HydroGeoSphere/多孔介质（饱和）

默认多孔介质饱和流动特性

HydroGeoSphere旨在执行饱和模式下的流动模拟，除非另有指示，并且除非您修改默认值，否则域中的所有区域（和单元）都将分配默认的多孔介质属性，这些属性列在表5.5中。这些值代表沙子。

请注意，水力传导率张量($K$在公式2.2中）的默认状态是它是各向同性的，并且所有非对角线项都为零。

表5.5：多孔介质饱和流动特性的默认值

参数	值	单位
名称	默认沙子	-
水力传导率项	-	-
$K_{xx}$	7.438 × 10−5	m s−1
$K_{yy}$	7.438 × 10−5	m s−1
$K_{zz}$	7.438 × 10−5	m s−1
$K_{xy}$	0.0	m s−1
$K_{xz}$	0.0	m s−1
$K_{yz}$	0.0	m s−1
储水系数 $S_{s}$	1.0 × 10−4	m−1
孔隙度 ${\theta }$s	0.375	-
泊松比 ${\nu }$*	0.3	-
固体压缩性 ${\gamma }$s	0.0	kg−1 m s2
加载效率 ${\zeta }$	1.0	-
非饱和流动关系类型	拟土壤	-

• • •

通用多孔介质布局

您可以使用第5.8.1节中概述的通用方法和说明来修改饱和多孔介质属性的默认分布。通用多孔介质布局显示如下指令

    use domain type
    porous media

    properties file
        {props_file_name.mprops}

    clear chosen nodes/elements/segments/faces/faces by nodes/zones
        {choose nodes/elements/segments/faces/faces by nodes/zones}
        {choose_description}

    new zone
        {zone_type}

    clear chosen zones
    choose zone number
        {num_zone} ! same as {zone_type}

    read properties
        {mat_name}

请注意，此处提供的每个指令都有一个关联的操作范围。例如，有些只能在前缀中使用.grok文件，在这种情况下，它们将影响当前选定的区域或单元集。其他指令只能在多孔介质属性（.mprops)文件中使用，在这种情况下，它们仅影响其所属的命名材料。最后，某些指令可以在两种类型的文件中使用，在这种情况下，它们的行为将如上所述，并将取决于文件类型（即前缀.grok或.mprops)它们所在的位置。用户理解这种行为非常重要，并且每个指令的作用域将在下面介绍和讨论时明确指出。

• • •

各向同性K

范围：.grok .mprops

1. kval 水力传导率 [L T⁻¹]。

分配各向同性水力传导率（即 $K_{xx}$ = $K_{yy}$ = $K_{zz}$）。

• • •

各向异性K

范围：.grok .mprops

1. kvalx, kvaly, kvalz 分别沿x、y和z方向的水力传导率 [L T⁻¹]。

分配各向异性水力传导率。

• • •

张量K

范围：.grok .mprops

1. valx, valy, valz 水力传导率张量$K_{xx}$, $K_{yy}$ 和 $K_{zz}$ 的主对角线项 [L T⁻¹]。
2. valxy, valxz, valyz 水力传导率张量$K_{xy}$, $K_{xz}$ 和 $K_{yz}$ 的非对角线项 [L T⁻¹]。

分配包含非对角线项的水力传导率。请注意，此选项仅在HydroGeoSphere以有限元模式运行时才有效，因此此开关将自动设置。

• • •

特比储量

范围：.grok .mprops

1. val 特比储量 [L⁻¹]，公式 2.10 中的 $S_{s}$。

• • •

孔隙度

范围：.grok .mprops

1. val 孔隙度 [L³ L⁻³]，公式 2.1 中的 ${\theta }_{s}$。

• • •

泊松比

范围：.grok .mprops

1. val 泊松比 [无量纲]，公式 2.28b 中的 ${\nu }^{\ast }$。

• • •

加载效率

范围：.grok .mprops

1. val 加载效率 [无量纲]，公式 2.28b 中的 ${\zeta }^{\ast }$。

• • •

计算加载效率

范围：.grok .mprops

如果希望预处理器根据公式 2.28b 计算加载效率 [无量纲]，则应在输入文件中包含此命令。在这种情况下，将使用当前介质的泊松比以及固体和水的压缩率的值。多孔介质压缩率将根据特比储量计算得出。如果不包含此命令，则使用默认或用户定义的加载效率值。

