[發明專利]一種基于等勢面的地下水滲流量計算方法

有效

• 申請號: 201110006443.8
• 申請日: 2011-01-13
• 公開（公告）號: CN102063577A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 李斌;景來紅;宋海亭;宋志宇
• 申請（專利權）人: 黃河勘測規劃設計有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新

1.一種基于等勢面的地下水滲流量計算方法，其特征在于：

計算步驟如下：?

（1.1）求解滲流場;

用常規的有限元法求解滲流場，求出各單元結點水頭值；

（1.2）確定等勢面的水頭值；指定所要確定的等勢面的水頭值h0；等水頭結點構成等勢面；

（1.3）對于滲流場的任意一個單元或第ie個單元，做以下工作：

（1.3.1）判斷各結點水頭值與h0的關系；

各結點水頭值與h0之間的差值有以下四種情況：

①該單元上的所有結點的水頭值都大于h0；

②該單元上的所有結點的水頭值都小于h0；

③該單元上的結點的水頭值有大于h0的，也有小于h0的；

④該單元上的結點的水頭值有等于h0的，也有不等于h0的；

（1.3.2）內插水頭，求出等水頭結點；

對于（1.3.1）中前兩種情況①②，因不可能出現大小為h0的等勢面，所以不再計算；

而對于（1.3.1）中后兩種情況③④，使用內插方法求出值為h0的水頭等勢面片；單元內等水頭結點構成的面片稱為等勢面片，

（1.3.3）求出該單元所有的等水頭結點；剔除等水頭結點中重復的點，還剩N個點，有六種情況，N的值在1~6之間取值，

其中，N=1時只是一個點、N=2時只是一條線，形不成等水頭面片，通過流量為零，對流量計算結果沒有影響，因此不再處理；

當N大于2時，這N個點所構成的空間N邊形就是該單元上的水頭等勢面片；

（1.3.4）水頭等勢面片形成后，當N=4時等勢面片是空間四邊形，此時依如下步驟處理：

（1.3.4.1）此時利用常規空間二維有限元法中的等參單元法，建立局部坐標系：

（1.3.4.2）用常規的內插法求出此二維單元積分點即單元內部的高斯積分點在三維單元即第ie個單元中的位置坐標；

（1.3.4.3）用常規三維單元的計算方法求出第（1.3.4.2）步中高斯積分點在三維單元中的水力梯度，水力梯度有x、y、z三個方向的分量；

（1.3.4.4）用常規二維單元的計算方法求出平面局部坐標系積分點所代表的面積，該面積在整體坐標三個坐標平面中也有x、y、z三個方向的分量；

（1.3.4.5）相應的面積分量與水力梯度的分量相乘，相乘后相加求和，其和值即為通過該面片的滲流量；

（1.3.5）水頭等勢面片形成后，當N=3時等勢面片是空間三角形，將三角形視為退化的空間四邊形，此時可按第（1.3.4）步的方法計算通過該面片的滲流量；

（1.3.6）水頭等勢面片形成后，當N=5時等勢面片是空間五邊形；

連接空間五邊形上不相鄰的兩個點，將此五邊形分解為一個四邊形和一個三角形；

對于四邊形，按第（1.3.4）步的方法計算通過該小面片的滲流量；

對于三角形，按第（1.3.5）步的方法計算通過該小面片的滲流量；

將兩者求和，和值即為通過該五邊形面片的滲流量；

（1.3.7）水頭等勢面片形成后，當N=6時等勢面片是空間六邊形；

連接空間六邊形上間隔兩個點的兩點，將此六邊形分解為兩個四邊形；

對于兩個四邊形，均按第（1.3.4）步的方法計算通過該小面片的滲流量；

將兩者求和，其和值即為通過該六邊形面片的滲流量；

（1.4）對整個滲流域的每一個單元均做第（1.3）步；

（1.5）將各面片的流量求和，即可求出經過指定水頭等勢面的流量；

（1.6）重新指定等勢面的水頭值，重復第（1.2）、（1.3）、（1.4）、（1.5）步，求出經過新指定水頭等勢面的流量。

2.根據權利要求1所述的基于等勢面的地下水滲流量計算方法，其特征在于：

所述第（1.3.2）中的內插方法的步驟為：

（1.3.2.1）取單元的任意一條邊Li為對象，判斷該邊上各結點水頭值與h0的關系，會出現以下五種情況：

（1.3.2.1.?a）該邊上的兩個結點的水頭值都大于h0，不再計算；

（1.3.2.1.?b)?該邊上的兩個結點的水頭值都小于h0，不再計算；

（1.3.2.1.?c)?該邊上的兩個結點的水頭值一個大于h0，一個小于h0，則根據坐標和水頭關系內插出水頭值為h0的點的位置；

設定兩個結點的坐標分別為(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)，水頭分別為h1和h2，則所求水頭值為h0的點的坐標(x,y,z)可由下式求出：

x=x1+(x2-x1)/(h1-h2)×(h1-h0)

y=y1+(y2-y1)/(h1-h2)×(h1-h0)

z=z1+(z2-z1)/(h1-h2)×(h1-h0)

（1.3.2.1.?d)?該邊上的兩個結點的水頭值一個等于h0，一個不等于h0，則(x,y,z)的值就取等于h0的結點的坐標；

（1.3.2.1.?e)?該邊上的兩個結點的水頭值都等于h0，則兩個結點都是等水頭結點；

（1.3.2.2）?重復第（1.3.2.1）步，對單元的各條邊進行循環，判斷每一條邊是否存在等水頭結點，若有則求出等水頭結點，將各邊循環完后，求出該單元所有的等水頭結點。