Résumé: L’écoulement préférentiel est généralement caractérisé par un écoulement rapide et concentré des fluides dans les milieux géologiques fracturés, et les voies d’écoulement préférentiel (VEP) dominent le flux et la vitesse des fluides. Par conséquent, l’identification des VEP est importante pour la caractérisation quantitative de l’écoulement des fluides dans les milieux fracturés, en particulier dans les réseaux de fractures discrètes (RFD). Les méthodes traditionnelles d’identification des VEP nécessitent la résolution de modèles d’écoulement des eaux souterraines; toutefois, ces modèles sont limités par des problèmes complexes liés aux eaux souterraines, par la nécessité de disposer de données hydrogéologiques détaillées et par une charge élevée de calcul numérique. Dans cette étude, une méthode de résistance à l’écoulement basée sur la théorie des graphes est proposée pour identifier les VEP dans les RFD. La méthode utilise la résistance à l’écoulement des lignes de tracé des fractures pour identifier le chemin de résistance minimum correspondant. La résistance à l’écoulement est définie comme le facteur pondéré entre les nœuds adjacents du réseau de fractures sur la base de la formule de la loi cubique modifiée, puis l’algorithme de Dijkstra est utilisé pour déterminer le chemin de résistance minimale. La méthode de résistance à l’écoulement est vérifiée par une analyse de cas et une simulation numérique avec COMSOL Multiphysics. Les résultats montrent que le fluide a tendance à s’écouler le long du chemin présentant la plus faible résistance à l’écoulement, et que le chemin de résistance minimale correspond essentiellement au chemin d’écoulement préférentiel. La méthode n’a besoin que d’extraire les valeurs de résistance à l’écoulement des paramètres géométriques des fractures, puis d’analyser rapidement les chemins du réseau de fractures pour identifier le chemin d’écoulement préférentiel. La méthode fournit un moyen efficace d’identifier le chemin d’écoulement préférentiel sans avoir recours à des modèles complexes d’écoulement des eaux souterraines pour trouver la solution.
Resumen: El flujo preferencial suele caracterizarse por un flujo de fluido rápido y concentrado en medios geológicos fracturados, y las trayectorias de flujo preferencial (PFP) dominan el flujo y la velocidad del fluido. Por lo tanto, la identificación de PFP es importante para caracterizar cuantitativamente el flujo de fluidos en medios fracturados, especialmente en redes de fracturas discretas (DFN). Los métodos tradicionales de identificación de PFP necesitan resolver modelos de flujo de aguas subterráneas; sin embargo, dichos modelos están limitados por problemas complejos relacionados con las aguas subterráneas, la necesidad de datos de estudios hidrogeológicos detallados y una elevada carga de trabajo computacional. En este estudio, se propone un método de resistencia al flujo basado en la teoría de grafos para identificar la PFP en DFN. El método utiliza la resistencia al flujo de las líneas de trazado de las fracturas para identificar la ruta de resistencia mínima correspondiente. La resistencia al flujo se define como el factor ponderado entre los nodos adyacentes en la red de fracturas basado en la fórmula de la ley cúbica modificada, y a continuación se utiliza el algoritmo de Dijkstra para determinar el camino de resistencia mínima. El método de resistencia al flujo se verifica mediante el análisis de casos por simulación numérica con COMSOL Multiphysics. Los resultados muestran que el fluido tiende a fluir por la trayectoria con menor resistencia al flujo, y la trayectoria de resistencia mínima coincide esencialmente con la de flujo preferente. El método sólo necesita extraer los valores de resistencia al flujo a partir de los parámetros geométricos de las fracturas y, a continuación, analizar rápidamente las trayectorias de la red de fracturas para identificar la trayectoria de flujo preferente. El método proporciona una forma eficaz y eficiente de identificar la vía de flujo preferente sin recurrir a complejos modelos de flujo de aguas subterráneas para encontrar la solución.
摘要: 优先流通常表现为裂隙地质介质中迅速而集中的流体流动特征, 并且优先流通道(PFP)主导了流体通量和速度。因此, 在离散裂隙网络(DFN)中, 识别PFP对于定量表征裂隙介质中的流体流动特别重要。传统的识别PFP的方法需要求解地下水流模型; 然而, 这些模型受到与复杂的地下水相关的问题、详细水文地质调查数据的需求以及高计算负荷的限制。在本研究中, 提出了一种基于图论的流动阻力方法, 用于识别DFN中的PFP。该方法利用裂隙迹线的流动阻力来识别相应的最小阻力路径。流动阻力被定义为基于修改的三次定律公式的裂隙网络中相邻节点之间的加权因子, 然后使用Dijkstra算法确定最小阻力路径。通过使用COMSOL Multiphysics进行数值模拟的案例分析验证了流动阻力方法。结果表明, 流体倾向于沿着具有较小流动阻力的路径流动, 最小阻力路径与优先流通道基本一致。该方法只需要从裂隙的几何参数中提取流动阻力值, 然后快速分析裂隙网络路径以识别优先流通道。该方法为识别优先流通道提供了一种无需依赖复杂地下水流模型的有效和高效的方法。
Resumo: O fluxo preferencial é geralmente caracterizado por um fluxo de fluido rápido e concentrado em meios geológicos fraturados, e os caminhos de fluxo preferencial (CFP) dominam o fluxo e a velocidade do fluido. Portanto, a identificação de CFP é significativa para caracterizar quantitativamente o fluxo de fluidos em meios fraturados, especialmente em redes de fraturas discretas (RFD). Os métodos tradicionais de identificação da CFP necessitam de resolver modelos de fluxo de águas subterrâneas; no entanto, tais modelos são limitados por problemas complexos relacionados com as águas subterrâneas, pela necessidade de dados detalhados de levantamento hidrogeológico e por uma elevada carga de trabalho computacional. Neste estudo, um método de resistência ao fluxo baseado na teoria dos grafos é proposto para identificar o CFP na RFD. O método utiliza a resistência ao fluxo das linhas de fratura para identificar o caminho de resistência mínima correspondente. A resistência ao fluxo é definida como o fator ponderado entre os nós adjacentes na rede de fratura com base na fórmula da lei cúbica modificada, e então o algoritmo Dijkstra é usado para determinar o caminho de resistência mínima. O método de resistência ao fluxo é verificado através de análise de caso por simulação numérica com COMSOL Multiphysics. Os resultados mostram que o fluido tende a fluir ao longo do caminho com menor resistência ao fluxo, e o caminho de resistência mínima é essencialmente consistente com o caminho de fluxo preferencial. O método só precisa extrair valores de resistência ao fluxo dos parâmetros geométricos das fraturas e, em seguida, analisar rapidamente os caminhos da rede de fraturas para identificar o caminho de fluxo preferencial. O método fornece uma forma eficaz e eficiente de identificar o caminho de fluxo preferencial sem recorrer a modelos complexos de fluxo de águas subterrâneas para encontrar a solução.