三维复杂域非结构化六面体网格全自动生成方法

使用自适应有限单元法在三维复杂域内求解水工及岩土工程问题,讨论了应用行波法在多介质三维复杂块体内六面体单元网格的自动生成过程。其特点是对不规则区域具有较强的适应性,并考虑了节理单元的自动生成。     

基于MODFLOW的岩溶管道水流模拟方法探讨与应用

针对岩溶管道水流特征,选取广西寨底岩溶流域为研究对象,分别采用三维有限差分地下水流动模型(MODFLOW)中的Drain和River模块概化模拟岩溶管道特征,结合管道内上游、中游及下游三个观测孔对比分析两种方法的适用性,结果表明：末期等水位线图中位于管道两侧处流线均有形状突变,符合实际管道水流动态特征,且能模拟出管道内水位变化趋势。最后分析两种方法模拟管道水流的原理,Drain模块中岩溶管道仅起排水作用,不允许管道内水流流向周围含水层,而River模块允许岩溶管道水与周围含水层水流交换,因而相对Drain模块而言,应用River模块概化模拟岩溶管道更加精确。      

基于非结构化网格的2．5D直流电阻率模拟

结合大型通用有限元软件ANSYS所提供的强大网格剖分功能,实现了2D地质模型的非结构化三角形网格剖分,并编写了2.5D直流电阻率有限元法FORTRAN语言计算程序.经计算对比表明,在节点数基本相同时,非结构化三角形网格比传统的矩形网格、矩形～三角形网格具有更高的计算精度,可以很好地拟合复杂地形和地质体边界.在此基础上,采用非结构化三角形网格,计算了起伏地形下2.5D地电模型的视电阻率异常,并利用比较法进行了地形改正.与水平地形时的结果对比表明,比较法可以较好地消除地形影响,突出局部地质体的异常.     

时间域激发极化法非结构化三角网格有限元正演模拟

这里分析了传统网格剖分方式的不足,提出采用非结构化渐变三角网格对求解区域进行离散,采用固定带宽LDLT分解法求解线性方程组。设计了非结构化渐变三角网格自动剖分程序,并针对固定点源测深装置的激发极化2.5维有限元正演模拟程序。通过理论模型试算,验证了程序的正确性与有效性,并对正演模拟的速度和精度进行了初步评价。     

基于非结构化网格的大地电磁2D自适应有限元正演模拟

有限元求解大地电磁正演问题时,对研究区域的剖分常规做法是采用规则化的网格。但规则化网格在剖分地形、断层、褶皱等复杂模型会产生较大的几何离散误差。针对上述情况,这里采用非结构化的四边形网格对二维地电模型进行网格剖分,并与自适应有限元相结合,由剖分的粗网格出发,利用每个频点下网格单元的后验误差估计值指导网格的局部加密,优化网格质量和数量,从而提高正演模拟的精度。通过一维K型地电模型利用本文方法算出数值解与解析解进行对比分析,验证了自适应有限元法在求解大地电磁二维正演模拟中的有效性。并通过对断层、褶皱模型的正演模拟,分析了其大地电磁正演响应特征。     

基于非结构化网格的重力梯度张量反演

由于重力梯度张量是重力位的二阶导数,与传统的重力测量相比,重力梯度张量具有更高的分辨率,并且重力梯度张量具有5个相互独立的分量,包含了更多的地下空间信息和密度信息,因此将重力梯度张量数据应用到反演中可以得到较好的反演结果。非结构化网格具有很强的几何适应性,能够较好地拟合复杂异常体的边界,通过非结构化网格对反演目标区域进行离散,可以降低剖分误差,从而提高计算精度。为了降低反演过程中的多解性问题,将地球物理反问题的广义正则化目标函数应用于基于非结构化网格的三维重力梯度张量反演中,推导了相关公式,实现了各分量的独立反演,并阐述了深度加权函数在反演过程中的作用。为了充分利用重力梯度张量各分量所携带的密度、空间信息,将5个独立的分量进行了联合反演,反演结果表明,基于非结构化网格的三维重力梯度张量反演能够较好地反映地下异常源的物性分布和赋存位置。通过与长方体网格反演结果对比,本反演方法突出了非结构化网格反演的优越性;最后,通过较复杂组合模型的计算证实了方法的实用性。     

基于非结构化网格的瞬变电磁2．5维有限元正演模拟

利用Delaunay三角化这种网格非结构化方法。通过编程实现了二维模型的非结构化三角形网格剖分,并编写了中心回线法瞬变电磁2．5维有限元正演程序。与前人计算结果对比,在取得相同计算精度的情况下,与结构化网格相比,非结构化网格所需网格和节点数量大大减少,计算效率更高。通过将非结构化网格法引入到瞬变电磁2．5维正演模拟中,实现了对复杂二维地电模型的有限元数值模拟,提高了现有有限元算法的应用范围。     

