Оценка запасов подземных вод инфильтрационного водозабора - Кусковский В.С.
ISBN 5-7692-0490-7
Скачать (прямая ссылка):
При решении задачи организуется итерационный процесс по нелинейностям уравнения фильтрации и по пространственным координатам. Условием его прекращения является малое различие значений уровней грунтовых вод на двух соседних итерациях или выполнение числа итераций больше предельного, определяемого пользователем.
В программе предусмотрена возможность задания в виде кусочно-постоянного распределения в области моделирования следующих функций:
водопроводимости (коэффициенты фильтрации) и водоотдачи, инфильт-рационного питания и испарения с поверхности грунтовых вод. Для функций, зависящих от времени, изменение во времени задается либо как кусочно-постоянное (инфильтрация), либо как кусочно-линейное (функции напора и потока в граничных условиях).
Изменение водопроводимости и водоотдачи по пространственным узлам определяется матрицей кодировки KM(i, j), в которой записаны номера значений функций, соответствующие узлам сеточной области. Например, узлу (/, J) сопоставляется значение пары (\i{k),M{k)) при к = KM(i, j). Другая матрица кодировки FI{i, j) является общей для инфильтрации и испарения.
Такой подход при реализации вычислительного алгоритма позволил существенно упростить его логику и увеличить скорость расчетов.
Для решения задач солепереноса подземными водами также используется конечно-разностный численный алгоритм. Так как процесс солепереноса не влияет на решение задачи водообмена, то на каждом временном слое задача качества подземных и поверхностных вод отделяется и решается после определения поля скоростей для всех составляющих фильтрационного потока. В качестве начального приближения берутся значения концентраций с предыдущего временного шага. В модели качества подземных и поверхностных вод концентрация солей осредняется по толщине водоносного горизонта (d = #р — Нъ). Для решения задачи солепереноса в грунтовых водах используются неявные консервативные конечно-разностные схемы. Для каждого узла сеточной области записывается локальный баланс солей, отнесенный к соответствующему элементарному прямоугольнику. Для аппроксимации конвективной составляющей применяется противопотоко-вая схема, а при определении вклада обменных процессов в солевой баланс учитывается направление течения водной фазы.
Численные расчеты модельных задач переноса загрязняющей примеси взаимодействующими фильтрационными и русловыми потоками показали высокую эффективность предложенного вычислительного алгоритма.
6.6. ОПИСАНИЕ ПАКЕТА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ГЕОФИЛЬТРАЦИИ
Программная реализация компьютерной модели геофильтрации выполнена на основе языка C++ в среде Windows. Ввод исходной информации и расчетных параметров задачи осуществляется в диалоговом режиме. Предусмотрена возможность графической интерпретации карт распределения гидрогеологических параметров в области моделирования и результатов расчетов. При численных расчетах конечно-разностным методом использовались неявные консервативные разностные схемы, которые решались методом прогонки (§ 6.3).
Данный пакет программ позволяет решать двумерные задачи плановой (напорной и безнапорной) фильтрации при изменении граничных условий (1—3-го рода) во времени и неоднородном распределении гидрогеологических параметров в пространстве. Инфильтрация и испарение с поверхности грунтовых вод могут также меняться во времени. Возможно моделирование фильтрации в двух взаимодействующих водоносных горизон-44
тах, при этом скважины могут откачивать воду из верхнего и нижнего пластов.
Максимальный размер сеточной области моделирования 100 х 100 узлов. Максимальное число различных значений параметров матрицы кодировки и инфильтрации достигает 40 значений для каждой группы. Строка Help позволяет пользователю получать справку о вводимых параметрах.
Введенные данные и результаты расчетов записываются в файлы. После изменения данных расчеты могут быть продолжены с использованием уже полученных результатов. Разработанный пакет программ дает возможность пользователю достаточно просто осуществлять ввод данных задачи и проводить многовариантные расчеты.
Рассмотрим основные этапы работы в пакете. Вначале вводится таблица основных параметров задачи (рис. 14), определяющих размеры области моделирования, пространственные шаги, тип задачи и условия изменения граничных данных и инфильтрации во времени. На основе этой информации генерируется разностная сетка, и на сеточном прямоугольнике пользователь вводит границу области моделирования (рис. 15), задавая тип граничных точек и значения граничных параметров (уровни или расходные характеристики). Возможность ввода целых кусков однотипных участков границы и интерполяции значений граничных параметров позволяет максимально ускорить данный этап работы. Далее программа выделяет внутренность области (рис. 16), и пользователь вводит внутренние граничные точки, соответствующие скважинам, водотокам и т.п. Впоследствии при редактировании данных положение граничных точек и значения параметров, соответствующих им, можно изменять. На основе информации о геометрии области формируется матрица управления процессом расчета. Далее вводятся таблицы значений гидрогеологических параметров (рис. 17). На схеме области моделирования пользователь “раскрашивает” карту их распределения (рис. 18). Номер цвета соответствует номеру группы параметров в таблице значений. На основе этих карт программа формирует матрицы кодировок, используемые при решении задачи.
