地下水化学模拟软件

HYDROGEOCHEM 是一款水文运输和地球化学动力学混合模型，版本1于版本2中。

HYDROGEOCHEM 1是饱和-非饱和介质中水文传播和地球化学反应的耦合模型。它旨在模拟Na，水成分的瞬态和稳定态传输以及Ns吸附剂成分和粒子交换部位的瞬态和稳态质量平衡。HYDROGEOCHEM沿着运输路径计算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。HYDROGEOCHEM是可用于模拟反应性多物种 - 多组分化学物质通过饱和 - 不饱和介质传输的模型。它不是路径模型；它是事实的运输模型，并伴有均相和抑制地球化学反应。

HYDROGEOCHEM 2是对HYDROGEOCHEM 的修改，旨在解决耦合的水文运输和地球化学平衡问题。修改混合化学动力学和平衡模型（KEMOD）替换EQMOD化学平衡子例程，以处理浓度受热里学或动力学控制的物质。HYDROGEOCHEM 2是饱和 - 不饱和介质中水文传输和地球化学反应的耦合模型。HYDROGEOCHEM  2两个基本模块：运输模块和化学模块。

运输模块设计为模拟：（1）N盐成分的瞬态和稳态传输。（2）N吸附剂成分和NSITE离子交换部位的瞬态和稳态质量平衡。

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中化学浓度和瞬态和稳态分布。

HYGROGEOCHEM可以在perfect饱和，perfect不饱和，部分不饱和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乐行的土壤和地质单元组成。每种土壤型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，以及（2）通过对流，分散和不饱和作用的水文输送。

在的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个水流的广义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案的混合Langra ngian - Eulerian有限元方法来模拟的，这些方法受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和地球化学反应的耦合模型。它旨在模拟Na，水成分的瞬态和稳态传输以及Ns吸附剂成分和离子交换部位的瞬态和稳态质量平衡。HYDROGEOCHEM沿着运输路径计算N组分物种，Mx复杂物种，My即付物种的物种分布。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，流出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：直接戴菊珍求解器，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是可用于模拟反应多物种 - 多组分化学物质通过饱和-不饱和介质传输的模型。它不是路径模型；它是真实的运输模型，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或的初始条件，（4）处理分布在Dirichlet边界上的规定瞬态浓度，（5）处理可边界面上的时间相关用量，（6）处理Cauchy边界上的时间相关总通量。

HYDROGEOCHEM 2简介

HYDROGEOCHEM 2是HYDROGEOCHEM 1的修改，这是一种用FORTRAN 77编写的通用计算机程序，旨在解决耦合的水文传输和丢球化学平衡问题。修改用混合化学动力学和平衡模型（KEMOD）替换EQMOD化学平衡子例程，以处理浓度热力学或动力学控制的物质。

HYDROGEOCHEM 2

• 基本平衡络合反应：反应物是任意数量的水性组分，产物是平衡控制的络合物质。

• 基本的动力学络合反应：反应物是任意数量的水性组分，产物是动力学控制的络合物质。

• 基本的平衡吸附/解吸反应：反应物是无量的含水和吸附组分，产物是平衡控制的吸附物质。

• 基本的动力学吸附/解吸反应：反应物是数量的含水和吸附组分，产物是动力学控制的吸附物质。

• 基本的平衡自理交换反应：反应物是水和络合物之一，也是离子交换物质，产物是平衡控制的粒子交换物质之一，也是水性和络合物种之一。

• 基本的动力学粒子交换反应：反应物是一种水和络合物种，是一种粒子交换物种，产物是动力学控制的离子交换的物种之一，是含水和络合的物种之一。

• 基本的平衡沉淀/溶解反应：反应为是水性组分，产物是平衡控制的沉淀物质。

• 基本的动力学沉淀/溶解反应：反应为是水性组分，产物是动力学控制的沉淀物质。

• 平行动力学反应：反应物和产物可能涉及大范围物种。

HYDROGEOCHEM 2应用

• 考虑时空分布的源以及点源

• 接受规定的初始条件或通过模拟考虑系统的稳态版本来或的初始条件。

• 处理分布在Dirichlet边界上的规定瞬态浓度。

• 处理可变边界上随时间变化的流量

• 在控制方程中非对角线色散张量分量，以处理坐标系与色散张量的主方向不的情况。

• 提供两种处理质量矩阵的方法（和成块）。

• 给出三种估计非线性矩阵的选项（正确，欠和过渡）

• 六个用于求解线性矩阵方程的选项（使用高斯消去法的直接解，连续点迭代和四种预处理的共轭梯度法）。

• 同时四边形和三角形元素，以促进该区域的离散法。

• 当边界条件或源突然改变时，自动充值时间步长。

• 水络合，沉淀/溶解，吸附，离子交换，氧化还原和酸碱反应的化学过程。

• 处理多个吸附位和多个离子交换位。

• 胶体运输。

HYDROGEOCHEM 2局限性

• 无法模拟共沉淀（固体）

• 无法模拟可能转化地下环境中污染物的微生物反应

• 需要输入地下流动模型生成的流速，水分含量和压头的水文变量

• 邓文条件的假设

• 应用于二维问题

• 应用于单流体相流

• HYDROGEICHEM2是用于模拟由动力学和平衡反应控制的反应性多物种 - 多组分化学传输的模型

HYDROGEOCHEM要求：

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