基于MODFLOW参数不确定性的地下水水流数值模拟方法

考虑到模型不确定性引起的地下水数值模拟不确定性对模拟过程的影响,在简要介绍含水层水文地质参数变异性研究进展和地质统计学的基础上,基于常用的确定性地下水流数值模拟软件MODFLOW开发了MODFLOW-Gslib软件,相较于传统的数值模拟方法,将地质统计学与数值模拟结合的方法能够模拟非均质含水层中的参数变异性问题。将MODFLOW-Gslib软件运用于模拟实例中,选择常见的不确定性因素进行模拟,并对其模拟产生的数据进行统计分析,结果表明,软件转化后的参数符合水文地质参数不确定性的相关特征;与原模拟结果进行对比,该软件能够更加真实地刻画含水层参数变异性特征。     

MODFLOW在天津滨海新区地热流体数值模拟中的应用

为了合理开发利用地热资源,本文以天津滨海新区桥沽-看财庄新近系明化镇组地热流体为例,应用Visual MODFLOW软件对明化镇组地热流体进行数值模拟。对模型的识别与检验表明,所建模型能够较好的反映明化镇组地热流体的地下水位动态特征。计算得出明化镇组100年水位接近150 m的地热流体可采资源量为10.7×106m3/a。通过预测按设计开采量进行开采后明化镇组地热流体地下水位的变化趋势,每天新增1000 m3开采量是可行的。     

MODFLOW和FEFLOW在国内地下水数值模拟中的应用

数值模拟是研究地下水资源问题的主要手段。介绍MODFLOW和FEFLOW这两款地下水数值模型在国内地下水模拟中的应用,比较分析二者在基本原理、模型特点、以及应用领域等方面的差异,提出地下水数值模型的发展趋势。     

MODFLOW中两种模拟混合井流问题方法的耦合

对于无(弱)水力联系的多含水层,混合井改变了含水层的结构,通过井筒将无(弱)水力联系的含水层联通。对于大区域井流问题数值模拟,MODFLOW中显式流量分配法和"High Kv in Wellblock"法的假设条件都很难得到满足,将两者耦合起来拓展其适用范围。采用质量守恒定理和Darcy定律计算井网格的平均等效渗透系数,结合显式流量分配法模拟混合井流问题。最后,通过两个典型算例来验证该方法的合理性,其中一个算例是非完整井穿透相邻的两个含水层,另一个算例是完整井穿透两个含水层,且中间有隔水层。将耦合法的计算结果与显式流量分配法对比,结果表明:只有在第一个例子中当水流达到稳定时,两种方法的计算结果几乎相同,且井网格的水头差很小;而其它情况两者的差别很明显,且采用流量分配法计算井网格的水头差大于耦合法计算井网格的水头差。根据Neville等的相关结论可知采用耦合法对于文中的两个例子都比较合理。     

基于非结构化网格的大规模磁测数据正则化反演研究

磁测数据解析正演的内存需求与模型规模、观测点数成正比,以其为依托开展大规模磁测数据反演时,计算成本较大。文章利用非结构化网格有限单元法进行磁测正演,分析了地表观测网格、边界节点数和局部网格密度等因素对正演计算精度的影响;在此基础上,基于灵敏度矩阵隐式存储的高斯-牛顿法求解正则化反演目标函数,实现了大规模磁测数据三维反演。理论模型试算和铀矿区域实测数据案例表明,文章所述方法可保证正演计算的精确度,提高了计算效率、减少了反演的内存消耗,可用于复杂条件下大规模磁测数据的三维反演。     

非结构化地质数据内容存储方法研究

地质工作已迈入大数据时代,但地学信息被记录成的报告、图件等非结构化数据,仍按照较为简单的方式组织归类到一起并存储在文件系统中,形成很多个内部构成复杂的数据集。这种方式不能很好的表达非结构化数据承载的丰富地学信息,也不便表达信息之间的复杂关系,更不利于发现跨数据集存在的深层知识。为尝试解决这个问题,笔者提出了多粒度级别内容树模型和支持演化的数据建模方式。这些特性使得通过模型可以对数据内容进行不同尺度的拆分,对信息的精确定位,还可以使模型根据数据主体需要,拓展主体特征描述的维度,逐步发现数据包含的信息和建立信息与信息之间的关系。考虑到地质大数据的特点,设计了以HBase为核心的数据模型持久化方式,以达到使用大数据技术体系下技术分析处理数据的目的;最后给出了对成果地质数据进行建模的实例,将文档、图件等非结构化数据以内容实体为最小单元进行拆分和重构,达到了较好的内容组织和信息表达效果。     

MODFLOW能模拟地下水混合井流吗?