• • •

固体压缩率

范围：.grok .mprops

1. val 固体压缩率 [L T² M⁻¹]，$K_{s}$，见公式 2.22。

• • •

单元 K 各向同性

范围：.grok

1. kval 水力传导率 [L T⁻¹]。

选定的单元被赋予各向同性的水力传导率（即 $K_{xx}$ = $K_{yy}$ = $K_{zz}$）。

• • •

单元 K 各向异性

范围：.grok

1. kvalx, kvaly, kvalz 分别沿x、y和z方向的水力传导率 [L T⁻¹]。

选定的单元被赋予各向异性的水力传导率。

• • •

从文件读取单元 k

范围：.grok

1. input_k_file_name 包含用户提供的变量 $K$ 数据的文件名。

• • •

此文件应包含以下输入数据

1. element_number, kxx, kyy, kzz 单元编号，分别沿 x、y 和 z 方向的水力传导率 [L T⁻¹]。

所有单元都从文件中分配一个变量 $K$。例如，如果有 4 个单元，其中 $K_{xx}$ = $K_{yy}$ = 5 m day⁻¹ 且 $K_{zz}$ = 2 m day⁻¹，则该文件将包含

    1   5.0   5.0   2.0
    2   5.0   5.0   2.0
    3   5.0   5.0   2.0
    4   5.0   5.0   2.0

用户可以在文件 input_k_file_name 中为任意数量的单元提供变量值。然后，grok 将为所有单元生成数据，遵守任何先前分区的数值和用户指定的单元变量值，并将这些数据写入文件 prefixo.elemental_k.

从栅格映射各向同性 k

范围：.grok

1. rasterfile 包含水力传导率 [L T⁻¹] 值的栅格文件名。这是一个字符串变量。该文件的格式应如第 H 节所述。

对于当前选定区域集中的每个单元，各向同性水力传导率的值（即 $K_{xx}$ = $K_{yy}$ = $K_{zz}$）将从栅格文件数据中插值。

• • •

从栅格映射各向异性 k

范围：.grok

1. rasterfile_x 包含 x 分量（即 $K_{xx}$）水力传导率 [L T⁻¹] 值的栅格文件名。这是一个字符串变量。该文件的格式应如第 H 节所述。
2. rasterfile_y 与上文相同，但针对 y 分量（即 $K_{yy}$）水力传导率 [L T⁻¹] 值。
3. rasterfile_z 与上文相同，但针对 z 分量（即 $K_{zz}$）水力传导率 [L T⁻¹] 值。

对于当前选定区域集中的每个单元，各向异性水力传导率的值（即 $K_{xx}$、$K_{yy}$ 和 $K_{zz}$）将从栅格文件数据中插值得到。

• • •

从栅格映射孔隙度

范围：.grok

1. rasterfile 包含孔隙度值的栅格文件名。这是一个字符串变量。文件应按照章节 H 中概述的格式进行格式化。

对于当前选定区域集中的每个单元，将从栅格文件数据中插值得到一个孔隙度值。

• • •

从文件读取单元孔隙度

范围：.grok

1. input_por_file_name 包含用户提供的可变孔隙度数据的文件名。此文件应包含以下输入数据

(a) element_number, por 单元编号，孔隙度。

所有单元都从文件中分配了一个可变孔隙度。用户可以在文件 input_por_file_name 中为任意数量的单元提供可变值。然后，grok 将为所有单元生成数据，遵循任何先前的区域值和用户指定的单元可变值，这些值将写入文件 prefixo.elemental_por.

• • •

从文件读取单元比储量

范围：.grok

1. input_stor_file_name 包含用户提供的可变比储量数据的文件名。此文件应包含以下输入数据

(a) element number, stor 单元编号，比储量 [L⁻¹]，$S_{s}$，如公式 2.10 所示。

所有单元都从文件中分配了一个可变比储量。用户可以在文件 input_stor_file_name 中为任意数量的单元提供可变值。然后，grok 将为所有单元生成数据，遵循任何先前的区域值和用户指定的单元可变值，这些值将写入文件 prefixo.elemental_stor.

