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

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进行详细讲解，使学员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

1.2 TOUGH2系列软件简介

1.3 TOUGH2软件功能模块介绍

1.4 TOUGH2软件设计思路

1.5 TOUGH2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

2.3 TOUGH2简单网格剖分

2.4 TOUGH2文本输入输出练习

2.5 TOUGH2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，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/ 

3.2 Petrasim软件 

3.3 Petrasim复杂三维网格剖分（考虑断层发育）

3.4 Petrasim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

4.2 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。

4.3 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。

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。

4.5 TMVOC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。

原文：TOUGH系列软件全解析