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HYDROGEOCHEM 是一款功能強大的水文運輸和地球化學動力學混合模型,版本1包含于版本2中。
水文地質(zhì)學-水文傳輸和混合地球化學動力學/平衡模型
HYDROGEOCHEM 1是飽和-非飽和介質(zhì)中水文傳輸和地球化學反應的耦合模型。它旨在模擬Na,水成分的瞬態(tài)和/或穩(wěn)態(tài)傳輸以及Ns吸附劑成分和離子交換部位的瞬態(tài)和/或穩(wěn)態(tài)質(zhì)量平衡。HYDROGEOCHEM沿著運輸路徑計算N組分物種,Mx復雜物種,My吸附物種的物種分布。Mz離子交換物質(zhì)和Mp可能沉淀的物質(zhì)。HYDROGEOCHEM是可用于模擬反應性多物種-多組分化學物質(zhì)通過飽和-不飽和介質(zhì)傳輸?shù)哪P汀?/span>它不是路徑模型;它不是路徑模型。它是一個真實的運輸模型,并伴有均相和異質(zhì)地球化學反應。
HYDROGEOCHEM 2是對HYDROGEOCHEM的修改,旨在解決耦合的水文運輸和地球化學平衡問題。修改包括用混合化學動力學和平衡模型(KEMOD)替換EQMOD化學平衡子例程,以處理濃度受熱力學或動力學控制的物質(zhì)。HYDROGEOCHEM2是飽和-不飽和介質(zhì)中水文傳輸和地球化學反應的耦合模型。HYDROGEOCHEM 2包含兩個基本模塊:運輸模塊和地球化學反應模塊。傳輸模塊設計為模擬:(1)N鹽成分的瞬態(tài)和/或穩(wěn)態(tài)傳輸,(2)N吸附劑成分和NSITE離子交換部位的瞬態(tài)和/或穩(wěn)態(tài)質(zhì)量平衡。地球化學反應模塊旨在計算N =(Na + Ns)組成物種,Mx-Kx平衡控制的復雜物種,(My&Kdash)平衡控制的吸附物種,Ky動力學控制的吸附物種(Mz&ndash)的物種分布; Kz)平衡控制的離子交換物質(zhì),Kz動力學控制的離子交換物質(zhì),(Mp& Kp)平衡控制的潛在沉淀物質(zhì)和Kp動力學控制的沉淀物質(zhì)。傳輸模塊包括對流,分散/擴散和輕微變形。Kz)平衡控制的離子交換物質(zhì),Kz動力學控制的離子交換物質(zhì),(Mp& Kp)平衡控制的潛在沉淀物質(zhì)和Kp動力學控制的沉淀物質(zhì)。傳輸模塊包括對流,分散/擴散和輕微變形。Kz)平衡控制的離子交換物質(zhì),Kz動力學控制的離子交換物質(zhì),(Mp& Kp)平衡控制的潛在沉淀物質(zhì)和Kp動力學控制的沉淀物質(zhì)。傳輸模塊包括對流,分散/擴散和輕微變形。
水文地球化學簡介
HYDROGEOCHEM的目的是模擬瞬態(tài)和/或穩(wěn)態(tài)密度相關(guān)的流場和溫度分布,并計算地下介質(zhì)中反應性多種化學濃度的瞬態(tài)和/或穩(wěn)態(tài)分布。
HYDROGEOCHEM可以在完全飽和,完全不飽和,部分不飽和或部分飽和的地下介質(zhì)的三維平面上計算和預測壓頭,含水量,流速和總壓頭的分布。它還可以計算和預測多種化學成分的時空分布。介質(zhì)可以根據(jù)需要由具有不同材料屬性的多種類型的土壤和地質(zhì)單元組成。每種土壤類型可以是各向同性或各向異性的。控制化學分布分布的過程包括(1)水絡合,還原-氧化,吸附以及沉淀和溶解的地球化學平衡,以及(2)通過對流,分散和不飽和作用的水文輸送。
在適當?shù)某跏歼吔鐥l件和四種邊界條件的約束下,利用Galerkin有限元方法模擬了控制不飽和介質(zhì)中壓力分布和水流的廣義Richards方程和Darcy定律。根據(jù)質(zhì)量守恒原理推導水文輸運方程(一組PDE),并基于質(zhì)量平衡和質(zhì)量作用推導地球化學平衡方程(一組AE)。PDE和AE的耦合集是使用常規(guī)有限元方法或具有峰值捕獲方案的混合Langrangian-Eulerian有限元方法來模擬的,這些方法受適當?shù)某跏歼吔鐥l件和四種邊界條件的影響。六面體元素,三棱柱,
HYDROGEOCHEM是飽和-不飽和介質(zhì)中水文傳輸和地球化學反應的耦合模型。它旨在模擬Na,水成分的瞬態(tài)和/或穩(wěn)態(tài)傳輸以及Ns吸附劑成分和離子交換部位的瞬態(tài)和/或穩(wěn)態(tài)質(zhì)量平衡。HYDROGEOCHEM沿著運輸路徑計算N組分物種,Mx復雜物種,My吸附物種的物種分布。Mz離子交換物質(zhì)和Mp可能沉淀的物質(zhì)。物理,水文和化學設置如下。