• • •

从栅格映射曲折度

范围：.grok

1. rasterfile 包含曲折度值的栅格文件名。这是一个字符串变量。文件应按照章节 H 中概述的格式进行格式化。

对于当前选定区域集中的每个单元，将从栅格文件数据中插值得到一个曲折度值。

• • •

从文件读取单元曲折度

范围：.grok

1. input_tort_file_name 包含用户提供的可变曲折度数据的文件名。此文件应包含以下输入数据

(a) element_number, tort 单元编号，曲折度。

所有单元都从文件中分配了一个可变曲折度。用户可以在文件 input_por_file_name 中为任意数量的单元提供可变值。然后，grok 将为所有单元生成数据，遵循任何先前的区域值和用户指定的单元可变值，这些值将写入文件 prefixo.elemental_tort.

• • •

写入单元 k

范围：.grok

1. filenm 要写入水力传导率信息的的文件名。

以 ASCII 格式写入单元水力传导率值的文件。

• • •

以下 FORTRAN 代码段显示了如何打开文件并写入数据

    open(itmp,file=filenm,status=’unknown’)
    if(k_variable .or. k_rand) then
        write(itmp,’(i10,3e12.5)’) (i,kxx(i),kyy(i),kzz(i),i=1,ne)
    else
        write(itmp,’(i10,3e12.5)’) (i,kxx(iprop(i)),kyy(iprop(i)),kzz(iprop(i)),i=1,ne)
    end if

其中 kxx、kyy 和 kzz 是三个主方向上的水力传导率值，ne 是网格中的单元数。如果 $K$ 值是区域化的，则变量 iprop(i) 指的是单元 i 的单元区域 ID 号。

在 z 处写入单元 k

范围：.grok

1. zfix 用于选择要写入的单元的 z 坐标。
2. rtol 测试距离 zfix 的距离。
3. filenm 要写入水力传导率信息的的文件名。

此指令与写入单元 k相同，除了仅为质心在距离 zfix 的 z 坐标 rtol 范围内的单元写入信息到文件。

• • •

获取平均 k

范围：.grok

对于当前选定的单元组，此指令计算平均水力传导率并将其写入.lst文件。例如，当生成了随机传导率场并且用户想要知道域某个区域的平均水力传导率时，这很有用。

• • •

AECL 属性

范围：.grok

1. aecl_nd_file 包含 AECL Motif 网格节点坐标的文件名。
2. aecl_ne_file 包含 AECL Motif 网格单元关联和材料属性编号的文件名。

AECL Motif 网格单元材料编号映射到现有的 HydroGeoSphere 网格上。映射是根据 HydroGeoSphere 和 AECL Motif 单元质心的接近程度进行的。映射材料编号后，应选择区域并分配相应的材料属性。

• • •

来自 FGEN 的随机 K 场

范围：.grok

1. fgenfile 包含由 FGEN 生成的随机水力传导率信息的文件名。

由程序 FGEN [Robin 等人，1993] 生成的随机 $K$ 场映射到当前网格上。HydroGeoSphere 自动对水力传导率向量进行尺寸设置并将其视为单元属性，而不是区域属性。

FGEN 生成两个具有用户指定地统计属性的互相关随机场。用户还可以控制互相关的类型和程度。用户应联系作者了解 FGEN 的可用性。

FGEN 的输出结果是以矩形网格上分布的值的形式，可以是二维或三维的。通常使用三维分布，值是通过首先确定单元形心落入哪个矩形网格块，然后通过对 8 个相邻网格值进行三线性插值来生成形心处的值。如果单元位于 FGEN 网格之外，则分配一个缺失值，该值从 FGEN 文件中读取。

如果 FGEN 数据是二维的，则使用双线性插值生成值。例如，假设 FGEN 值分布在平行于xy平面的平面上。在这种情况下，任何形心xy坐标落在 FGEN 数据范围内的单元都将接收一个值，该值由 4 个相邻网格值通过双线性插值确定，但与单元形心的z坐标无关。

生成的单元变量水力传导率数据写入文件prefixo.elemental_k.

• • •