1.基于尺度提升的含水层溶质运移数值模拟方法,其特征在于,包括:确定地下水渗流—溶质运移耦合数学模型;所述地下水渗流—溶质运移耦合数学模型为:;
其中,为渗透系数;为水头;表示单位时间单位体积流量,即水量源汇项; 为贮水率;为时间;为梯度算子; 为散度算子;
;
其中,为水动力弥散系数;为溶质浓度;为地下水的实际平均流速;表示单位时间单位体积溶质量,即溶质源汇项;
对所述地下水渗流—溶质运移耦合数学模型进行精细尺度网格划分;基于含水层类型和水文地质参数,建立精细尺度网格下的含水层溶质运移模型;所述含水层类型包括孔隙型含水层、裂隙型含水层和岩溶含水层;所述水文地质参数包括渗透系数、孔隙率和贮水率;
在所述精细尺度网格下的含水层溶质运移模型基础上,运用尺度提升方法,建立粗尺度网格下的含水层溶质运移模型;具体的,通过局部细化相应的粗尺度块,并将细化后的单元分配给精细尺度渗透系数场的对应子集,从而定义每个放大区域的精细尺度单元渗透系数值,得到具有对角型张量或全张量形式的等效渗透系数参数场;
粗尺度网格下的含水层溶质运移模型基于流量等效准则来定义等效渗透系数: 基于流量等效准则来定义等效渗透系数:;
其中, 为精细尺度流量; 为粗尺度流量; 为精细尺度水头; 为粗尺度水头;
为精细尺度渗透系数; 为粗尺度渗透系数;表示横截面积;
将精细尺度非均质渗透系数和孔隙度数据导入,并将其分配到精细尺度网格系统中的矩阵中:粗尺度的网格矩阵 为:
;
;
其中, 为粗尺度的网格矩阵; 为x方向上的粗尺度网格数,表示源汇项; 为z方向上的粗尺度网格数; 为放大区域的网格数,B为下标,表示放大区域; 为x方向上放大区域的网格数, 为z方向上放大区域的网格数;N为细尺度网格矩阵; 为x方向上的细尺度网格矩阵; 为z方向上的细尺度网格矩阵;
求解所述粗尺度网格下的含水层溶质运移模型,并通过对求解结果进行对比的方式,通过与精细尺度网格下的含水层溶质运移模型求解结果对比或与实测数据进行对比,对所述粗尺度网格下的含水层溶质运移模型进行校正;利用校正后的粗尺度网格下的含水层溶质运移模型,进行含水层溶质运移模拟预测;
其中,建立等效渗透系数参数场时,将有效介质理论引入到等效渗透系数计算中,尺度提升模型用流量相等以及耗散能等价准则定义。
2.基于尺度提升的含水层溶质运移数值模拟系统,其特征在于,包括:数学模型确定模块,被配置为:确定地下水渗流—溶质运移耦合数学模型;所述地下水渗流—溶质运移耦合数学模型为:;
其中,为渗透系数;为水头;表示单位时间单位体积流量,即水量源汇项; 为贮水率;为时间;为梯度算子; 为散度算子;
;
其中,为水动力弥散系数;为溶质浓度;为地下水的实际平均流速;表示单位时间单位体积溶质量,即溶质源汇项;
精细尺度网格划分模块,被配置为:对所述地下水渗流—溶质运移耦合数学模型进行精细尺度网格划分;基于含水层类型和水文地质参数,建立精细尺度网格下的含水层溶质运移模型;所述含水层类型包括孔隙型含水层、裂隙型含水层和岩溶含水层;所述水文地质参数包括渗透系数、孔隙率和贮水率;
尺度提升模块,被配置为:在所述精细尺度网格下的含水层溶质运移模型基础上,运用尺度提升方法,建立粗尺度网格下的含水层溶质运移模型;具体的,通过局部细化相应的粗尺度块,并将细化后的单元分配给精细尺度渗透系数场的对应子集,从而定义每个放大区域的精细尺度单元渗透系数值,得到具有对角型张量或全张量形式的等效渗透系数参数场;
将精细尺度非均质渗透系数和孔隙度数据导入,并将其分配到精细尺度网格系统中的矩阵中:粗尺度的网格矩阵 为:
;
;
其中, 为粗尺度的网格矩阵; 为x方向上的粗尺度网格数,表示源汇项; 为z方向上的粗尺度网格数; 为放大区域的网格数,B为下标,表示放大区域; 为x方向上放大区域的网格数, 为z方向上放大区域的网格数;N为细尺度网格矩阵; 为x方向上的细尺度网格矩阵; 为z方向上的细尺度网格矩阵;
模型校正模块,被配置为:求解所述粗尺度网格下的含水层溶质运移模型,并通过对求解结果进行对比的方式,通过与精细尺度网格下的含水层溶质运移模型求解结果对比或与实测数据进行对比,对所述粗尺度网格下的含水层溶质运移模型进行校正;基于伽辽金有限元法求解粗尺度网格下的含水层溶质运移模型,包括:利用区域离散化将求解区域划分为若干个有限元,构建有限元网格;定义基函数,用于近似未知向量,得到单元上的局部方程组;根据源汇项和边界条件,将各个单元的局部方程组组成一个整体方程组;通过迭代法或直接解法对方程组进行求解;
模拟预测模块,被配置为:利用校正后的粗尺度网格下的含水层溶质运移模型,进行含水层溶质运移模拟预测;
其中,建立等效渗透系数参数场时,将有效介质理论引入到等效渗透系数计算中,尺度提升模型用流量相等以及耗散能等价准则定义;
其中,粗尺度网格下的含水层溶质运移模型基于流量等效准则来定义等效渗透系数基于流量等效准则来定义等效渗透系数:;
其中, 为精细尺度流量; 为粗尺度流量; 为精细尺度水头; 为粗尺度水头;
为精细尺度渗透系数; 为粗尺度渗透系数;表示横截面积。
3.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现了如权利要求1所述的基于尺度提升的含水层溶质运移数值模拟方法的步骤。
4.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现了如权利要求1所述的基于尺度提升的含水层溶质运移数值模拟方法的步骤。