介質(zhì):非均質(zhì)和各向異性。
流量條件:飽和-不飽和流量。
水文過程:對流,擴散和擴散。
化學過程:水絡合,吸附/解吸(表面絡合,恒定電容和雙層方法),離子交換,沉淀/溶解,氧化還原和酸堿反應。
源/接收器:時空相關(guān)元素和點源/接收器。
初始條件:指定的初始條件或模擬的穩(wěn)態(tài)解作為初始條件。
邊界條件:Dirichlet邊界上規(guī)定的總分析濃度,流入邊界上規(guī)定的通量,流出邊界上的自然推測通量-所有邊界值(濃度或通量)在空間上和時間上都是依賴的。
數(shù)值離散:具有四邊形元素,三角形元素或這兩種類型的混合物的有限元方法。
近似選項:矩陣或質(zhì)量塊一致,用于表面和元素積分的節(jié)點正交或高斯正交。
求解器:直接帶矩陣求解器,基本點迭代和4種PCG方法(多項式PCG,不完全Cholesky PCG,修改的不完全Cholesky PCG和對稱連續(xù)超松弛PCG)。
時間步長:隱式差異,Crank-Nicholson中心差異或中間差異。
地球化學反應的求解方法:牛頓-拉夫遜全旋轉(zhuǎn)解雅可比矩陣方程式和物種濃度約束。
HYDROGEOCHEM是可用于模擬反應性多物種-多組分化學物質(zhì)通過飽和-不飽和介質(zhì)傳輸?shù)哪P汀?/span>它不是路徑模型;它不是路徑模型。它是一個真實的運輸模型,并伴有均相和異質(zhì)地球化學反應。
水文地球化學的特殊功能
HYDROGEOCHEM的特殊之處在于它在建模方面的靈活性和多功能性,從而解決了盡可能多的問題。該模型旨在(1)處理異質(zhì)和各向異性介質(zhì),(2)考慮時空分布以及點源/匯,(3)接受規(guī)定的初始條件或通過模擬穩(wěn)態(tài)版本獲得初始條件(4)處理分布在Dirichlet邊界上的規(guī)定瞬態(tài)濃度,(5)處理可變邊界上的時間相關(guān)通量,(6)處理Cauchy邊界上的時間相關(guān)總通量,
水文化學輸入
(1)就節(jié)點和元素而言的幾何形狀,以及就節(jié)點和片段而言的邊界;(2)土壤特性,包括:(a)飽和水力傳導率或滲透率;(b)水和介質(zhì)的可壓縮性;(c)堆密度;(d)每種土壤或地質(zhì)單位的三種土壤特性曲線,即保留曲線,相對電導率與水頭曲線以及水容量曲線;(e)影響孔隙率;(f)每種土壤類型或地質(zhì)單位的分散度和有效分子擴散系數(shù);(3)壓頭在感興趣區(qū)域的初始分布;(4)凈降水量,允許的積水深度,潛在的蒸發(fā)以及允許的土壤小壓頭;(5)在狄利克雷邊界上的規(guī)定頭;(6)在柯西和/或諾伊曼邊界上的規(guī)定通量;(七)人工取水或注水;(8)化學成分數(shù)目,化學種類及其熱力學數(shù)據(jù)庫;(9)人工水/水和所有化學成分的水槽;(10)在狄利克雷邊界上規(guī)定的所有化學成分的總濃度;(11)在可變邊界上規(guī)定的所有化學成分的通量;(12)所有化學成分濃度的初始分布。項目4到11中的所有輸入都可以是時間相關(guān)的或隨時間變化的。(11)在可變邊界上規(guī)定的所有化學成分的通量;(12)所有化學成分濃度的初始分布。項目4到11中的所有輸入都可以是時間相關(guān)的或隨時間變化的。(11)在可變邊界上規(guī)定的所有化學成分的通量;(12)所有化學成分濃度的初始分布。項目4到11中的所有輸入都可以是時間相關(guān)的或隨時間變化的。
水文化學輸出
(1)在任何期望的時間在二維網(wǎng)格上的壓頭,總壓頭,含水量和流速;(2)在任何需要的時間通過各種邊界的水通量和介質(zhì)中積累的水量;(3)在任何需要的時間在三維網(wǎng)格上分布所有化學成分的總分析濃度,總?cè)芙鉂舛?,總吸附濃度,總沉淀濃度和自由離子濃度;(4)通過可變邊界的廢物通量;(5)等效kds作為感興趣區(qū)域中時間和空間的函數(shù)。
HYDROGEOCHEM要求:具有16 MB RAM和FORTRAN編譯器的Pentium,任何工作站,例如IBM RS6000,DEC Alpha,Silicon Graphics,Sun SparcStation和HP 9000系列