In this paper, we study a multiscale method for simulating a dual-continuum unsaturated flow problem within complex heterogeneous fractured porous media. Mathematically, each of the dual continua is modeled by a multiscale Richards equation (for pressure head), and these equations are coupled to one another by transfer terms. On its own, Richards equation is already a nonlinear partial differential equation, and it is exceedingly difficult to solve numerically due to the extra nonlinear dependencies involving the soil water. To deal with multiple scales, our strategy is that starting from a microscopic scale, we upscale the coupled system of dual-continuum Richards equations via homogenization by the two-scale asymptotic expansion, to obtain a homogenized system, at an intermediate scale (level). Based on a hierarchical approach, the homogenization's effective coefficients are computed through solving the arising cell problems. To tackle the nonlinearity, after time discretization, we use Picard iteration procedure for linearization of the homogenized Richards equations. At each Picard iteration, some degree of multiscale still remains from the intermediate level, so we utilize the generalized multiscale finite element method (GMsFEM) combining with a multi-continuum approach, to upscale the homogenized system to a macroscopic (coarse-grid) level. This scheme involves building uncoupled and coupled multiscale basis functions, which are used not only to construct coarse-grid solution approximation with high accuracy but also (with the coupled multiscale basis) to capture the interactions among continua. These prospects and convergence are demonstrated by several numerical results for the proposed method.


翻译:在本文中, 我们研究在复杂的混杂分解多孔多介质介质中模拟双连续不饱和流动问题的一种多尺度方法。 从数学角度讲, 两种双共通质的每个都由多尺度的理查方程式( 压力顶部) 模拟, 而这些方程式又通过传输条件相互连接。 理查德方程式本身已经是一个非线性局部方程式, 并且由于土壤水涉及额外的非线性依赖性而难以从数字上解析。 要处理多尺度, 我们的战略是, 从微缩分解尺度开始, 我们提升双共通性Richard的双共通性功能, 通过双尺度的理查方程式( 压力头顶部), 通过双尺度的理查方程扩展, 并获得一个中尺度的同质化系统( 等级) 。 根据等级方法, 单级化有效系数系数的系数通过解决产生的细胞问题来计算。 在时间分解后, 我们使用 Picard 共解程序从不直线化的系统水平开始, 我们将双级的双轨的双向直径调调调调调调等等等方方程式, 。 在每中间一级的双轨法中, 将多级的多级法中, 将多级的基调制的多级方法将多级方法将多级法系内, 继续使用多级的多级法系内, 。

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