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对复杂地质、水文地质和工程地质条件下的地下水流场的模拟,是地下水数值模拟的各种方法在实践中必须要面对的挑战。实际条件千差万别,如何在建立地下水流与溶质运移数值模型的时候合理地对各种野外地质、工程地质与水文地质条件进行处理,如何在所建立的模型中如实地刻画实际研究区中地下建筑物(如:地下厂房,地下洞室等)的形状,一直是地下水数值工作中的难题。本文尝试采用GMS中的FEMWATER模块对东北某地抽水蓄能电站地下厂房洞室附近的地下水渗流场进行模拟。
论文首先对GMS为FEMWATER模块提供的三维有限元网格构建的前处理功能进行了详细分析,对GMS中每种构建三维有限元网格的方法都进行了讨论。结果表明这些构建三维网格的方法可以对研究区实际的复杂工程地质条件进行刻画;其次,运用GMS提供的这些构建三维网格的方法,对东北某地抽水蓄能电站建立三维有限元模型,所建模型对排水廊道等主要渗控措施以及地下厂房洞室进行了如实处理。用FEMWATER在稳定流情况下对该模型进行了多种工况计算,分析了排水廊道对研究区三维渗流流场的影响与各种工况下的渗流场状况,并计算了相应的排水廊道排水量。
研究结果表明,GMS为FEMWATER提供的三维网格建模方法对复杂地质、水文地质和工程地质条件下的三维有限元模型建立非常有效。对东北某地抽水蓄能电站的模拟计算结果显示,对不同工况下的排水系统计算排水量都远小于设计排水量,可以将排水廊道的设计尺寸适当调小,以达到节省投资的目的。
当前,地下水污染问题已经成为环境问题中最严重的问题之一,受到社会各界的普遍关注。对地下水污染物质运移的模拟方法的探讨也就成了学界的热门问题。多孔介质中溶质运移控制方程是著名的对流-弥散方程。然而,其数值解中浓度陡锋面附近的数值振荡与数值弥散问题,多年来一直困扰着研究者和实践者。各种数值方法各有优点,但要同时消除两种误差达到令人满意的效果依然有很长的路要走。本文主要研究内容是:使用一种新的方法对两类重要的Euler方法——上游加权法与TVD(ULTIMATE)方法进行改进。
本文主要对一种地下水溶质运移问题数值模拟中减少数值弥散的新方法进行了理论上的推导与实际算例研究。该方法主要是在水动力弥散系数上加上一个数值弥散估计值,得到一个校正的水动力弥散系数,用以替代方程中物理上的水动力弥散系数进行计算。文中提出了一个新的参数——数值弥散因子(NDF),可以对研究区不同地点根据研究需要进行参数分区,对不同分区调节该因子的大小,从而达到控制数值振荡,减小数值弥散的目的。
本文首先对新方法讨论了一维浓度锋面的推进问题以及一维均匀流场中初始浓度丘的输运问题,采用了不同的格式,并用新方法对其进行改进。把数值计算结果与解析解进行对比,探讨了Peclet大小对NDF大小影响;其次,本文探讨了均匀流场中的二维溶质运移问题以及一个研究区有低渗透区的较为实际的二维问题。利用MT3DMS源代码,对其结构进行修改,使其能更方便地使用新方法。对于较为实际的二维问题,将计算区划分为二至三个NDF参数区,并使用改进后的上游加权法进行计算,模拟结果良好,比原方法有明显改进。对TVD(ULTIMATE)格式同样采用新方法进行改进,同样使模拟效果得到改善。
从一维到二维的多个理想与较实际算例的模拟计算结果表明,本文提出的新方法能在消除数值振荡的基础上,较好地减少数值弥散,达到令人较为满意的精度。新方法具有理论简单、使用方便快捷的优点。既不必使用复杂的差分格式来得到好的结果,也不用加密网格增加计算的负担。论文模拟计算结果表明新方法有效可行,值得推广。