面向孔隙地下水流有限元模擬的二維空間離散格網(wǎng)自適應(yīng)生成方法.pdf

1、有限元法（Finite Element Method，簡稱FEM）是孔隙地下水流主要數(shù)值模擬方法，模擬區(qū)域三角形格網(wǎng)空間離散的精度直接影響模擬結(jié)果的正確性?？臻g離散的重要準則之一是:“地下水水力梯度大的模擬區(qū)域，離散格網(wǎng)的密度也較大”。目前，二維孔隙地下水流有限元數(shù)值模擬模型主要采用固定不變的三角形空間離散格網(wǎng)。由于孔隙地下水流的水力梯度直接受地下水開采強度、補給強度與開采時間的影響，屬于動態(tài)變量，不同的模擬時步，水力梯度的空間分布特征

2、也不同。模擬過程中各個時步若仍采用固定不變的三角形空間離散格網(wǎng)，則與孔隙地下水流有限元數(shù)值模擬的空間離散準則不相符。因此需要針對孔隙地下水流有限元數(shù)值模擬特點研究自適應(yīng)離散格網(wǎng)生成方法。主要研究內(nèi)容與方法為:
　　(1)孔隙地下水流有限元模擬的三角形空間離散格網(wǎng)生成方法研究。結(jié)合孔隙地下水流數(shù)值模擬的模擬區(qū)域邊界復(fù)雜、對格網(wǎng)自適應(yīng)要求高的特點，選擇采用邊界適應(yīng)能力以及格網(wǎng)節(jié)點控制能力強的前沿推進法作為有限元格網(wǎng)生成算法。對前沿推進

3、法進行分析前沿邊內(nèi)向推進過程中，形態(tài)特征的變化情況及其對格網(wǎng)單元構(gòu)建過程發(fā)生的影響，將其歸納為不同的情境，通過幾何論證的方法，對每種情境給出相應(yīng)的解決策略，從自動化程度、格網(wǎng)單元質(zhì)量、算法通用性等角度對現(xiàn)有的前沿推進法進行改進，提出適用于孔隙地下水流有限元模擬的三角形空間離散格網(wǎng)生成方法。
　　(2)水文地質(zhì)參數(shù)自動提取方法研究。根據(jù)水文地質(zhì)參數(shù)空間分布特征，將孔隙地下水數(shù)值模擬中涉及的地下水位、導(dǎo)水系統(tǒng)、儲水系數(shù)、越流系數(shù)、地下

4、水開采強度等水文地質(zhì)參數(shù)劃分為“點”、“線”、“面”三類矢量數(shù)據(jù)，利用GIS的空間分析功能，結(jié)合孔隙地下水流有限元模擬的三角形空間離散方法，實現(xiàn)孔隙地下水流數(shù)值模擬參數(shù)的自動提取。
　　(3)隨水力梯度時空變化三角形空間離散格網(wǎng)的自適應(yīng)生成方法研究。結(jié)合模擬區(qū)域孔隙地下水數(shù)值模擬精度要求，對有限元模擬結(jié)果進行誤差估算，將估算出的誤差作為啟發(fā)式參數(shù)，對不滿足精度要求的區(qū)域進行再次剖分，實現(xiàn)離散格網(wǎng)隨水力梯度時空變化的自適應(yīng)生成方法。