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研究海岸带地下水的运动规律对于沿海地区地下水资源的合理开发和科学管理、沿海地区建筑物的结构稳定安全和地下工程施工以及海岸带生态环境的保护都具有十分重要的意义,其中地下水水位的确定更是研究的重点所在。
目前针对地下水位的解析解研究主要基于参数展开的摄动法,求解Boussinesq方程而得出地下水位的近似解析解。其局限性在于Boussinesq方程本身是在Dupuit假定下推导而出的,只适用与地下水垂向流动可以忽略的浅层含水层,因此其结果存在一定误差。而数值解法则可以直接求解无压含水层的控制方程,得出的数值解不受此假定的影响,因此比解析解有更高的精度。
本文采用数值模拟的手段来研究潮汐作用下的沿海区域地下水水位的周期性波动特性。首先以地下水动力学和多孔介质流体动力学为基础建立了描述近岸地下水运动的二维数学模型,随后运用边界元的方法对模型进行离散,并编制Fortran计算程序。论文中的程序可用于求得地下水位较精确的数值解,为正确评价地下水资源提供参考依据。
由于边界元算法的高精确性,自编程序求得的数值解可用于评价现有的基于参数摄动法解析解的适用范围。本文最后通过对一组不同摄动参数下的数值解的拟合分析,界定了Li所提出的解析解的适用范围,即摄动参数ε N≤0.5时为Li解析解的最佳适用范围;0.5<εN≤5时Li解析解的精度开始下降;而εN>5时Li解析解已经不再适用。并且提出了Teo解析解对应的拟合公式,为进一步的研究奠定了基础。