HydroGeoSphere—地下水數值模擬軟件

HydroGeoSphere—綜合水文建模平臺軟件
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軟件簡介

HydroGeoSphere (HGS) 是世界上最強大的綜合水文建模平臺。HGS 是一個三維控制體積有限元模擬器，旨在模擬水文循環的整個陸地部分。它使用全局隱式方法同時求解地表水/地表水流的 2D 擴散波方程和可變飽和地下水流的 3D Richards 方程。
HGS 動態整合了水文循環的關鍵組成部分，并且可以整合地表過程，例如裸露土壤、隨植被演變的蒸騰作用、非飽和流、多孔和/或離散裂隙介質中的流動以及整個水氣圈內的反應性溶質和熱能傳輸。大孔、裂縫和排水溝可以離散合并，也可以使用雙重孔隙、雙重滲透公式。該模型還可以模擬積雪/融化和孔隙水凍結/融化等冬季水文過程。
HydroGeoSphere平臺已并行化，以利用高性能計算設施并解決具有挑戰性的科學和工程問題，例如分析氣候變化對流域、盆地和大陸尺度水資源的影響。

軟件特征

一、地表和地下水建模
表面域表示為二維地表流。
地下域由 3-D 可變飽和流組成。
地表/地下域通過基于物理的流體交換相互作用。
基于土地利用的時空變化的蒸發量。
融雪對水文狀況的影響。
準確描繪和跟蹤地下水位位置。
處理非蓄水或規定蓄水補給條件和滲流面。
用任意組合的多孔、離散裂縫、雙孔隙度和雙滲透介質的地下裂縫地質材料表示。
適應儲存、溶質混合和沿井筒的可變流量分布。
密度相關的流動和運輸。

二、熱和溶質傳輸建模
模擬地表和地下的非反應性和反應性化學物質傳輸。
相關地表和地下流場中的熱傳輸。
精確處理裂縫和基質之間的流體和質量交換。
基質擴散效應和基質中的溶質平流。
水齡和溶質通過時間概率的計算。

三、高級數值方法
所有域的完全隱式耦合方法提供了一個強大的、質量守恒的解決方案方案。
允許代碼在個人計算機上執行前所未有的、完全集成的 3-D 模擬的高級計算算法。
具有自動生成和控制時間步長的自適應時間步長方案。
流體和溶質質量平衡跟蹤。
非結構化有限元網格。

軟件功能

HydroGeoSphere是一種三維控制體積有限元模擬器，采用有限元法進行空間離散。用于水文系統工程項目中多孔介質或裂隙多孔介質中的地下水流和溶質運移的模擬。它使用全局隱式方法同時求解2D擴散波方程和Richards方程的3D形式。HGS還動態整合水文循環的關鍵組成部分，如裸露土壤和水體蒸發，植被依賴性蒸騰作用，根系吸收，融雪和土壤凍融。宏觀孔隙，裂縫和瓦片排水溝等特征可以單獨使用，也可以采用雙孔隙，雙滲透性配方。

HydroGeoSphere的特有功能是，當以完全集成的模式模擬水流時，允許將來自降雨輸入的水分配為陸上和溪流，蒸發，滲透，補給和地下排入地表水等成分以自然的方式形成湖泊和溪流之類的特征。也就是說，完全耦合的數值解方法允許每個時間步上同時求解表面流動狀態和可變飽和流動狀態。

該方法還允許溶解的溶質在地表和地下流動域之間自然交換，從而在兩種方案的每個時間步也同時溶解溶質濃度。這使HydroGeoSphere成為一種特有且理想的工具，以逼真的，基于物理的方式模擬流域內水和溶質的運動。

HydroGeoSphere使用控制體積有限元方法來模擬地表和地下耦合的流動和傳輸?？梢詫勺冿柡偷牧芽p性或粒狀含水層進行完整的3D模型。HydroGeoSphere提供了多種離散選項，范圍從簡單的矩形和軸對稱區域到具有復雜幾何形狀和分層的不規則區域。

應用范圍

1. 水資源綜合評估和流域水文特征分析。
2. 土地使用和氣候變化對地表和地下水的影響。
3. 污染物在地表和地下水中的運移。
4. 調查分析裂隙掩體水文特性。
5. 洪災區域水文分析。
6. 河流水文分析。

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