地下水流有限差分计算可视化系统的研究与开发

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有限差分法是一种重要的数值计算方法。该方法的应用使水文地质学计算得到了迅速发展。当前科学计算可视化是水文地质计算领域的一个重要研究方向。本文采用有限差分法,并结合可视化技术,解决水文地质计算领域的部分渗流问题,对实际工作有重要意义。实际的水文地质条件往往是比较复杂的,用解析法求解很困难,数值法为研究这类问题开辟了新的途径。它以地下水渗流理论为基础,从整个计算区域的水量平衡或质量守恒出发,建立反映整个计算区域地下水运动状况的数学模型。有限差分法是数值模拟最早采用的方法,该方法把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替,边界条件、初始条件也相应地做类似代替,从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。其数学概念直观,表达简单,是发展比较成熟的数值方法。本文以有限差分法为基础,采用面向对象的思想,以Visual Basic6.0为开发平台,研发了关于地下水流计算的可视化系统。系统从功能上被划分为前处理、有限差分计算、后处理三大模块。前处理阶段主要完成了矩形网格剖分和不规则三角网格剖分。不规则三角网的生成采用逐点插入法。计算阶段结合实际水文地质条件,选择适当的数学模型,以有限差分法为基础,完成一维、二维承压稳定流及非稳定流计算的分析、设计和实现。后处理阶段,采用ActiveX Automation技术,在VB下与Surfer接口进行嵌入式编程,快速高效地绘制出等水头线图及立体表面图。采用OpenGL技术,绘制出非稳定流的水头变化曲线。本系统以承压含水层二维非稳定流为工程实例对系统主要功能进行测试,验证了系统在计算地下水流水头分布时具有一定的可行性。
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