地下水流数值模拟理论方法及模型设计【2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载】

地下水流数值模拟理论方法及模型设计PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 地下水流定解问题概述1

1.1 地下水流微分方程1

1.1.1 地下水三维不稳定流微分方程1

1.1.2 地下水稳定流微分方程3

1.2 定解条件及定解问题4

1.2.1 边界条件4

1.2.2 初始条件7

1.2.3 描述地下水流的定解问题7

第2章 地下水流有限差分法8

2.1 有限差分法的基本思想8

2.2 导数的有限差分近似表示10

2.3 承压一维流有限差分法12

2.3.1 一维显式有限差分法12

2.3.1.1 一维显式差分方程的建立12

2.3.1.2 一维显式差分方程问题的求解方法14

2.3.1.3 求解一维显式差分方程的计算机程序15

习题2.3.116

2.3.1.4 差分格式的收敛性16

2.3.1.5 差分格式的稳定性18

2.3.2 一维隐式有限差分法24

习题2.3.229

2.3.3 一维六点对称差分格式32

习题2.3.336

2.3.4 第二类边界条件的处理36

2.4 承压二维流有限差分法38

2.4.1 二维显式有限差分法38

习题2.4.142

2.4.2 二维隐式有限差分法42

习题2.4.246

2.4.3 二维十点对称差分格式（Crank—Nicolson格式）46

2.4.4 二维交替方向隐式差分法（ADI法）47

习题2.4.450

2.4.5 越流、入渗和抽水井等问题的处理50

2.4.6 非均质含水层变格距矩形网格有限差分法51

习题2.4.655

2.4.7 时间步长和格距56

2.5 无压二维流有限差分法56

2.5.1 显式差分法57

2.5.2 显-隐式差分法58

2.5.3 隐式差分法58

2.5.4 预测-校正法59

2.5.5 ADI法与预测-校正法的结合60

习题2.561

2.6 三维流多边形（棱柱体）网格有限差分法61

2.6.1 渗流区的剖分及多边形均衡网格的形成62

2.6.2 多边形棱柱均衡网格的差分方程的建立62

2.6.3 多边形网格差分方程的解法65

2.6.4 求解（任意）多边形网格差分方程的计算机程序66

习题2.667

第3章 迦辽金有限单元法68

3.1 承压水二维不稳定流动问题的迦辽金方程68

3.2 三角形单元迦辽金有限元法70

3.2.1 三角形单元剖分与基函数的构造70

3.2.2 三角形单元迦辽金有限元方程74

3.2.3 三角形单元有限元法与有限差分法的对比86

3.2.4 三角形单元有限元法计算机程序87

习题3.2.489

3.3 矩形单元迦辽金有限元法89

3.3.1 矩形单元剖分与基函数的构造89

3.3.2 矩形单元迦辽金有限元方程92

3.3.3 矩形单元有限元法计算机程序105

3.4 任意四边形等参有限单元法106

3.4.1 坐标变换107

3.4.2 任意四边形有限元方程系数矩阵的计算108

3.4.3 例题及任意四边形单元等参有限元法计算机程序112

3.5 无压流问题的有限单元法114

习题3.5115

3.6 地下水三维不稳定流问题四面体迦辽金有限元法115

3.6.1 三维不稳定流问题迦辽金方程116

3.6.2 单元剖分和线性插值117

3.6.3 四面体单元迦辽金有限元法119

3.6.4 四面体单元有限元法计算机程序123

第4章 边界条件和源汇等特殊问题的模拟与处理125

4.1 混合抽水井的模拟125

4.1.1 概述125

4.1.2 混合抽水井模拟方法——“渗流-管流耦合模型”的提出128

4.1.3 混合抽水试验确定分层水文地质参数实例——北海混合抽水试验场131

习题4.1132

4.2 自流井的模拟133

习题4.2133

4.3 水平井的模拟134

习题4.3136

4.4 混合观测孔水位的模拟137

4.5 非完整抽水井附近短滤管非完整观测孔水位的校正140

4.5.1 问题的提出140

4.5.2 校正方法141

4.6 抽水井水位的校正143

4.6.1 问题的提出143

