[发明专利]基于裂隙网络连通性的裂隙流的MODFLOW模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于裂隙网络连通性的裂隙流的MODFLOW模拟分析方法，该方法通过利用Monte Carlo随机模拟技术生成裂隙网络，并且建立DFN模型，然后通过DFN和SC方法进行渗流分析。本发明在连续—非连续介质模型的构架内，将单条裂隙刻画到有限差分网格，不但有效地保存下了裂隙流，同时还能应用传统的地下水流模拟软件如MODFLOW进行渗流计算，为裂隙岩体的渗流计算提供了一种简单、实用的计算方法。

技术领域

本发明属于裂隙岩体的渗流特性及其数值模拟，具体涉及一种基于裂隙网络连通性的裂隙流的MODFLOW模拟方法。

背景技术

20世纪70年代以来，裂隙岩体的渗流特性及其数值模拟一直是国内外学者研究的热点问题，随着计算机技术的发展，数值方法越来越多地用于岩石工程问题。省时、省力、灵活、经济是数值计算相比于理论分析和试验手段所具有的优势，而有效模拟岩体的结构特性，却是岩石工程数值计算的前提和挑战。天然岩体中存在大量的孔隙或裂隙，这些孔隙或裂隙不但改变了岩体的力学性质，也严重影响着岩体的渗透特性；它们不但具有非连续性、非均质性、各向异性，还具有多尺度效应。

等效连续介质模型(Stochastic Continuum,SC)假定裂隙岩体为服从达西流的均质多孔介质，不考虑单个裂隙的几何结构；而离散裂隙网络模型(Discrete FractureNetwork,DFN)中，考虑的是具有低渗透性基质的裂隙岩体，首先对研究区域岩体裂隙的现场测量和统计的基础上生成随机裂隙网络，然后运用渗流连续性方程和立方定律对裂隙岩体进行渗流求解；连续—非连续介质模型一般将岩体视为等效连续介质(不考虑裂隙网络)和裂隙网络的叠加，分别对岩体渗流进行求解，然后再进行叠加。等效连续介质模型的优点是模型简单、理论成熟、容易求解，适合于研究大范围、裂隙分布密集的岩体渗流，而对于岩体典型单元体很大甚至不存在的研究区域或者需要研究某个特定小范围、特定路径的渗流行为时，该模型却不适用，而离散裂隙网络模型考虑的是具有低渗透性基质的裂隙岩体，对于基质渗透性较大的岩体模拟是不适用的，而且研究尺度较大，往往导致求解困难；连续—非连续介质模型从原理上能够比较真实地刻画渗流形态，但裂隙网络和等效介质之间的水量交换往往难以确定。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种基于裂隙网络连通性的裂隙流的MODFLOW模拟方法。

技术方案：基于裂隙网络连通性的裂隙流的MODFLOW模拟方法，包括如下步骤：

(1)建立二维裂隙网络：通过Monte Carlo随机模拟技术和Matlab程序生成二维裂隙网络，包括生成裂隙网络原图、一级裁剪连通图、二级裁剪连通图和三级裁剪连通图；

(2)DFN渗流模拟：利用立方定律求解Navier-Stokes方程计算渗流，包括对于完全饱和的、单相的、不可压缩的层流，其计算表达式为：

其中，ΔH为裂隙端点的水头差；

(3)SC渗流模拟：将长度为l、导水系数为T_f的裂隙画到一个x-y的二维平面，使用地下水流数值模拟软件如MODFLOW计算渗流；

(4)DFN和SC渗流分析：以DFN渗流作为度量标准，分析不同网格分辩率对SC渗流的影响。

进一步的，所述的步骤(1)具体包括如下步骤：

(11)确定迹线参数，所述的参数包括裂隙中心点(x₀,y₀)、迹线长度l和迹线方向θ(自x轴逆时针旋转至迹线的角度)，建立迹线端点坐标(x，y)，所述的迹线端点坐标为：

端点坐标利用Matlab程序表示为：

x(1,:)＝p(1,:)+p(3,:)/2.*cos(p(4,:))