[發明專利]基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬方法

有效

• 申請號: 201810132933.4
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108399290B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 王晉麗;陳喜;常彥偉;張志才;康建榮;程勤波
• 申請（專利權）人: 河海大學;江蘇師范大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬方法，其特征在于：包括如下步驟：

(1)建立二維裂隙網絡：通過Monte Carlo隨機模擬技術和Matlab程序生成二維裂隙網絡，包括裂隙網絡原圖、一級裁剪連通圖、二級裁剪連通圖和三級裁剪連通圖；

(2)DFN滲流模擬：利用立方定律求解Navier-Stokes方程并計算滲流，包括對完全飽和的、單相的、不可壓縮的層流的滲流參數求解，其計算表達式如下：

其中，ΔH為裂隙端點的水頭差；

(3)SC滲流模擬：將長度為l、導水系數為T_f的裂隙畫到一個x-y的二維平面，使用地下水流數值模擬軟件MODFLOW計算滲流；

(4)DFN和SC滲流分析：以DFN滲流作為度量標準，分析不同網格分辨率對SC滲流的影響；

所述步驟(3)具體步驟如下：

(31)將走向為x方向或y方向的裂隙畫到單元格大小為Δ的有限差分網格上，該裂隙穿過每一個單元格的x方向或y方向的滲透系數估計為T_f/Δ；

(32)將基于裂隙與網格單元格的對齊方式將裂隙分為兩種類型，分別為類型I和類型II，所述的類型I裂隙為經過單元格兩個相對的面進出單元格，所述的類型II裂隙指經過單元格并不相對的兩個面進出單元格；

(33)如果在某個單元格僅有類型II的一條裂隙，其滲透系數K_MODFLOW分配到水平和垂直兩個方向，如果在同一單元格里有多條類型II的裂隙，則類型II裂隙的K_MODFLOW平分到水平和垂直兩個方向，然后每個方向的滲透系數相加，因此為每個單元格計算出不同的各向異性比率。

2.根據權利要求1所述的基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬方法，其特征在于：所述的步驟(1)具體步驟如下：

(11)確定跡線參數：所述的參數包括裂隙中心點(x₀，y₀)、跡線長度l和跡線方向θ，建立跡線端點坐標(x，y)，所述的跡線端點坐標為：

端點在Matlab程序中坐標如下：

x(1,:)＝p(1,:)+p(3,:)/2.*cos(p(4,:))

x(2,:)＝p(1,:)-p(3,:)/2.*cos(p(4,:))

y(1,:)＝p(2,:)+p(3,:)/2.*sin(p(4,:))

y(2,:)＝p(2,:)-p(3,:)/2.*sin(p(4,:))

其中，p(1,:)、p(2,:)表示跡線中心點的坐標，p(3,:)表示跡線長，p(4,:)表示跡線方向；

(12)生成二維裂隙網絡的原圖和一級裁剪連通圖：對裂隙的跡線參數應用MonteCarlo隨機模擬技術和Matlab程序生成二維裂隙網絡原圖，然后通過無向圖的鄰接矩陣建立二維裂隙網絡的數據結構，利用遞歸算法搜索出所有貫通左右邊界的路徑，提取出主干網為一級裁剪連通圖；

(13)生成二維裂隙網絡的二級裁剪連通圖：利用樹裁剪算法刪除一級裁剪連通圖中只有單個交點的裂隙，重復進行直到主干網上所有的裂隙至少有2個交點，得到二級裁剪連通圖；

(14)生成二維裂隙網絡的三級裁剪連通圖：刪除二級裁剪連通圖的裂隙死端，得到三級裁剪連通圖。

3.根據權利要求1所述的基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬方法，其特征在于：步驟(2)具體步驟如下：

(21)對于完全飽和的、單相的、不可壓縮的層流，通過立方定律求解Navier-Stokes方程，其計算表達式如下：

式中：Q為單寬流量(m³/s/m)；μ為流體的動力粘滯系數(N·s/m²)；b為兩個平行板間的距離或裂隙孔徑(m)，為水力梯度；

(22)對于交叉裂隙水流運動，其節點j質量守恒方程為：

則

式中，C_ij為節點i與j之間水力傳導率，ΔH_ij＝H_i-H_j，其中H_i、H_j分別為節點i和節點j的水頭(m)。

4.根據權利要求1所述的基于裂隙網絡連通性的裂隙流的MODFLOW模擬方法，其特征在于：所述的步驟(4)以DFN滲流作為度量標準，包括利用二維裂隙網絡的三級裁剪連通圖進一步細化裂隙網格，進行不同網格分辨率的SC滲流計算和參數分析。