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Hydrogeochem - 地下水化学分析与模拟软件

HYDROGEOCHEM 4.0:

通过饱和-不饱和介质的流体流动,热传输和水文地球化学耦合模型。

HYDROGEOCHEM 4.0计算机程序是二维的饱和/不饱和多孔介质中水流,热传输,溶质传输和地球化学动力学/平衡反应的耦合模型。

HYDROGEOCHEM 5.0:
在可变饱和条件下流体流动,热传输和水化地球化学耦合的三维模型。

HYDROGEOCHEM 5.0 计算机程序是在饱和/不饱和介质中的流体流动,热传输,水文传输和生物地球化学动力学/平衡反应的数值模型。它是二维HYDROGEOCHEM 4.0的三维版本。

 

HYDROGEOCHEM 简介

HYDROGEOCHEM 的目的是模拟瞬态和稳态密度相关的流场和温度分布,并计算地下介质中反应性多种化学浓度的瞬态和稳态分布。

 

HYDROGEOCHEM 可以在饱和,不饱和,部分不饱和部分饱和的地下介质的三维平面上计算和预测压头,含水量,流速和总压头的分布。它还可以计算和预测多种化学成分的时空分布。介质可以根据需要由具有不同材料属性的多种类型的土壤和地质单元组成功。每种土壤类型都可以是各向同性或各向异性的。控制化学分布的过程:

  1. 水络合,还原-氧化,吸附以及沉淀和溶解的地球化学平衡

  2. 通过对流,分散和不饱和作用的水文输送

 

在初始边界条件和四种边界条件的约束下,利用Galerkin有限元方法模拟了控制不饱和介质中压力分布和水流的广义Richards方程和Darcy定律。根据质量守恒原理推导水文输运方程(一组PDE),并基于质量平衡和质量作用推导地球化学平衡方程(一组AE)。PDE和AE的耦合集是使用常规有限元方法或具有峰值捕获方法的混合Langra ngian - Eulerian有限元方法来模拟的,这些方法受到的初始边界条件和四种边界条件的影响。

 

HYDROGEOCHEM 是饱和 - 不饱和介质中水文传输的地球化学反应的耦合模型。同志在模拟Na,水成分的瞬态或稳态出散户预计Ns吸附剂成分和粒子交换部位的瞬态和稳态质量平衡。HYDROGEOCHEM沿着运输路径N组分物种,Mx复杂物种,My吸附物种的物种分布。Mz离子交换物质和Mp可能沉淀的物质。物理,水文和化学设置如下。

  • 介质:非均质和各向异性

  • 流量条件:饱和 - 不饱和流量

  • 水文过程:对流,扩散

  • 化学过程:水络合,吸附/解吸(表面络合,恒定电容和双层方法),离子交换,沉淀/溶解,氧化还原和酸碱反应

  • 源/接收器:时空相关元素和点源/接收器

  • 初始条件:指定的初始条件或模拟的稳态解作为初始条件

  • 边界条件:Dirichlet边界上规定的总分析浓度,流入边界上规定的通量,溜出去边界上的自然推测通量 - 边界值(浓度或通量)在空间上和时间上都是依赖的

  • 数值离散:具有四边形元素,三角形元素或这两种类型的混合物的有限元方法

  • 近似选项:矩阵或质量块,用于表面和元素积分的节点正交或高斯正交

  • 求解器:直接带矩阵求解器,基本点迭代和4中PCG方法(多项式PCG,imperfect Cholesky PCG,修改的imperfect Cholesky PCG和对称连续超PCG)

  • 时间步长:隐式差异,Crank-Nicholson中心差异或中间差异

  • 地球化学反应的求解方法:牛顿 - 拉夫逊全旋转解雅可比矩阵方程式和物种浓度约束。

HYDROGEOCHEM 是可用于模拟反应性多物种 - 多组分化学物质用过饱和 - 不饱和介质传输的模型。它不是路径模型,而是真实的运输模型,并伴有均相和异质地球化学反应。

 

HYDROGEOCHEM 的功能

HYDROGEOCHEM的之处在于它在建模方面和多功能性,从而解决了尽可能多的问题,该模型旨在:

  1. 处理异质和各向异质性介质

  2. 考虑时空分布以及点源

  3. 接受规定的初始条件或通过模拟稳态版本获得初始条件

  4. 处理分布在Dirichlet边界上的规定瞬态浓度

  5. 处理可变边界上上的时间相关通量

  6. 处理Cauchy边界上的时间相关总通量

 

HYDROGEOCHEM输入

(1) 就几点和元素二元的几何形状,以及就节点和片段而言的边界;

(2) 土壤,:

(a) 饱和水力传导率或渗透率

(b) 水和介质的可压缩性

(c) 堆密度

(d)每种土壤或地质单位的三种土壤曲线,及保留曲线,相对电导率与水头曲线以及水容量曲线

(e) 影响孔隙率

(f) 没种土壤类型或地质单位的分散度和分子扩散系数

(3) 压头在区域内的初始分布;

(4) 净进水量,允许的积水深度,潜在的蒸发以及允许的土壤压头

(5)人工取水或注水

(6) 在柯西和诺依曼边界上的规定通量

(7) 在狄利克雷边界上的规定头

(8) 化学成分书目,化学种类及其热力学数据库

(9) 人工水和化学成分的水槽

(10)在狄利克雷边界上规定的化学成分的总浓度

(11) 在可变边界上规定的化学成分的通量

(12) 素有化学成分浓度的初始分布

 

HYDROGEOCHEM输出

(1) 在期望的时间在二维网格上的压头,总压头,含水量和流速

(2) 在需要的时间通过边界的水通量和介质中累积的水量

(3) 在需要的时间在三维网格上分布化学成分的总分析浓度

(4) 通过可变边界的废物通量

(5) 等效 kds 作为感兴趣区域中时间和空间的函数

 

HYDROGEOCHEM 系统要求: 

具有16 MB RAM和 FORTRAN 编译器的Pentium , 工作站 , IBM RS6000, DEC Alpha, Silicon Graphics, Sun SparcStation和 HP 9000系列

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