地下水数值模拟模型简介.ppt
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地下水溶质运移数值模型(资料性附录)水是溶质运移的载体,地下水溶质运移数值模拟宜在地下水流场模拟基础上,因此地下水溶质运移数值模型包括水流模型和溶质运移模型两部分。
DJ 地下水水流模型非均质、各向异性、空间三维结构、非稳定地下水流系统:1)控制方程σ∂h ∂hy 3(“∂h}∂(∂h ∖S,—=—K v —+—K Y —+—K ——+/∂t 3xI ∂x)为('∂y JAzI ~∂z)式中:SS 一一给水度[I/];h --- 水位[1];Kχf Ky,Kz ——分别为X,y,Z 方向上的渗透系数[EΓ∣];T 一一时间[T ];Qs 一一源汇项m注:方括号[]中的符号为量纲,以下同。
2)初始条件h(x y y 9z y t)=Zz 0(x,y,z)(x,y,z)∈Ω,/=O 式中:4*,y ,z)——已知水位分布:Q ——模型模拟区。
3)边界条件:第一类边界: 〃(x,y,z√)∣「=Λ(x,y,z√)(x,y,z)∈Γ1,r≥O式中:r '一一类边界; h(x,y,z,t)一一类边界上的己知水位函数。
第二类边界:式中:「2 --- 二类边界;∂nq(x,y,Z) (x,y,z)∈Γ2κ——三维空间上的渗透系数张量;nn——边界r2的外法线方向;q(x,y t z)——二类边界上已知流量函数。
第三类边界:r(k(h-z)-+ah)=q(x,y,z)加r3式中:0一一系数;「3一—二类边界;k一一三维空间上的渗透系数张量;n——边界G的外法线方向;q(x,y f z)——三类边界上已知流量函数。
D.2地下水水质模型1)控制方程R啜喘[吗(他C)Fe—/〜元式中:R——迟滞系数,无量纲Pb SC~Θ~∂Cph——介质密度IM1-3];θ——介质孔隙度,无量纲;C——组分的浓度[M1,];亍一一介质骨架吸附的溶质浓度[M1,];t——时间[T];X,y,Z一—空间位置坐标[1];Dij——水动力弥散系数张量[1?T」];Vi——地下水渗流速度张量[EΓ∣];q s——源和汇[T∣];CJ一一源或汇水流中组分的浓度[M1";4一一溶解相一级反应速率[T」];4一一吸附相一级反应速率[Tj]。
地下水数值模拟一、地下水数值模拟简介地下水数值模拟是各种数值方法在水文地质计算中的应用,是目前定量研究地下水水资源量的重要手段。
2 0世纪6 0 年代以来,随着计算机技术的迅速发展,数值方法作为一种求解近似解的方法被广泛用于地下水水位预报和资源评价中。
数值方法是采用离散化的方法来求解数学模型,从而得到研究区域内有限个离散点上的未知函数值。
离散化的方法是将研究区域划分成为若干个较小的子区域或称为单元,即化整为零,这些单元的集合体代表的研究区域,即又积零为整。
虽然所得解为数值解(即是数值的集合,是数学模型的近似解),但是只要将单元大小和时段长短划分得当,即对空间步长和时间步长取值合适,计算所得的数值解便可较好的逼近实际情况而满足计算精度的要求。
由于数值方法可以较好的反映复杂条件下的地下水流状态,具有较高的仿真度,因此在理论和实际应用方面都得到了较快的发展。
数值法求解地下水流数学模型的基本步骤如下:( 1 ) 将研究区域按照某种规则进行剖分或称离散化。
剖分的原则和剖分后形成的子区域形状取决于所采用的数值方法,从而将研究区域划分为若干个子区域单元。
对于非稳定流问题,尚需将计算时间也进行离散化,即将计算时间离散为若干个时段。
( 2 ) 将每个小单元作为地下水的小均衡域,并定义特征点上的各种物理量。
( 3 ) 建立某一个时段内结点之间制约各种物理量的关系式,关系式一般表达为代数方程。
( 4 ) 利用初始条件和边界条件( 即初边值问题) ,建立在某一个划分时段内边界结点与内部结点的关系式。
( 5 ) 求解上述( 3 ) 、( 4 ) 所构成的代数方程组,就可求得某一计算时刻,研究区域上各离散点的水位H 值,其集合{ H} 即是渗流区域上某一时刻地下水水位H 的近似解,单元剖分的越小,{ H} 的仿真度就越高。
(6 )重复(3 )〜(5 ),可计算下一时刻的水头{ H}集合值由于建立代数方程组的方法不同,也就产生了各种不同的离散化方法,即不同的数值方法。