14.3 水流模拟期选择 |
  
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14.3 水流模拟期选择 |
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在模型中有两种时间分割：应力期和时间步长。瞬时流应力（如抽水率、河水位等）只能在每个应力期开始时改变。如果需要，应力期可以被再分为更短的时间间隔，即时间步长。在同一个应力期下，模型的边界条件保持不变，边界条件只在两个应力期间发生改变。模型计算都是基于离散后的时间步长进行的。本节主要讨论时间步长的设定。在具体设置时，需要考虑的因素包括：稳定性、溶质运移模拟中的数值弥散、边界条件随时间的变化情况，以及和时间相关的模拟目标。一般而言，时间步长越小，模拟的精确度越高。但是步长过小，模拟的计算量庞大，计算时间较长；步长过大，则需要经过大量的迭代步骤，模型才能达到质量平衡的控制要求，同时还可能产生数值弥散或者模拟不稳定等问题。
水流和溶质运移模拟中使用相同的时间步长设置标准。通常的方法为先通过弥散度确定网格的大小，再通过网格大小计算合适的时间步长。时间步长（dt）的设置依据是使用库朗数（Courant number，用Co表示）。Co常数表征时间步长和空间步长的相对关系，是个无量纲的数值。
为了使数值弥散最小化，数值模拟的稳定性最大化，需要保证最小的网格满足Co不大于1的条件。该标准可以解译为，地下水系统中的质子运动通过一个网格需要经过多个时间步长。对于求解非线性问题，时间步长的选择尤为关键，因为这时求解结果的稳定性对于dt的设定比在求解线性问题中更为敏感。此外，在水力和浓度边界变化的情况中，例如在抽水或者浓度源释放的初期，设置的时间步长应当较小。全模拟期中平缓变化的时间步长可以帮助模型收敛和提高模型的稳定性。