[发明专利]地下水在不同渗透介质边界渗流量的精确计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地下水流场描述的相关技术，尤其涉及一种地下水在不同渗透介质边界渗流量的精确计算方法。

背景技术

由于地下水赋存于地面以下岩石空隙中，人类不能够直接观察，只能通过水文地质勘察与地下水动态监测才能揭示其赋存条件与运动规律。受勘察经费的影响，水文地质勘察孔的布置密度有限，对区域水文地质条件的认识存在较大的误差。然而，不论是研究地下水的赋存规律、可持续开采地下水，还是研究污染物质在地下水系统中的运移，抑或是井下作业时的突水安全研究，都需要对地下水运动所形成的流场有充分、清晰的认识。如何将地下水赋存环境运动规律和动态特征直接展现在人们眼前，使研究区水文地质条件得到较全面准确的揭示，为水文地质研究提供科学依据已成为紧迫的研究课题之一。对地下水流速场的研究是所有这些技术的基础。而基于有限单元算法或控制体积有限单元算法求解的地下水流预报问题对于不同渗透性介质边界的渗流量(流速)计算很难获得高精度的结果。而在野外复杂地质情况下，水文地质参数往往具有非均质性，有的甚至是高度非均质的。在这种情况下，利用现有的数值方法所计算的不同渗透性边界渗流量误差非常大。

针对这一课题，国内外的学者已经进行了大量的理论和实例研究。Codes-Wolfgang提出了通过引入无旋条件来计算单元边界的渗流量，但是其算法在不同渗透性介质边界与真实的地下水流折射现象相违背。Durlofsky简单地通过连接均衡区渗流量等分点来绘制流线来避免对单元边界渗流量的计算。这一方法虽然能够获得整体较准确的流线。但是由于没有对均衡区内部进行研究，使得流线在均衡区内部失真。同时也限制了其在地下水运动时间计算中的应用。Frind等人提出了取调和平均的办法来计算不同渗透性介质边界处的渗流量，但其算法并不能够保持单元的均衡性，从而导致其他的误差。这些算法都没有能够从根本上解决不同渗透性介质边界处的渗流量计算问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能准确地计算边界渗流量值的地下水在不同渗透介质边界渗流量的精确计算方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的地下水在不同渗透介质边界渗流量的精确计算方法，包括步骤：

A、在已知均衡子区的前提下，以子区内部某边界渗流量为参数，参数化子区内部所有边界渗流量值；

B、利用参数化的边界渗流量值，选择流速插值算法，参数化子区内所有单元流速场；

C、以单元边界切向流速差最小为条件，最优化求解子区内所有边界渗流量。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的地下水在不同渗透介质边界渗流量的精确计算方法，由于首先在已知均衡子区的前提下，以子区内部某边界渗流量为参数，参数化子区内部所有边界渗流量值；之后利用参数化的边界渗流量值，选择流速插值算法，参数化子区内所有单元流速场；然后以单元边界切向流速差最小为条件，最优化求解子区内所有边界渗流量，能够准确计算不同渗透性单元边界渗流量(流速)。

附图说明

图1为Codes-Wolfgang均衡子区示意图；

图2a为Durlofsky均衡子区示意图；

图2a、图2b、图2c为由Durlofsky子区转换为Codes-Wolfgang形式子区的过程示意图；

图3为本发明实施例的模型示意图；

图4a为现有技术中的流线示意图；

图4b为本发明实施例的流线示意图；

图5为本发明实施例的上方弱透水层上边界的单宽渗流量图；

图6为本发明实施例具体实施步骤流程示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的地下水在不同渗透介质边界渗流量的精确计算方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

A、在已知均衡子区的前提下，以子区内部某边界渗流量为参数，参数化子区内部所有边界渗流量值；

B、利用参数化的边界渗流量值，选择流速插值算法，参数化子区内所有单元流速场；

C、以单元边界切向流速差最小为条件，最优化求解子区内所有边界渗流量。

所述步骤A包括：

A1、根据收集到的水文地质资料，建立二维有限单元或控制体积有限单元模型并求解地下水预报问题，获得各结点的预报水位值；

A2、建立基础数据的拓扑结构，包括对以下基础数据的存在和相互调用的结构：有限单元法的网格单元、地下水预报问题的预报水位值、边界条件、垂向补排、井参数；