基于TREFFTZ法对MODFLOW处理断层子程序的开发与应用

发布时间：2019-12-06 06:16

【摘要】：断层“跌水”对地下水的运移和分布影响巨大,该现象的存在使附近地下水流具有不连续的特征,使地下水数值模拟变得复杂。分析断层“跌水”的构造成因,研究断层对地下水分布的影响,模拟断层附近地下水流动特征,对了解地下水时空分布规律,评价地下水资源,制定开采方案等具有重大意义。断层“跌水”问题可归类为渗流自由面问题,若想得到断层上游地下水流出量,首先应准确地确定渗流面的位置。由于其位置是预先未知的,因此无法使用解析法进行求解,只能用迭代的方法求取相应问题的数值解。本文从MODFLOW源程序以及Trefftz边界元法计算原理入手,充分剖析了MODFLOW程序的计算原理、方法以及程序实现流程,详细探讨了Trefftz边界元法的计算过程以及计算断层“跌水”问题的可能性。针对MODFLOW使用HFB模块计算断层“跌水”时存在参数选取具有随意性、不符合地下水不连续流动特征等问题,利用Trefftz伽辽金法(TGM)开发了新的处理断层“跌水”问题的子程序包(FUT)。通过算例计算,验证了FUT子程序包计算断层“跌水”问题的有效性。首先,通过热传导算例与河渠间地下水渗流问题的算例,将计算结果与相应的解析解和物理实验结果进行对比,验证了TGM计算的准确性。然后使用TGM子程序计算了定水头条件下的断层“跌水”问题,对比计算结果和Dupuit方程,对Dupuit方程的适用性进行了分析。最后使用改进后的MODFLOW对稳定流断层“跌水”算例进行求解,并与原版MODFLOW计算结果进行对比,体现了新方法计算的精确性与稳定性;在断层下游增加开采井并进行计算,分析计算结果,发现断层下游开采活动不会对断层上游水位造成影响,符合断层“跌水”的不连续特性。计算结果表明,新开发的FUT子程序包在对存在断层“跌水”的地下水数值模型进行计算时,具有精度高、计算量小、收敛性好、更符合其物理性质的特点,为求解该问题提供了新思路,拓展了MODFLOW的适用范围。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P641.7

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本文编号：2570276