4.6.2 承压含水层完整井143

4.6.3 无压含水层完整井146

4.6.4 承压含水层非完整井146

4.7 井周扰动效应（井孔表皮效应）的处理147

4.8 面井内抽水井水位降深的计算148

4.9 泉的模拟150

4.10 河流与地下水间补给、排泄的模拟151

4.10.1 完整河152

4.10.2 非完整河152

4.10.2.1 非完整河底面上存在弱透水层153

4.10.2.2 非完整河底面上无弱透水层154

4.11 降雨、河渠等入渗补给滞后性的刻画155

4.12 潜水蒸发排泄的处理159

4.13 初始水头条件的模拟160

4.14 含水系统海边界问题161

4.14.1 问题的提出161

4.14.2 承压含水层的海边界确定方法161

4.15 数值模型中流速（流量）的计算问题165

4.16 岩溶含水介质地下水流模型166

4.16.1 岩溶含水介质的空隙及其水动力特征166

4.16.2 三重空隙介质地下水流模型的建立167

4.16.3 三重空隙介质地下水运动的模拟方法169

4.16.4 理想模型的模拟169

4.16.5 小结171

4.17 地下水开采-地面沉降模型172

4.17.1 建立准三维流模型，还是三维流模型？172

4.17.2 地面沉降（土层固结）与地下水流如何耦合？173

4.17.3 土层固结过程中参数如何考虑？173

4.17.4 软土层的固结滞后于含水层水头的变化如何刻画？175

第5章 地下水流模型的拓展176

5.1 地下水饱和-非饱和流耦合模型176

5.1.1 基本概念176

5.1.2 含水率和非饱和土渗透系数关系的经验公式177

5.1.3 地下水饱和-非饱和水流模型控制方程的推导178

5.1.4 地下水饱和-非饱和水流模型的定解条件180

5.1.5 地下水饱和-非饱和水流模型的数值模型181

5.1.6 地下水饱和-非饱和流动问题实例分析182

5.2 地表水-地下水流耦合模型186

5.2.1 地表水-地下水流耦合模型的分类186

5.2.2 地表水与地下水转化量的计算方法189

5.2.3 地表水和地下水流模型耦合的流程190

5.3 分布式水文模型简介192

5.3.1 水文过程概述192

5.3.2 分布式水文模型涉及的主要模拟元素的物理机制与模拟方法193

第6章 反求水文地质参数的数值方法196

6.1 反求参数问题的适定性196

6.1.1 解的唯一性196

6.1.2 解的稳定性197

6.2 反求参数的直接方法200

6.3 反求参数的间接方法201

6.3.1 试估-校正法201

6.3.2 最优化方法202

第7章 数值模型设计、应用及水文地质勘查206

7.1 数值模型设计及应用主要步骤206

7.1.1 明确目标任务206

7.1.2 水文地质资料收集206

7.1.3 水文地质概念模型设计206

7.1.4 数学模型的建立207

7.1.5 数值模型的建立207

7.1.6 数值模拟预测207

7.2 水文地质概念模型设计208

7.2.1 模型基本类型的论证208

7.2.1.1 建模维数问题及其不同意见209

7.2.1.2 稳定流／不稳定流模型问题218

7.2.2 模型空间范围-边界的划定218

7.2.2.1 模型空间范围必须包括“目标研究区”220

7.2.2.2 “目标研究区”的人为第一类边界必须外扩220

7.2.2.3 模拟区扩大到自然边界220

7.2.2.4 模拟区扩大到预测期内不致明显改变水头或流量的人为边界处228

7.2.2.5 尽量减少人为边界对重点研究区的预测带来不利影响229

7.2.2.6 正确建立滨海含水系统模型的海向边界条件231

7.2.2.7 垂向范围的划定239

7.2.2.8 几个理论模型问题240

7.3 数值模型的建立246

7.3.1 含水系统模拟层的划分与分区246

7.3.1.1 岩性剖面图246

7.3.1.2 孔隙含水系统划分为偶数层246

7.3.1.3 划分的总层数问题246

7.3.1.4 分层方法246

7.3.2 格／结点（剖分）设计248

思考题7.3.2250

7.3.3 时间步长251

7.3.4 各格／结点给定参数值251

7.3.5 边界条件253

