[发明专利]三维地下水流量的计算方法

权利要求书

1.一种三维地下水流量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)利用三棱柱连续Galerkin有限单元法求解地下水流数值模型，形成原始三棱柱单元网格并获得地下水的水头场数据；水头场是指任意三棱柱单元顶点对应一个水头值；

2)将所述原始三棱柱单元网格进行细化，从而构造局部均衡域；

3)计算所述局部均衡域的相关流量值；所述相关流量值包括与原始三棱柱顶点相关的流量值、与原始三棱柱边相关的流量值、与原始三棱柱面相关的流量值、与原始三棱柱单元相关的流量值和局部均衡域的边界面流量值；所述与原始三棱柱面相关的流量值包括定义在原始三棱柱面或原始三棱柱相邻顶点的边界流量值；

所述边界流量的计算包括：

如果边界流量值定义在原始三棱柱单元的垂向面上，则

其中，B_p为二类局部均衡域的边界流量值，B_e为原始三棱柱垂向面上的边界流量值；

如果边界流量值定义在原始三棱柱单元的水平向面上，则

其中，B_p为二类局部均衡域的边界流量值，B_e＇为原始三棱柱单元的水平向面上的边界流量值；

如果边界流量值定义在原始三棱柱单元垂向面的相邻顶点上由单宽流量表示，则：

其中，B_p为二类局部均衡域的边界流量值，B₁为二类局部均衡域所围绕原始三棱柱单元顶点的单宽流量值，B₂和B₃为在原始三棱柱单元垂向面上的与二类局部均衡域所围绕原始三棱柱单元顶点相邻的两个顶点的单宽流量值，B₄为在原始三棱柱单元垂向面与二类局部均衡域所围绕原始三棱柱单元顶点相对的顶点的单宽流量值，Δ_ev为原始三棱柱单元垂向面的面积；

如果边界流量值定义在原始三棱柱单元水平向面的相邻顶点上由单宽流量表示，则：

其中，B_p为二类局部均衡域的边界流量值，B₁为二类局部均衡域所围绕原始三棱柱单元顶点的单宽流量值，B_2＇和B_3＇为在原始三棱柱单元水平向面上的另外两个顶点的单宽流量值，Δ_eh为原始三棱柱单元水平向面的面积。

2.根据权利要求1所述的三维地下水流量的计算方法，其特征在于，所述将原始三棱柱单元网格进行细化的步骤包括：

连接原始三棱柱单元的剖面三角形三条边的中点，从而将该剖面三角形分割为面积相等的四个子三角形，将该剖面三角形三条边的中点沿着垂向连续地无限延展，从而将该原始三棱柱单元分割为四个中间三棱柱单元；然后，连接该原始三棱柱单元的三条垂向边的中点，使其构成一个中线三角形，该中线三角形所在的平面将四个中间三棱柱单元分别分割为两个子三棱柱单元；

在八个子三角形中，记a、b、c分别为原始三棱柱单元上层的三个顶点，a’、b’、c’分别为原始三棱柱单元下层的三个顶点，围绕顶点a的子三棱柱单元记为0号，围绕顶点b的子三棱柱单元记为1号，围绕顶点c的子三棱柱单元记为2号，围绕顶点a’的子三棱柱单元记为4号，围绕顶点b’的子三棱柱单元记为5号，围绕顶点c’的子三棱柱单元记为6号，不围绕原始三棱柱顶点的上层子三棱柱单元记为3号，不围绕原始三棱柱顶点的下层子三棱柱单元记为7号，令3号子三棱柱单元与相邻的原始三棱柱单元的7号子三棱柱单元所组成的区域为一类局部均衡域，令围绕原始三棱柱单元顶点的子三棱柱单元所组成的区域为二类局部均衡域。

3.根据权利要求2所述的三维地下水流量的计算方法，其特征在于，所述与原始三棱柱顶点相关的流量值包括定义在原始三棱柱顶点的井、泉流量值；

所述与原始三棱柱边相关的流量值包括定义在原始三棱柱垂向边的井流量值；

所述与原始三棱柱单元相关的流量值包括单元储释水量；

所述均衡域的边界流量值包括同一个原始三棱柱单元分割的子三棱柱单元水平向和垂向相邻面的流量值。