【摘要】：斷層“跌水”對(duì)地下水的運(yùn)移和分布影響巨大,該現(xiàn)象的存在使附近地下水流具有不連續(xù)的特征,使地下水?dāng)?shù)值模擬變得復(fù)雜。分析斷層“跌水”的構(gòu)造成因,研究斷層對(duì)地下水分布的影響,模擬斷層附近地下水流動(dòng)特征,對(duì)了解地下水時(shí)空分布規(guī)律,評(píng)價(jià)地下水資源,制定開采方案等具有重大意義。斷層“跌水”問題可歸類為滲流自由面問題,若想得到斷層上游地下水流出量,首先應(yīng)準(zhǔn)確地確定滲流面的位置。由于其位置是預(yù)先未知的,因此無法使用解析法進(jìn)行求解,只能用迭代的方法求取相應(yīng)問題的數(shù)值解。本文從MODFLOW源程序以及Trefftz邊界元法計(jì)算原理入手,充分剖析了MODFLOW程序的計(jì)算原理、方法以及程序?qū)崿F(xiàn)流程,詳細(xì)探討了Trefftz邊界元法的計(jì)算過程以及計(jì)算斷層“跌水”問題的可能性。針對(duì)MODFLOW使用HFB模塊計(jì)算斷層“跌水”時(shí)存在參數(shù)選取具有隨意性、不符合地下水不連續(xù)流動(dòng)特征等問題,利用Trefftz伽遼金法(TGM)開發(fā)了新的處理斷層“跌水”問題的子程序包(FUT)。通過算例計(jì)算,驗(yàn)證了FUT子程序包計(jì)算斷層“跌水”問題的有效性。首先,通過熱傳導(dǎo)算例與河渠間地下水滲流問題的算例,將計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)的解析解和物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了TGM計(jì)算的準(zhǔn)確性。然后使用TGM子程序計(jì)算了定水頭條件下的斷層“跌水”問題,對(duì)比計(jì)算結(jié)果和Dupuit方程,對(duì)Dupuit方程的適用性進(jìn)行了分析。最后使用改進(jìn)后的MODFLOW對(duì)穩(wěn)定流斷層“跌水”算例進(jìn)行求解,并與原版MODFLOW計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,體現(xiàn)了新方法計(jì)算的精確性與穩(wěn)定性;在斷層下游增加開采井并進(jìn)行計(jì)算,分析計(jì)算結(jié)果,發(fā)現(xiàn)斷層下游開采活動(dòng)不會(huì)對(duì)斷層上游水位造成影響,符合斷層“跌水”的不連續(xù)特性。計(jì)算結(jié)果表明,新開發(fā)的FUT子程序包在對(duì)存在斷層“跌水”的地下水?dāng)?shù)值模型進(jìn)行計(jì)算時(shí),具有精度高、計(jì)算量小、收斂性好、更符合其物理性質(zhì)的特點(diǎn),為求解該問題提供了新思路,拓展了MODFLOW的適用范圍。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P641.7

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本文編號(hào)：2570276