在地热开发、CO₂地质封存CCUS以及地下污染修复等前沿领域“看不见、摸不着”的地下多相流过程一直是科研与工程实践的“硬骨头”。面对非饱和带复杂的“水-气-热”耦合运移传统的MODFLOW等饱和流模型往往力有不逮。作为国际公认的顶级模拟器TOUGH系列软件凭借其独特的模块化设计和有限积分差方法成为了解决这类“高温、高压、多组分”极端复杂问题的金标准。一、入门篇基础理论篇-形成软件初步认识第一部分多相流流体基本特征及TOUGH系列软件讲首先通过系统介绍多相流流体特征将学员从从传统包气带或饱水带-这两种“非黑即白”的水文地质划分中解放出来理解TOUGH所面向的更加复杂且真实的地下流体空间与相关问题。之后就TOUGH软件开发背景、设计思路与数值模型、发展历史和各模块功能对该系列软件形成初步认识能够按需、准确选择对应模块开展后续模拟。1.1多相流流体基本特征与解决思路1.2TOUGH2系列软件简介1.3 TOUGH2软件功能模块介绍1.4TOUGH2软件设计思路1.5TOUGH2软件数学模型与数值方法二、基础篇初级实操篇-熟悉建模过程及文本输入输出第二部分TOUGH系列软件建模步骤、文本输入输出与可视化练习文本输入输出是TOUGH系列软件一大特点给用户调用软件提供了很大的自由度同时也导致原版TOUGH软件的学习比较抽象困难。通过本节内容的学习与练习将进一步加深对TOUGH软件的理解了解建模前资料准备和一般建模过程重点掌握TOUGH2规则网格剖分文本输入输出和结果可视化等操作。2.1建模一般流程2.2建模前的资料准备2.3TOUGH2简单网格剖分2.4TOUGH2文本输入输出练习2.5TOUGH2结果可视化三、进阶篇高级实操篇-第三方软件使用与建模技巧第三部分TOUGH2第三方软件讲解与练习、功能拓展与高阶应用如今市面上存在诸多面向TOUGH开发的、且具有用户界面第三方软件。这些软件的出现为更复杂的TOUGH建模提供了可能与便利。本部分内容选取Petrasim商业软件和TOUGHIO开源软件两款软件结合实际案例就TOUGH建模的第三方软件操作进行详细讲解为学员们复杂建模的诉求指明了方向。此外结合笔者多年使用经验就TOUGH软件的建模技巧进行讨论方便学员们解决诸如复杂模型边界条件和初始化问题复杂随机场的构建问题复杂网格的可视化问题多场耦合等问题。通过该部分学习学员基本可以自行处理部分复杂模型的搭建与求解问题。3.1常见TOUGH第三方软件参考https://tough.lbl.gov/pre-and-post-processors/3.2Petrasim软件3.3Petrasim复杂三维网格剖分考虑断层发育3.4Petrasim案例实操3.5 TOUGHIO软件3.6 TOUGHIO案例实操3.7 TOUGH建模技巧四、专题篇应用实操篇-常见模块使用与练习第四部分TOUGH2常用模块讲解与实例应用练习与分析4.1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EOS1模块掌握TOUGH2在地热模拟中的主要流程、研究重点和基本操作。系统介绍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。孔隙介质与裂隙介质裂隙发育密度50,250m中地热开采影响对比4.2EOS3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。4.3EOS9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。4.4 CO2地质封存CCS背景介绍及ECO2N模块说明。通过挪威Sleipner场地模型掌握ECO2N模块基本操作过程和模拟结果三维可视化。在原Sleipner水动力模型基础上添加水文地球化学模块TOUGHREACT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。4.5TMVOC模块介绍与多尺度模拟练习4.6水合物开采及Hydrate模块介绍与练习介绍水合物的基本物理过程与开采逻辑介绍TOUGH处理水合物的方法文本输入关键字介绍以及如何借助PetraSim实现模型的前处理。4.6水合物开采及Hydrate模块介绍与练习介绍水合物的基本物理过程与开采逻辑介绍TOUGH处理水合物的方法文本输入关键字介绍以及如何借助PetraSim实现模型的前处理。