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求参的拐点法程序(Python)

已有 709 次阅读 2023-11-6 09:02 |个人分类:地下水动力学|系统分类:教学心得

从地下水动力学课程学习到如何用数学方法求解模型很难,涉及到大量的数学知识,这些知识
高等数学课程不涉及。有的学生按教材自己推导,就会碰到这方面的问题,如 Theis 公式。

反之,将地下水动力学中的模型作为解决实际问题的工具,问题就简单了。这时只需要考虑一
种水文地质现象与那种数学模型接近,模型假设实际中是否满足,这种严格的假设对结果有何
影响,可不可以选其他的数学模型。

作为方法,例如求参方法,熟悉了徒手计算过程后自然就想到如何将其程序化。程序化可以快
速获得结果,只需将注意力集中到结果的分析上。

本专题附带的程序,是按结构化程序设计思想,分库导入、数据准备、计算、绘图、输出结果
几步。初次接触时,只需替换数据就可获得结果。至于语言部分,随着接触次数增多,会慢慢
地熟悉。

拐点法程序使用滑块控制拐点位置与切线斜率,模拟手工操作。计算越流因素 B 需要查表反求
r/B,程序中用
二分法求零点的例程完成该工作。注意的是,二分法要求零点所在的区间端点处
函数值符号相反。

内容源自地下水动力学课程教学内容。本博客数学公式输入不便,结果发表在
简书 (https://www.jianshu.com/p/df54167cc9d7 ).

运行程序需要安装的库:
Jupyter,Jupyterlab,numpy,scipy,matplotlib,ipympl,mpl_interactions

可用 pip 一键安装:

pip install Jupyter Jupyterlab numpy scipy matplotlib ipympl mpl_interactions

模块 ipywidgets 模块可实现交互绘图,计算井函数的程序要独立保存为 wellfunction.py,
程序可在 Jupyter notebook 中运行。

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