基于GIS的地下水流有限元数值模拟自适应空间离散方法研究

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地下水资源是一种宝贵的资源,但是由于不合理或者无计划的开采,造成地下水位下降,由此诱发了一系列环境地质问题,并且日趋严重。地下水资源是当前水资源的一个核心问题,地下水资源的准确评价是合理开发利用地下水资源的关键。地下水流数值模拟是目前地下水资源评价的主要方法。近年来,计算机技术的发展与GIS技术的进步为地下水流数值模拟带来了新方法。   有限元法是当今最成熟、应用最广泛的一种数值分析方法。然而面对越来越复杂的工程与科学问题,有限元法还经常显得力不从心,限制其发挥更大作用的一个重要因素是网格生成问题。   地下水数值模拟过程的一个关键点就是研究区域空间离散的问题,纯粹的人工划分离散区域不仅工作量大,而且精度也不高;采用计算机技术可以自动地替代人工来完成这部分工作。在网格剖分的同时,必须要考虑到网格的疏密,否则单纯的剖分就没有实际意义。   本论文研究的内容主要就是如何根据水力梯度大小不同而采用不同疏密的网格进行研究区域的剖分,其中涉及到三角网格的自动生成、优化等过程。   论文在第一章首先介绍了自适应有限元网格剖分在工程项目中的应用以及地下水数值模拟当前的发展;而后在第二章介绍了通用的有限元网格剖分算法和三角形剖分的优化准则,本论文采用Delaunay 三角剖分算法作为三角剖分的方法以及采用局部优化准则作为三角形网格的优化准则;第三章和第四章主要阐述空间自适应离散剖分的原理以及具体的算法。通过对原始水位值进行克里金插值,而后生成水位值等值线,基于水位等值线进行水力梯度的求解,得到水力梯度分区图,基于不同水力梯度与三角形空间离散单元密度优化对应的数学模型,实现了研究区域的三角剖分,最后基于局部优化准则对生成的三角网格进行优化。第五章对全文作了总结以及展望。   通过自适应网格的剖分,为三角形空间离散网格下模型离散参数自动提取与转换搭建了桥梁,为提高地下水数值模拟的精度与自动化技术的研究提供了探索性思路。
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