HydroGeoSphere—地下水数值模拟软件

HydroGeoSphere—综合水文建模平台软件
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软件简介

HydroGeoSphere (HGS) 是世界上最强大的综合水文建模平台。HGS 是一个三维控制体积有限元模拟器，旨在模拟水文循环的整个陆地部分。它使用全局隐式方法同时求解地表水/地表水流的 2D 扩散波方程和可变饱和地下水流的 3D Richards 方程。
HGS 动态整合了水文循环的关键组成部分，并且可以整合地表过程，例如裸露土壤、随植被演变的蒸腾作用、非饱和流、多孔和/或离散裂隙介质中的流动以及整个水气圈内的反应性溶质和热能传输。大孔、裂缝和排水沟可以离散合并，也可以使用双重孔隙、双重渗透公式。该模型还可以模拟积雪/融化和孔隙水冻结/融化等冬季水文过程。
HydroGeoSphere平台已并行化，以利用高性能计算设施并解决具有挑战性的科学和工程问题，例如分析气候变化对流域、盆地和大陆尺度水资源的影响。

软件特征

一、地表和地下水建模
表面域表示为二维地表流。
地下域由 3-D 可变饱和流组成。
地表/地下域通过基于物理的流体交换相互作用。
基于土地利用的时空变化的蒸发量。
融雪对水文状况的影响。
准确描绘和跟踪地下水位位置。
处理非蓄水或规定蓄水补给条件和渗流面。
用任意组合的多孔、离散裂缝、双孔隙度和双渗透介质的地下裂缝地质材料表示。
适应储存、溶质混合和沿井筒的可变流量分布。
密度相关的流动和运输。

二、热和溶质传输建模
模拟地表和地下的非反应性和反应性化学物质传输。
相关地表和地下流场中的热传输。
精确处理裂缝和基质之间的流体和质量交换。
基质扩散效应和基质中的溶质平流。
水龄和溶质通过时间概率的计算。

三、高级数值方法
所有域的完全隐式耦合方法提供了一个强大的、质量守恒的解决方案方案。
允许代码在个人计算机上执行前所未有的、完全集成的 3-D 模拟的高级计算算法。
具有自动生成和控制时间步长的自适应时间步长方案。
流体和溶质质量平衡跟踪。
非结构化有限元网格。

软件功能

HydroGeoSphere是一种三维控制体积有限元模拟器，采用有限元法进行空间离散。用于水文系统工程项目中多孔介质或裂隙多孔介质中的地下水流和溶质运移的模拟。它使用全局隐式方法同时求解2D扩散波方程和Richards方程的3D形式。HGS还动态整合水文循环的关键组成部分，如裸露土壤和水体蒸发，植被依赖性蒸腾作用，根系吸收，融雪和土壤冻融。宏观孔隙，裂缝和瓦片排水沟等特征可以单独使用，也可以采用双孔隙，双渗透性配方。

HydroGeoSphere的特有功能是，当以完全集成的模式模拟水流时，允许将来自降雨输入的水分配为陆上和溪流，蒸发，渗透，补给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类的特征。也就是说，完全耦合的数值解方法允许每个时间步上同时求解表面流动状态和可变饱和流动状态。

该方法还允许溶解的溶质在地表和地下流动域之间自然交换，从而在两种方案的每个时间步也同时溶解溶质浓度。这使HydroGeoSphere成为一种特有且理想的工具，以逼真的，基于物理的方式模拟流域内水和溶质的运动。

HydroGeoSphere使用控制体积有限元方法来模拟地表和地下耦合的流动和传输。可以对可变饱和的裂缝性或粒状含水层进行完整的3D模型。HydroGeoSphere提供了多种离散选项，范围从简单的矩形和轴对称区域到具有复杂几何形状和分层的不规则区域。

应用范围

1. 水资源综合评估和流域水文特征分析。
2. 土地使用和气候变化对地表和地下水的影响。
3. 污染物在地表和地下水中的运移。
4. 调查分析裂隙掩体水文特性。
5. 洪灾区域水文分析。
6. 河流水文分析。

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