Including a random walk particle for the numerical simulation of solute transport in a single fracture tracing method: to establish the conceptual model of the fractured medium, fracture structure is discretized into two-dimensional computational grid, the grid properties include the gap width; establish fractured groundwater flow mathematical model, the calculated simulation of groundwater flow field distribution, compared with experimental observations, simulation of fissure structure close to the true distribution of fracture; for the fracture structure and the corresponding simulation of groundwater flow field distribution simulation, using random walk particle tracking method for solute transport in a single fracture simulation, obtain the solute distribution.
【技术实现步骤摘要】
用于单裂隙中溶质运移数值模拟的随机行走粒子追踪方法
本专利技术涉及裂隙地下水中渗流与溶质运移的数值模拟领域,特别是关于一种用于单裂隙中溶质运移数值模拟的随机行走粒子追踪方法。
技术介绍
含水介质广义上可分为孔隙介质、裂隙介质与岩溶介质。裂隙介质本身是透水性非常微弱的基岩,很多卫生垃圾填埋、放射性核废料处置等地下工程选择裂隙介质作为天然防渗层。随着此类工程的发展,其对地下水的影响受到越来越多的重视,裂隙介质中地下水水流和溶质运移研究也因此成为水环境管理和保护方面一个重要领域。裂隙介质中地下水水流和溶质运移的主要通道是裂隙,相较于孔隙介质,对裂隙介质中地下水水流和溶质运移的数值模拟具有更大的难度。一方面裂隙介质具有强烈的非均质性,从现场获取的裂隙数据很难完整且准确的表达裂隙的真实分布。另一方面,在数值模拟中裂隙表面粗糙度、裂隙的分布和连通性、裂隙与岩体的相互作用等因素都会对地下水水流和溶质运移过程造成影响。通常对于裂隙介质的数值模拟有单裂隙渗流概念模型和裂隙岩体渗流概念模型,后者包括等效连续体模型和离散裂隙网格模型,以及混合模型等。单裂隙渗流概念模型是假设岩体被一条裂隙切割,可将岩体概化成两个表面光滑且平行的平板,平板间隔代表裂隙,间隔大小代表隙宽。研究单裂隙的水力特征是研究岩体裂隙渗流的基础。天然岩体裂隙均为粗糙裂隙,很难满足单裂隙渗流概念模型中光滑平板的假定。考虑裂隙表面粗糙度对裂隙水流的影响,就需要对单裂隙渗流概念模型进行修正。有关裂隙的参数估计是裂隙介质数值模拟的关键,特别是渗透系数,对表征地下水渗流及污染物浓度分布和运移状况至关重要。在裂隙介质溶质运 ...
【技术保护点】
一种用于单裂隙中溶质运移数值模拟的随机行走粒子追踪方法,其特征在于,包括:步骤S1:建立裂隙介质概念模型,将裂隙结构离散成二维计算网格,所述计算网格属性包括隙宽;步骤S2:建立裂隙介质地下水水流数学模型,计算得到模拟地下水水流场分布,并与实验观测值进行对比验证,获得接近裂隙真实分布的模拟裂隙结构;步骤S3:针对所述模拟裂隙结构及其对应的模拟地下水水流场分布,用随机行走粒子追踪方法对单裂隙介质中溶质运移进行模拟,获取溶质的分布。
【技术特征摘要】
2017.01.04 CN 201710005881X1.一种用于单裂隙中溶质运移数值模拟的随机行走粒子追踪方法,其特征在于,包括:步骤S1:建立裂隙介质概念模型,将裂隙结构离散成二维计算网格,所述计算网格属性包括隙宽;步骤S2:建立裂隙介质地下水水流数学模型,计算得到模拟地下水水流场分布,并与实验观测值进行对比验证,获得接近裂隙真实分布的模拟裂隙结构;步骤S3:针对所述模拟裂隙结构及其对应的模拟地下水水流场分布,用随机行走粒子追踪方法对单裂隙介质中溶质运移进行模拟,获取溶质的分布。2.根据权利要求1所述的随机行走粒子追踪方法,其中,步骤S2包括:步骤S201:采用一个密度分布函数来表征所述计算网格的隙宽;步骤S202:计算每个计算网格的渗透率,求解地下水水流方程,获得模拟二维地下水流场分布;步骤S203:以实验观测值对所述模拟二维地下水流场分布进行验证;以及步骤S204:重复步骤S201-S203,选取与实验观察值误差最小的模拟二维地下水流场分布,采用其对应的模拟裂隙结构作为最接近岩体和裂隙的真实分布的模拟裂隙结构。3.根据权利要求2所述的随机行走粒子追踪方法,其中,所述密度分布函数由地质统计学方法获得。4.根据权利要求2所述的随机行走粒子追踪方法,其中,所述渗透率采由下式计算获得:其中k代表渗透率,b代表计算网格的隙宽。5.根据权利要求2所述的随机行走粒子追踪方法,其中,所述地下水水流方程为:其中h为地下水水头,x,y为空间坐标,SS为单位储水量,K为渗透系数,t为时间,渗透系数K与渗透率k的关系为:其中,ρ为水的密度,g为重力加速度,μ为水动力黏度。6.根据权利要求2所述的随机行走...
【专利技术属性】
技术研发人员:孙源媛,苏婧,席北斗,纪丹凤,崔驰飞,朱建超,
申请(专利权)人:中国环境科学研究院,
类型:发明
国别省市:北京,11
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