地下水模拟仿真软件PetraSim/TOUGH 中的静水压力条件

这是讨论初始化 TOUGH 模型以表示现实自然状态条件的系列文章中的一篇。在有些情况下，在添加瞬态边界条件、注入或抽水井等之前将模型运行到稳态是有益的。我们先给出一个很简单的示例，其中我们使用 EOS3 建立静水压力梯度在单相模型中。

我们创建了一个简单的三维模型，尺寸为 1000x1000x100 米。我们在 x、y 和 z 方向上使用间距为 100m x 100m x 10m 的矩形网格。模型的顶部位于地表以下 900 米处。我们假设模型顶部上方的有些材料都被密度恒定的流体饱和，因此模型的顶部边界将处于基于 900 英尺厚的水柱的静水压力。

静水压力的计算公式为：

P = gρh ,

在哪里：

P = 静水压力 (Pa) 
g = 重力 (m/s 2 ) 
ρ = 水的密度 (kg/m 3 ) 
h = 高度 (m)

在模型顶层单元中心（地表以下 905 米的深度）计算的静水压力为 8.97E6 Pa。我们还根据 25° 的地热梯度估计了 47.625°C 的温度C/km，表面温度为 25 °C。该模型的全局初始条件如下所示：

我们在“Fixed State”模型中制作了顶层单元格。通过将顶层设置为“固定状态”，这些单元将保持在初始条件对话框中定义的压力和温度条件下。顶层下方的单元将处于较高的压力下，这将由 TOUGH 计算。由于这种水会压缩，因此顶层细胞将作为供应所需水的来源。

我们将模型的结束时间设置为 10 万年，大时间步长为 100 年。TOUGH 进行瞬态计算。通过设置较长时间，瞬态将达到稳定状态。

该模型在大约 1400 年后达到稳态条件，由此产生的压力梯度如下图所示。请注意，模型中产生的小压力等于模型顶部的压力。顶部单元层下方的模型单元已根据静水压力平衡到更高的压力值。

图 4：压力等值面显示线性压力梯度。

要将此压力梯度加载为新模型中的初始条件，请执行以下步骤：

1. 在“文件”菜单上，单击“保存”并将新的 .sim 文件保存在不同的目录中。

2. 打开新的 .sim 文件，在File菜单上，单击Load Initial Conditions并选择由原始仿真创建的 SAVE 文件（与原始 SIM 文件存储在同一目录中）。