[发明专利]一种基于等势面的地下水渗流量计算方法

摘要

本发明公开了一种基于等势面的地下水渗流量计算方法，计算步骤如下：（1.1）求解渗流场。用常规的有限元法求解渗流场，求出各单元结点水头值；（1.2）确定等势面的水头值；指定所要确定的等势面的水头值h0；等水头结点构成等势面；（1.3）对于渗流场的任意一个单元或第ie个单元，做以下工作：（1.3.1）判断各结点水头值与h0的关系；本方法为利用有限元求解地下水渗流量问题时的新的方法，优点：直接在等势面上积分，过水剖面与流向垂直，没有分量的干扰，计算精度高。由于通过水头等势面的流量只有一个方向，因此避免了中断面法中不但需要确定水头梯度的方向还要确定面积向量的方向。

主权项

一种基于等势面的地下水渗流量计算方法，其特征在于：计算步骤如下： （1.1）求解渗流场;用常规的有限元法求解渗流场，求出各单元结点水头值；（1.2）确定等势面的水头值；指定所要确定的等势面的水头值h0；等水头结点构成等势面；（1.3）对于渗流场的任意一个单元或第ie个单元，做以下工作：（1.3.1）判断各结点水头值与h0的关系；各结点水头值与h0之间的差值有以下四种情况：①该单元上的所有结点的水头值都大于h0；②该单元上的所有结点的水头值都小于h0；③该单元上的结点的水头值有大于h0的，也有小于h0的；④该单元上的结点的水头值有等于h0的，也有不等于h0的；（1.3.2）内插水头，求出等水头结点；对于（1.3.1）中前两种情况①②，因不可能出现大小为h0的等势面，所以不再计算；而对于（1.3.1）中后两种情况③④，使用内插方法求出值为h0的水头等势面片；单元内等水头结点构成的面片称为等势面片，（1.3.3）求出该单元所有的等水头结点；剔除等水头结点中重复的点，还剩N个点，有六种情况，N的值在1~6之间取值，其中，N=1时只是一个点、N=2时只是一条线，形不成等水头面片，通过流量为零，对流量计算结果没有影响，因此不再处理；当N大于2时，这N个点所构成的空间N边形就是该单元上的水头等势面片；（1.3.4）水头等势面片形成后，当N=4时等势面片是空间四边形，此时依如下步骤处理：（1.3.4.1）此时利用常规空间二维有限元法中的等参单元法，建立局部坐标系：（1.3.4.2）用常规的内插法求出此二维单元积分点即单元内部的高斯积分点在三维单元即第ie个单元中的位置坐标；（1.3.4.3）用常规三维单元的计算方法求出第（1.3.4.2）步中高斯积分点在三维单元中的水力梯度，水力梯度有x、y、z三个方向的分量；（1.3.4.4）用常规二维单元的计算方法求出平面局部坐标系积分点所代表的面积，该面积在整体坐标三个坐标平面中也有x、y、z三个方向的分量；（1.3.4.5）相应的面积分量与水力梯度的分量相乘，相乘后相加求和，其和值即为通过该面片的渗流量；（1.3.5）水头等势面片形成后，当N=3时等势面片是空间三角形，将三角形视为退化的空间四边形，此时可按第（1.3.4）步的方法计算通过该面片的渗流量；（1.3.6）水头等势面片形成后，当N=5时等势面片是空间五边形；连接空间五边形上不相邻的两个点，将此五边形分解为一个四边形和一个三角形；对于四边形，按第（1.3.4）步的方法计算通过该小面片的渗流量；对于三角形，按第（1.3.5）步的方法计算通过该小面片的渗流量；将两者求和，和值即为通过该五边形面片的渗流量；（1.3.7）水头等势面片形成后，当N=6时等势面片是空间六边形；连接空间六边形上间隔两个点的两点，将此六边形分解为两个四边形；对于两个四边形，均按第（1.3.4）步的方法计算通过该小面片的渗流量；将两者求和，其和值即为通过该六边形面片的渗流量；（1.4）对整个渗流域的每一个单元均做第（1.3）步；（1.5）将各面片的流量求和，即可求出经过指定水头等势面的流量；（1.6）重新指定等势面的水头值，重复第（1.2）、（1.3）、（1.4）、（1.5）步，求出经过新指定水头等势面的流量。