7.3.6 初始条件253

7.3.7 水文地质模拟元素的梳理及选择模拟软件或自编程序253

7.3.8 模型识别254

7.3.8.1 模型识别两原则254

7.3.8.2 初始条件问题：s0法和P-H0法255

7.3.8.3 模型识别方法及注意问题257

7.3.8.4 “拟合总是不佳”的分析260

7.3.8.5 灵敏度分析262

7.3.8.6 模型检验263

7.4 预测模型若干问题264

7.4.1 概述264

7.4.2 预测的初始条件265

7.4.3 无压流导水系数T的动态设定265

7.4.4 无压流重力给水度的动态设定266

7.4.5 预测模型中“等效参数”的处理266

7.4.6 预测模型边界条件问题267

7.4.7 预测模拟的预测时间问题267

7.4.8 地下水可持续开采量的数值模拟问题271

7.5 关于基岩含水系统建模的特殊问题271

7.5.1 基岩含水系统分层问题271

7.5.2 断层问题272

7.5.2.1 分层问题272

7.5.2.2 格／结点设置问题272

7.5.2.3 剖面上格／结点的设置273

7.5.3 大降深预测模型中裂隙-岩溶介质渗透系数的赋值问题273

7.5.4 岩溶含水系统渗透系数／导水系数的赋值问题275

7.5.5 岩溶泉问题275

7.5.6 热水深观测孔水位的拟合问题276

7.5.7 古近-新近系半胶结的砂质泥岩-粉砂岩可否作为隔水层处理的问题276

7.6 数值模型水文地质勘查等若干问题276

7.6.1 非完整河河床岩性结构渗透系数的获取276

7.6.2 非完整河傍河抽水试验的设置（带观测孔）276

7.6.3 地下水浅埋强蒸发区地形标高数据276

7.6.4 设置“水中蒸发皿”确定水稻田的入渗补给强度277

7.6.5 设置沿河的水位观测站甚至流量观测277

7.6.6 泉口标高的测量277

7.6.7 采用解析方法预先进行模型识别278

7.6.8 水文地质勘查设计书应提出拟建的水文地质概念模型278

7.6.9 抽水试验设计278

7.6.9.1 主井位置的选择278

7.6.9.2 观测孔的布置279

7.6.9.3 抽水试验前水位动态的观测279

7.6.9.4 抽水试验流量设计279

第8章 数值模拟技术报告实例：陕西渭北东部岩溶水开采动态数值模拟研究280

8.1 自然地理及地质-水文地质条件281

8.1.1 自然地理281

8.1.2 地质-水文地质条件283

8.1.2.1 地质概况283

8.1.2.2 水文地质概况284

8.2 模型289

8.2.1 水文地质概念模型289

8.2.1.1 模型的特色和改进289

8.2.1.2 存在主要问题：观测孔水头的温度矫正291

8.2.2 数学模型及改进291

8.2.3 多边形网格有限差分法数值模型292

8.3 模型识别292

8.3.1 基础工作292

8.3.1.1 模拟区范围、边界及模型识别时段292

8.3.1.2 辅助三角形剖分与格点设置294

8.3.1.3 模型识别的基础资料294

8.3.2 原水文地质模型重要校正——古近系—新近系地层弱透水和南部卤泊滩排泄298

8.3.3 水文地质参数的确定298

8.3.3.1 待求的水文地质参数298

8.3.3.2 水文地质参数的确定步骤298

8.3.3.3 参数的确定298

8.3.3.4 拟合曲线和精度分析300

8.3.3.5 模型区等水头线和补、径、排及水均衡情况304

8.4 地下水开采动态预测307

8.4.1 预测方案设计307

8.4.2 地下水开采动态预测分析310

8.4.2.1 水头动态314

8.4.2.2 泉和自流井流量动态316

8.4.3 三种预测方案的等水头线和地下水循环317

8.4.4 三种方案的水均衡分析320

8.5 进展和建议324

8.5.1 本研究在机理、建模和预测等方面的进展324

8.5.1.1 在基本模型和模型分层方面324

8.5.1.2 在水流机理及模拟技术的创新方面324

8.5.1.3 模型识别过程对水文地质条件认识的重要改变（探讨）325

8.5.1.4 模拟预测成果的若干进展325

8.5.2 经验与建议325

主要参考文献327

后语341

作者简介343