地下水流数值模拟基础课件.ppt
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1、地下水流数值模拟基础地下水流数值模拟基础第一讲第一讲第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 地下水流动问题微分方程及数学模型地下水流动问题微分方程及数学模型中国地质大学环境学院中国地质大学环境学院2009.62009.62 一、地下水数值模拟的主要内容一、地下水数值模拟的主要内容第一章 绪论 3 二、为什么要学数值模拟方法二、为什么要学数值模拟方法1地下水流动问题的复杂性地下水流动问题的复杂性 地下水是在多孔介质中赋存和运移,其流动空间结构(包括含水地下水是在多孔介质中赋存和运移,其流动空间结构(包括含水层结构、边界、含水层参数等)复杂;层结构、边界、含水层参数等)复杂;补排关系复杂;补排关系复杂
2、;人工影响因素复杂;人工影响因素复杂;2解析法的特点及局限性解析法的特点及局限性 能够求出数学模型的精确解函数式,用解析公式表述地下水水头能够求出数学模型的精确解函数式,用解析公式表述地下水水头与含水层参数及开采量之间的关系;便于分析地下水系统各要素与含水层参数及开采量之间的关系;便于分析地下水系统各要素对水头的影响;对水头的影响;3 计算机技术的发展为数值模拟提供了保障计算机技术的发展为数值模拟提供了保障4如:泰斯模型条件:如:泰斯模型条件:含水层是无限大水平的、均质、各向同性、等厚的承压含含水层是无限大水平的、均质、各向同性、等厚的承压含水层;在含水层中间有一口完整抽水井,定流量抽水;井水
3、层;在含水层中间有一口完整抽水井,定流量抽水;井径无限小;初始水头为常数;径无限小;初始水头为常数;)1(22rHrrHTtHe00),(HtrHt0),(HtrHrQrHrTr2lim0(r0,t0)(r0)24(,)4xratQes r tdxTx利用利用Boltzmann变换可以变换可以得到此问题的解:得到此问题的解:5 原理简单、容易理解;原理简单、容易理解;计算复杂,必须借助计算机计算复杂,必须借助计算机 能解决各种复杂条件的问题;能解决各种复杂条件的问题;只要基础资料清楚,就可以求出结果。只要基础资料清楚,就可以求出结果。地质条件是提高模型仿真性的基础地质条件是提高模型仿真性的基础
4、。三、本课程的特点三、本课程的特点61.水文地质学基础水文地质学基础2.地下水动力学地下水动力学3.高等数学、线性代数、计算方法高等数学、线性代数、计算方法4.计算机或相应的地下水模拟软件计算机或相应的地下水模拟软件 四、基础要求四、基础要求7(1)1956年,数值方法开始应用于水文地质计算。年,数值方法开始应用于水文地质计算。(2)在)在20世纪世纪70年代末,得到突破性进展。年代末,得到突破性进展。(3)现在成为地下水模拟研究的主要方法。)现在成为地下水模拟研究的主要方法。(4)已有一批模拟软件:)已有一批模拟软件:GMS,FEFLOW 等等等等(5)广泛应用于解决与地下水有关的资源、环境
5、、工程问题)广泛应用于解决与地下水有关的资源、环境、工程问题 五、地下水流问题数值方法发展五、地下水流问题数值方法发展地下水数值模拟主要发展阶段地下水数值模拟主要发展阶段8与地下水有关的资源、环境、工程问题与地下水有关的资源、环境、工程问题o地下水资源评价与优化开发地下水资源评价与优化开发o基坑排水预测基坑排水预测o坝体渗漏评价坝体渗漏评价o水库渗漏评价水库渗漏评价o软土路基排水固结沉降预测软土路基排水固结沉降预测o地下热水泵、地下空调注采方案评价地下热水泵、地下空调注采方案评价o海水入侵预测评价海水入侵预测评价o有害废物渗滤液在含水层中迁移范围预测有害废物渗滤液在含水层中迁移范围预测o地下水
6、水位动态对滑坡体稳定性的影响评价地下水水位动态对滑坡体稳定性的影响评价o地面塌陷、地面沉降预测地面塌陷、地面沉降预测91.1.陈崇希陈崇希,唐仲华唐仲华.地下水流问题数值方法地下水流问题数值方法.中国地质大学出版中国地质大学出版社社.1990.1990.2.2.薛禹群,谢春红,地下水数值模拟。科学出版社。薛禹群,谢春红,地下水数值模拟。科学出版社。200720073.3.朱学愚朱学愚,谢春红谢春红,地下水运移模型地下水运移模型.中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社,1990.,1990.4.4.罗焕炎罗焕炎,陈雨孙陈雨孙.地下水运动的数值模拟地下水运动的数值模拟.中国建筑工业出版社中国建筑工业
7、出版社,1988.1988.5.5.李俊亭等李俊亭等.地下水流数值模拟地下水流数值模拟.地质出版社地质出版社,1989.,1989.6.6.孙讷正孙讷正.地下水流的数学模型和数值方法地下水流的数学模型和数值方法.北京北京:地质出版社地质出版社,1981.1981.六、参考书六、参考书第二章第二章 地下水流动问题概述地下水流动问题概述2.1 地下水流动微分方程地下水流动微分方程2.2 定界条件及定解问题定界条件及定解问题2.3 地下水运动的数学模型地下水运动的数学模型112.1 地下水流动微分方程地下水流动微分方程2.1.1 基本概念基本概念o承压含水层承压含水层 一个完全被水饱和的、夹在上下两
8、个隔水层之间的含水层。承压一个完全被水饱和的、夹在上下两个隔水层之间的含水层。承压含水层上部的隔水层称作隔水顶板含水层上部的隔水层称作隔水顶板,或叫限制层或叫限制层,下部的隔水层称下部的隔水层称作隔水底板作隔水底板,顶底板之间的距离为含水层厚度。其中所含水承受顶底板之间的距离为含水层厚度。其中所含水承受静水压力。静水压力。o潜水含水层潜水含水层 饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称为潜水,该含水饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水称为潜水,该含水层称为潜水含水层。潜水的水面为自由水面,称为潜水面。层称为潜水含水层。潜水的水面为自由水面,称为潜水面。o弱透水层弱透水层 允许地下水以极低
9、的流速透过的地层。允许地下水以极低的流速透过的地层。12均质各向同性均质各向同性均质各向异性均质各向异性非均质各向同性非均质各向同性非均质各向异性非均质各向异性2.1.1 基本概念(续基本概念(续1)132.1.1 基本概念(续基本概念(续2)142.1.1 基本概念(续基本概念(续3)152.1.1 基本概念(续基本概念(续4)162.1.1 基本概念(续基本概念(续5)172.1.1 基本概念(续基本概念(续6)182.1.1 基本概念(续基本概念(续7)192.1.1 基本概念(续基本概念(续8)202.1.2 三维流基本微分方程三维流基本微分方程tzyvxtzyxx),(|)(方向流入
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