[發明專利]一種基于正交試驗法的潛流交換影響因素敏感性分析方法

有效

• 申請號: 201810344211.5
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108733888B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 任杰;陳波;王秀平;楊杰;張文兵
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 韓玙

本發明公開了一種基于正交試驗法的潛流交換影響因素敏感性分析方法，具體按照以下步驟實施：首先，基于雷諾平均N?S方程及k?ω紊流模型構建二維沙坡上地表水?地下水交換數學模型，包括二維砂土孔隙水流穩態運動方程，并建立溶質運移模型；然后對地表水?地下水交換數學模型設置邊界條件；最后采用正交試驗方法對地表水?地下水交換數學模型進行求解，以監測域點溶質濃度變化至平衡所消耗的時間作為敏感性分析的評價指標對地表水?地下水交換數學模型和溶質運移模型模型參數敏感性進行分析，本發明解決了現有技術中存在的潛流交換敏感性分析工作量大、實施困難的問題。

技術領域

本發明屬于水利工程技術領域，具體涉及一種基于正交試驗法的潛流交換影響因素敏感性分析方法。

背景技術

在河流地表水與地下水之間存在著一個有物質和能量雙向遷移的的水分飽和沉積物層，被稱之為河流潛流帶，它影響著地表水與地下水之間水分和溶質的交換。潛流交換是河床上覆水體和沉積物層之間溶質、水分、膠體、顆粒等的相互作用。研究表明，潛流交換能引起溶質在河床中的滯留，也能影響溶質在河流中的遷移，對緩沖污染、加快營養物質循環、保護地下水與地表水徑流等具有重要作用，是維持河流生態系統穩定不可缺少的重要活動。因此，認清潛流交換過程及其特點對保護大壩下游河流生態具有重要的理論價值和實際意義。

河流生態系統中潛流交換過程受到包括水位、流速、地形條件、沉積物滲透性等多方面因素的共同影響。傳統的參數敏感性分析通常采用單因素分析法，即選定一個指標值，并使其中一個參數變化，同時假設其他參數保持不變，通過比較基準指標值參數變化關系曲線確定各參數敏感性大小，當試驗的因素和水平較多時，此方法急劇增加了試驗處理的數目，如果還要重復，工作量更大，在實際中難以實施。而正交試驗法在大大減少試驗規模的同時，能探究多因素影響下的潛流交換規律。雖然國內外研究學者對潛流帶和潛流交換過程的研究日趨完善，但通過正交試驗法進行潛流交換影響因素敏感性分析尚未見報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于正交試驗法的潛流交換影響因素敏感性分析方法，解決了現有技術中存在的潛流交換敏感性分析工作量大、實施困難的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種基于正交試驗法的潛流交換影響因素敏感性分析方法，具體按照以下步驟實施：

步驟1、基于雷諾平均N-S方程及k-ω紊流模型構建二維沙坡上地表水-地下水交換數學模型，包括二維砂土孔隙水流穩態運動方程，并建立溶質運移模型；

步驟2、對地表水-地下水交換數學模型設置邊界條件；

步驟3、采用正交試驗方法對地表水-地下水交換數學模型進行求解，以監測域點溶質濃度變化至平衡所消耗的時間作為敏感性分析的評價指標對地表水-地下水交換數學模型和溶質運移模型模型參數敏感性進行分析。

本發明的特點還在于，

步驟1中雷諾平均N-S方程具體如下：

式中：ρ為流體密度；μ為動力粘度；t為時間；U_i、u_i分別為x_i方向上的時均流速和瞬態流速；U_j、u_j分別為x_j方向上的時均流速和瞬態流速；P為時均壓強；S_ij為i、j方向上的應變率；為雷諾應力；

雷諾應力與平均應變率有關，定義為：

式中：ν_t為動渦流粘滯度；δ_ij為克羅內克符號；k為湍流動能；

渦流粘度ν_t在此湍流閉合模式中表示如下：