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地下水数值计算

课程代码:QZ131003,SS133054

课程负责人: 刘本华
共建教师:
课程建设:校级优质课程 开课学院:水利与环境学院

开课时间:2020年02月11日 学习人数:24人
有效时间: 永久有效 评分:
课程简介

地下水数值计算是研究分析地下水各种问题的重要手段,是用来刻画饱和地下水及饱和溶质在多孔介质中运移过程的数值模型,通过数值方法求解描述地下水各种状态的偏微分方程定解问题。当前地下水系统数值模拟方法主要有有限差分法、有限单元法、边界元法和有限体积法等,其中有限差分法和有限单元法应用居多,其中方法较少。通过本课程的学习,让学生掌握地下水的数值计算方法,主要包括了有限差分法和有限元法,其中以有限差分法的学习为主,重点掌握地下水计算中的稳定流和非稳定流的一维、二维的有限差分的计算方法。

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教学大纲

教学

学时数

主要授课内容

授课

方式

课外

要求

授课

教师

1

1

3

1.1地下水数值计算的发展及展望

1.2 偏微分方程解析解在地下水中的应用

1.3偏微分方程解析解在地下水应用中的局限

1.4数值模拟

主讲

复习高等数学偏微分方程

刘本华

2

2

3

2 有限差分法

2.1基本概念

离散化、地下水流有限差分方法

主要差分格式

主讲、研讨

预习教材

刘本华

3

3

3

2.2 承压一维稳定流

简单水文地质模型有限差分方程组

解三对角线性方程组得追赶法

流量边界的处理

主讲

作业

刘本华

4

4

3

2.3潜水一维稳定流

潜水一维稳定流有限差分方程

潜水有限差分方程组的迭代解法

 

研讨

预习方程组解法

刘本华

5

5

3

2.4 承压一维非稳定流

承压一维非稳定流有限差分方程组

三种有限差分格式的应用

研讨

预习教材

刘本华

6

6

3

有限差分方程的迭代解法

时间步长与松弛因子的确定

 

主讲

作业

刘本华

7

7

3

2.5潜水一维非稳定流

潜水一维非稳顶流的有限差分方程组

双重迭代解法

 

主讲

预习方程组解法

刘本华

8

8

3

2.6 承压二维非稳定流

三种主要差分格式的应用

有限差分方程组的SOR解法

 

研讨

复习地下水动力学,方程组解法

刘本华

9

9

3

3有限元法

3.1 迦辽金有限元法原理

 

主讲

同上

刘本华

10

10

3

3.2 迦辽金有限元法基本方程

构造基函数

迦辽金有限元法基本方程

 

主讲

预习教材

刘本华

11

11

3

3.3承压二维非稳定流迦辽金有限元方程及其解法

水文地质概念及其数学描述

承压二维非稳定流的迦辽金有限元方程

 

主讲

预习教材

刘本华

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

填表说明:

1.严格对照各年级研究生培养方案及各学位课教学大纲填写 ,A4纸打印。2.“课次”应按授课顺序填写,如1,2,……。3.教学周,按照课程表及每学期的校历填写。4.“授课方式”填写如“面授”“案例教学”“专题研讨”“实践实验”“线上教学”等,5.“实践实验”课要注明教学地点。6.“课外要求”要针对授课内容做出明确要求。7.课程负责人打印一份纸质材料报分管院长审核,审核通过后交学院研究生秘书存档。8.“授课教师”和“学时数”应与各学期备案的教学计划一致。

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授课计划

教学

学时数

主要授课内容

授课

方式

课外

要求

授课

教师

1

1

3

1.1地下水数值计算的发展及展望

1.2 偏微分方程解析解在地下水中的应用

1.3偏微分方程解析解在地下水应用中的局限

1.4数值模拟

主讲

复习高等数学偏微分方程

刘本华

2

2

3

2 有限差分法

2.1基本概念

离散化、地下水流有限差分方法

主要差分格式

主讲、研讨

预习教材

刘本华

3

3

3

2.2 承压一维稳定流

简单水文地质模型有限差分方程组

解三对角线性方程组得追赶法

流量边界的处理

主讲

作业

刘本华

4

4

3

2.3潜水一维稳定流

潜水一维稳定流有限差分方程

潜水有限差分方程组的迭代解法

 

研讨

预习方程组解法

刘本华

5

5

3

2.4 承压一维非稳定流

承压一维非稳定流有限差分方程组

三种有限差分格式的应用

研讨

预习教材

刘本华

6

6

3

有限差分方程的迭代解法

时间步长与松弛因子的确定

 

主讲

作业

刘本华

7

7

3

2.5潜水一维非稳定流

潜水一维非稳顶流的有限差分方程组

双重迭代解法

 

主讲

预习方程组解法

刘本华

8

8

3

2.6 承压二维非稳定流

三种主要差分格式的应用

有限差分方程组的SOR解法

 

研讨

复习地下水动力学,方程组解法

刘本华

9

9

3

3有限元法

3.1 迦辽金有限元法原理

 

主讲

同上

刘本华

10

10

3

3.2 迦辽金有限元法基本方程

构造基函数

迦辽金有限元法基本方程

 

主讲

预习教材

刘本华

11

11

3

3.3承压二维非稳定流迦辽金有限元方程及其解法

水文地质概念及其数学描述

承压二维非稳定流的迦辽金有限元方程

 

主讲

预习教材

刘本华

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

填表说明:

1.严格对照各年级研究生培养方案及各学位课教学大纲填写 ,A4纸打印。2.“课次”应按授课顺序填写,如1,2,……。3.教学周,按照课程表及每学期的校历填写。4.“授课方式”填写如“面授”“案例教学”“专题研讨”“实践实验”“线上教学”等,5.“实践实验”课要注明教学地点。6.“课外要求”要针对授课内容做出明确要求。7.课程负责人打印一份纸质材料报分管院长审核,审核通过后交学院研究生秘书存档。8.“授课教师”和“学时数”应与各学期备案的教学计划一致。

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教学团队

本课程课程负责人刘本华,博士,副教授,主要从事地下水科学与工程专业的教学与科研工作,课程团队还包括邢立亭(教授、博士,地下水科学与工程专业)、黄林显(副教授,博士,地下水科学与工程专业)