自然界的含水系统,绝大多数具多层性。对于多层含水系统,为增大出水量,简化施工工序和降低成本,普遍采用混合井开采地下水（例如处于我国干旱半干旱的、普遍开采地下水的华北和西北地区）,甚至利用混合井做抽水试验。不仅如此,还有不少观测孔也是混合的。因此,如何建立混合井的模型,来求取分层水文地质参数、预测各含水层地下水漏斗的发展和各层流量自动分配等——这是地下水资源评价和地质环境保护十分关键的问题,是数十年来人们关注的问题。     

Visual MODFLOW在大庆龙西地区地下水数值模拟中的应用

Visual MODFLOW是综合MODFLOW、MODPATH、MT3D、RT3D和WinPEST等地下水模型而开发的可视化地下水模拟软件，具有水的质点向前、向后示踪流线模拟、任意区域的水均衡、简化数值模拟数据前处理和后处理，将模拟的复杂性降到最小等特点。龙西地区是大庆油田新增水源地，使用Visual MODFLOW在该地区进行了地下水资源的模拟与预报，建立准三维模型，发现PCG2求解方法精确度最高。另外，把随机模型和MODFLOW模型相结合，解决了边界水位在计算中不断变化的问题。按照设计开采量对地下水水位进行预报，根据模型预报结果，水：原地设计开采量是可行的。Visual MODFLOW成功地运用于大庆龙西地区地下水资源的评价，操作简便，预报准确、可靠，说明具有很好的应用和推广前景。     

VISUAL MODFLOW建模应用的探讨--水文地质与水资源评价标准化数值模拟软件交流

VISUAL MODFLOW是国际机构和同行认可的地下水三维水流和溶质模拟评价的可视化专业软件，具有可视化、标准化及自动求参等特点，在世界范围内已广泛应用丁地下水勘察与水资源评价中．根据软件使用的多年体会和认识，笔者对使用该软件建模计算的步骤和水文地质条件进行了总结，并对模型的主要计算成果图表进行了解释，最后指出了软件尚存的缺陷，有助于广大水文地质工作者对该软件的了解和正确使用．     

基于非结构化网格的频率域井地电磁2.5维正演研究

井地电磁方法是将发射源放置在井中,地面测量电磁场,具有精度高、效率高等特点。目前针对这种方法的研究较少,且传统研究方法均基于结构化网格,不符合实际情况,同时现有研究也大多限于直流电井地电法,而实际应用中直流电勘探受限于发电机功率,其勘探深度有限。针对此情况,这里开发了基于非结构化网格的频率域2.5D井地电磁法的正演程序,通过多种模型试算,验证了井地电磁法的有效性和实用性,为进一步研究工作打下了基础。     

三维地层网格剖分方法与应用

针对三维地层表示中散乱点的三角化问题,提出了一种新的剖分算法——环形三角剖分算法．该算法首先在散乱点中心构造初始三角形,并将其3条边作为初始环形路径;然后对环形路径上的每条线段,都在其外围寻找与两端点所成夹角最大的点构造新三角形,并将其纳入环形路径,从而使环形路径不断向外围扩展;重复此扩展过程直到所有散乱点都处于路径范围内．对上述剖分中遗漏的小块区域形成的“空洞”,利用简单多边形的三角剖分方法实现三角化．此算法时问复杂性介于O(n)与O(n^2)之间,其效率体现在：只搜索外围散乱点,减少了夹角计算过程;只对已扩展点进行“空洞”判断,节省了处理时间．将此环形三角剖分算法应用于广东省东深供水改造工程的三维地层构造与分析中,取得了,良好的剖分效果和执行效率,对地层的任意剖切和开挖分析均具有良好的支持．     

基于Visual MODFLOW地下水数值模拟的水源地保护研究

明确地下水运移条件是城市地下水水源地保护的基础。为确保沈阳市某地下水源地的可持续开发,依据沈阳市某地下水水源地的水文地质条件,构建了研究区水文地质概念模型和地下水数值模型,采用Visual MODFLOW软件对模型进行求解,并基于大量监测井水位数据对模型进行参数的识别和验证。依据校正后的数值模型分析了水源地运营后地下水漏斗的范围及水位降深,并对水源地停采后水位恢复状况进行了模拟预报。结果表明：通过模型计算可知,研究区水源地地下水含水层总补给量为62 230 m³/d,总排泄量为63 400 m³/d,均衡差为-1 170 m³/d,多年地下水动态呈负均衡状态;通过对研究区水源地开采2 a、5 a、10 a后承压水状态进行预测,地下水水位分别平均下降6 m、8 m、9 m,形成中心漏斗区,面积分别为54.56 km²、65.04 km²、65.80 km²,开采初期降落漏斗急剧扩张,然后速度逐渐放缓;研究区水源地承压含水层开采对周围流场产生了一定的影响,但这...     

基于Visual MODFLOW的某药厂地下水污染模拟研究

以某药厂作为研究区,应用Visual MODFLOW建立了地下水水流模型和溶质运移模型,模拟了污水池底部防渗破损非正常工况下4种特征污染物运移情况,数值模拟预测污染物的影响范围、超标范围和最大运移距离。由预测结果可知:污染物主要沿水流方向运移,对水环境的影响随时间逐渐增大;在重力的作用下从地表逐步渗入深层,造成局部的地下水环境污染,在计算时间段内,二氯甲烷、CODMn、氨氮和酚的渗漏会对厂区地下水水质造成一定的影响,导致局部地区地下水中的污染物超标,但是20 a的污染物均未扩散至厂界范围以外。