水文数值计算复习题2012 (2)

复习题

1. 基本概念

含水层：能透过并给出相当数量水的岩层

隔水层：不能透过并给出水，或者透过但是给出的水微不足道的岩层

潜水：饱水带中第一个具有自由表面的含水层中的水

承压水：充满于两个隔水层（弱透水层）之间的含水层的水

渗透流速：为地下水实际流速与岩石孔隙度的乘积，即地下水在通过断面的孔隙时的速度

渗透系数：水力坡度等于一时的渗透流速

导水系数：水力坡度等于一时的通过整个含水层厚度上的单宽流量

给水度：地下水下降一个单位深度时，从地下水位延伸到地表面的单位水平面积的岩石柱体，在重力作用下所释放出的水的体积

贮水率：当水头下降（上升）一个单位时，由于含水层骨架压缩（膨胀）和水的压缩（膨胀）而从单位体积含水层中弹性释放或储存的水量贮水系数：面积为一单位面积，厚度为含水层全厚度M的含水层柱体中当水头下降一个单位时，弹性释放和储存的水量

越流系数：表征弱透水层垂直方向上传导越流水量能力的参数。指弱透水层上下含水层之间的水头差为一个单位时，垂直渗透水流通过弱透水层与含水层单位界面的流量。相当于弱透水层的渗透系数与厚度之比。

地下水的补给：通过降水灌溉、地下径流、渠道或河道渗漏等多种途径对地下水量的补给，即含水层或者含水系统从外界获得水量的过程

地下水的排泄：含水层或含水系统失去水量的过程，泉水溢出、直接向地表水泄流和蒸发，及人工排泄。

地下水动态：在自然和人为因素影响下，含水层各要素（如水位、水量、化学成分、水温等）随时间的变化称为地下水动态

地下水均衡：指一定区域一定时段内地下水输入补给量、输出排泄水量与蓄水变量之间的数量平衡关系。多数下指地下水的水量和盐分在收支方面的数量关系。

孔隙水：赋存在松散岩石颗粒构成的孔隙网络之中的地下水

裂隙水：赋存在坚硬岩石裂隙中的地下水

岩溶水：赋存并运移在可溶性岩层的溶蚀裂隙和洞穴中的地下水

均质含水层：渗流场中所有点都具有相同的渗透系数

非均质含水层：神流畅中不同点具有不同的渗流系数

各向同性介质：渗流场中某一个点在各个渗流方向上具有相同的渗透系数。

越流：当承压含水层与相邻含水层之间存在水头差时，地下水便会从高水头含水层通过弱透水层流向低水头含水层，这种现象称为越流，对指定含水层来说可能流入也可能流出

数学模型：一个或一组数学方程与其定解条件加在一起，构成一个描述某实际问题的数学模型

初始条件：在某一个初始时刻（T=0）渗流去内水头h的分布情况

第一类边界条件：定水头边界条件，在某一部分边界上，各点在某一时刻的水头都是已知的。

第二类边界条件：定流量边界条件，某一部分边界面积上，流入（流出）的量Q是已知的

2. 水文地质条件包括哪些方面？

地下水埋藏分布，补给，排泄、径流条件、水质和水量及其形成地质条件的总称，地下水的存在形式、含水层的厚度、矿化度、硬度、水温及水的流动状态。

3. 利用等水位线图能够定量或定性确定哪些内容？

潜水面的形状、潜水流向、潜水水力梯度、潜水埋藏、潜水与地表水关系、分析判断含水层透水性及厚度变化、合理布置给排水工程

4. 解析法有那些局限性？

1）难以适应复杂的水文地质几何边界

2）难以描述含水层的非均质性

3）难以处理含水层中的线状补给和局部的面状补给

4）难以克服含水层中不同地段的各向异性

5. 叙述数值法的基本思想？

1）将空间域和时间域进行离散化

2）在离散化的每个结点上，将微分方程转化为代数方程

3）解线性方程组，得到每一个结点的水位

6. 叙述离散化方法求解数学模型的步骤？

1）将研究的空间域和时间域离散化

2）离散化后将每一个大区域转化为小区域，每一个小区域是一个均衡域，在每一个均衡域上定义一个特征点，这个点上的的物理量为小单元的代表值。

3）建立内节点之间的各物理量的代数方程

4）建立边界节点与内结点之间各物理量的代数方程

5）解方程组得到各点的水头值H

6）若计算下一刻的水头，重复上述步骤

7. 数值法的适用条件有那些？

8. 数值法有那些的特点？

1）首先，要求计算者对研究区域的水文地质条件非常熟悉，掌握研究区内的地质结构，含水层结构

2）需要大量的数据和资料，包括地质结构，含水层参数，各类均衡项随时空变化的数据和资料。

3）对于不连续地下水系数管道流（岩溶暗河系统），不适宜用目前的数值模型进行模拟。

4）对研究者的素质要求较高。5）耗费时间长，一般需要半年时间。6）相对资金投入大7）能解决解析法不能解决的问题

9. 规则网格差分法有那些的特点？

1）建立有限差分法方程时物理量概念清楚，计算简单编制计算程序容易2）有现成的软件，有processing modflow和visual modflow

3）拟合自然边界及非均质界线时显得不够灵活

4）在需要进行网格加密的地区进行网格加密时，会使那些不需要加密的地区也进行了加密，增加了计算工作量

10. 不规则网格差分法有那些的特点？

11. 不规则网格剖分时应注意哪八个方面？

1）点元必须是具有公共线元和面元的特点

2）面元的任一内角不应大于九十度及小于三十度

3）剖分时点元的密度可根据在某些地区的需要灵活选择，如在漏斗中心及地下水流场变化比较复杂地段要密

4）点元和面元均要编号

5）点元编号时，不必分内节点与第二边界点，自小到大依次编号，编完之后再编第一类边界点元的号

6）编号时，第一类边界与第二类边界的交界点要取第一类边界点元

7）渗流区域内的各种界线及自然边界均可用线元构成的折线逼近如非均值界线，承压水与潜水分界线

8）渗流区域内的抽水孔不一定要求与点元重合，但是渗流区域内的观测孔应尽量与点元重合

12. “模型参数”不是含水层的真实参数，它包含哪几方面误差？

1）地下水流系统区域几何形状的概化

2）边界性质的概化与初始流场的模拟

3）参数性质的概化（二维流、三维流）

4）地下水流状态的概化

13. 广义的含水层系统识别包括哪几方面？

1）水文地质参数。I、K、u、u*、B

2）源汇项：降水入渗系数，蒸发量，渠系灌溉回归系数，井灌溉回归系数以及对应的各量

3）定解条件：二类边界的单宽流量

4）上述三种情况的不同组合

14. 写出单层承压含水层地下水非稳定流微分方程与定解条件的一般表达式，并注释各符号所代表的含义。

15. 写出同时具有一类和二类边界，非均质各向同性介质，地下水二维非稳定流的承压水数学模型。