一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法及其设备、存储介质技术

本发明专利技术涉及水资源核算技术领域，具体是一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法及其设备、存储介质，方法包括：步骤一：构建三维裂隙网络，输入该网络的变量；步骤二：设定该网络的节点水头数值和裂隙流量数值，将节点水头数值和裂隙流量数值输入程序求得雷诺数数值；步骤三：依据雷诺数数值代入方程，计算得到新的节点水头和裂隙流量；步骤四：利用牛顿

【技术实现步骤摘要】
一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法及其设备、存储介质


[0001]本专利技术涉及水资源核算
，具体是一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法及其设备、存储介质。

技术介绍

[0002]当前，我国水资源时空分布不均匀，水资源人均占有率在国际上仍处于较低水平，地下水保护形势较为严峻。由于现有技术还不够成熟，目前石油开采及城市地表水过度污染等引起的一系列地下水环境问题较为突出。因此，保护我国地下水资源，科学合理开发利用现有地下水资源显得尤为重要。动态分析裂隙岩体中的地下水流动，探明地下水的时空变化趋势，对我国地下水污染防治，地下水资源管理等方面具有重要意义。
[0003]现有的地下水裂隙流量计算方法大多局限于二维裂隙网络，且往往将裂隙网络中的地下水流动全部假设为层流流动或湍流流动进行模拟，这会带来极大地误差，对后续地下水污染防治及地下水资源保护等带来一定影响。由于真实的裂隙地下水往往包含层流和湍流两种状态，因此亟需开发一种能够自动识别裂隙地下水真实流动状态，并根据不同计算方法进行裂隙流量计算的程序，对未来地下水资源保护具有重要影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法及其设备、存储介质，可以有效解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为解决上述问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]步骤一：构建三维裂隙网络，输入该网络的变量；
[0007]步骤二：设定该网络的节点水头数值和裂隙流量数值，将节点水头数值和裂隙流量数值输入雷诺数计算公式求得雷诺数数值；
[0008]步骤三：依据雷诺数数值代入方程，计算得到新的节点水头数值和裂隙流量数值；
[0009]步骤四：利用牛顿
‑
拉夫森迭代法进行迭代计算，分别求得节点水头和裂隙流量的差值；
[0010]步骤五：若节点水头和裂隙流量的差值均小于10
‑5，则输出最后的节点水头和裂隙流量值
[0011]步骤六：若节点水头和裂隙流量的差值均大于等于10
‑5，则进行步骤二。
[0012]优选的，所述步骤一三维裂隙网络的变量包括左端水头、右端水头、水动力粘度、水密度、裂隙宽度和重力加速度。
[0013]优选的，所述节点水头数值和裂隙流量数值为假设的任意值。
[0014]优选的，所述步骤二雷诺数数值若小于等于2300，则代入层流方程；雷诺数数值若大于2300，则代入湍流方程。
[0015]优选的，所述层流方程为：
[0016][0017]其中，ρ为水密度，g为重力加速度，D
i
‑
j
为裂隙中节点i和j的水力半径，μ为水的动态黏度，h
i
为i节点的水头，h
j
为j节点的水头，ΔL
i
‑
j
为节点i和j的裂隙长度。
[0018]优选的，所述湍流方程为：
[0019][0020]其中，g为重力加速度，D为水力半径，
△
h为节点水头差，
△
L为裂隙长度差，ε为粗糙度，μ为水的动态黏度，ρ为水密度。
[0021]一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的计算地下水裂隙流量的三维模型方法的步骤。
[0022]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的计算地下水裂隙流量的三维模型方法的步骤。
[0023]与现有技术相比，本专利技术提供了一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法及其设备、存储介质，具备以下有益效果：
[0024]1、本专利技术通过多次代入不同的节点水头数值和裂隙流量数值，以及在不同规格的三维离散网络模型中进行模拟计算，以代入合适的方程中计算，相较于传统的二维离散裂隙网络和单一地完全使用层流方程或湍流方程模拟地下水流动，采用本方法计算得到的结果更加准确与高效；
[0025]2、本专利技术也可应用于二维裂隙网络流量中，通过调整程序特定参数，也可快速得到计算结果，因而该方法也具有广泛的适用性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术计算地下水裂隙流量的三维模型方法的流程图；
[0027]图2为本专利技术规则三维裂隙网络模拟的地下水层流流动示意图；
[0028]图3为本专利技术规则三维裂隙网络模拟的地下水湍流流动示意图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0030]本专利技术提供一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0031]步骤一：构建三维裂隙网络，输入该网络的变量；
[0032]步骤二：设定该网络的节点水头数值和裂隙流量数值，将节点水头数值和裂隙流量数值输入雷诺数计算公式求得雷诺数数值；
[0033]步骤三：依据雷诺数数值代入方程，计算得到新的节点水头数值和裂隙流量数值；
[0034]步骤四：利用牛顿
‑
拉夫森迭代法进行迭代计算，分别求得节点水头和裂隙流量的差值；
[0035]步骤五：若节点水头和裂隙流量的差值均小于10
‑5，则输出最后的节点水头和裂隙流量值
[0036]步骤六：若节点水头和裂隙流量的差值均大于等于10
‑5，则进行步骤二。
[0037]优选的，所述步骤一三维裂隙网络的变量包括左端水头(h
u
)、右端水头(h
d
)、水动态黏度(μ)、水密度(ρ)、裂隙宽度(b)和重力加速度(g)，变量值为根据不同裂隙岩的特性查找相关资料得到。其中，h
i
为节点水头数值，Q
i
为裂隙流量数值。
[0038]优选的，所述节点水头数值和裂隙流量数值可以为假设的任意值。
[0039]优选的，所述步骤二雷诺数数值若小于等于2300，则代入层流方程；雷诺数数值若大于2300，则代入湍流方程。
[0040]优选的，所述层流方程为：
[0041][0042]其中，ρ为水密度，g为重力加速度，D
i
‑
j
为裂隙中节点i和j的水力半径，μ为水的动态黏度，h
i
为i节点的水头，h
j
为j节点的水头，ΔL
i
‑
j
为节点i和j的裂隙长度。
[0043]优选的，所述湍流方程为：
[0044][0045]其中，g为重力加速度，D为水力半径，
△
h为节点水头差，
△
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：构建三维裂隙网络，输入该网络的变量；步骤二：设定该网络的节点水头数值和裂隙流量数值，将节点水头数值和裂隙流量数值输入雷诺数计算公式求得雷诺数数值；步骤三：依据雷诺数数值代入方程，计算得到新的节点水头数值和裂隙流量数值；步骤四：利用牛顿
‑
拉夫森迭代法进行迭代计算，分别求得节点水头和裂隙流量的差值；步骤五：若节点水头和裂隙流量的差值均小于10
‑5，则输出最后的节点水头和裂隙流量值步骤六：若节点水头和裂隙流量的差值均大于等于10
‑5，则进行步骤二。2.根据权利要求1所述的一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法，其特征在于，所述步骤一三维裂隙网络的变量包括左端水头、右端水头、水动力粘度、水密度、裂隙宽度和重力加速度。3.根据权利要求1所述的一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法，其特征在于，所述节点水头数值和裂隙流量数值为假设的任意值。4.根据权利要求1所述的一种计算地下水裂隙流量的三维模型方法，其特征在于，所述步骤二雷诺数数值若小...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶钧实，方宏，雷育涛，丘锦荣，蔡倩怡，曾经文，林晓君，
申请(专利权)人：生态环境部华南环境科学研究所生态环境部生态环境应急研究所，
类型：发明
国别省市：