用与拓展

7.1 随机场模型建立方法（SEED和ELEME）

7.2 复杂三维网格计算结果的可视化处理（借助GMS）

7.3 复杂边界条件的处理方法技巧（time-dependent）

专题八：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，并结合学习内容进行互动与答疑。

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