地下水热运移模拟软件综述

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1、学术园地Xueshuy1Jandi地下水热运移模拟软件综述赵静t郭海丹z郑佳t邵景力t崔亚莉t(1．中国地质大学(北京)水资源与环境学院；2．内蒙古呼伦贝尔市水资源管理站)【摘要】本文介绍了各种地下水燕运移模拟软件，并分析了各自的优缺点及其在热运移模拟方面的实际应用，最后展望了未来的发展趋势。【关键词1热运移模拟软件地下水综述一、引言HSlr3D也有一些应用的局限性：它所模拟的范围只能是热运移是水文循环的重要组成部分，地下水源热泵采规则的矩形区域；由于采用有限差分方法进行时问和空间的能、核废物地下处置、饱和带菲饱和带能量交换

2、等，都与热运离散，当横向或纵向弥散度很小时，应用HS∞D构建模型时移和温度变化密不可分。数值模拟技术以其高效性、灵活性网格必须剖分到足够小．以避免程序不收敛或产生数值震和相对便捷性的众多优势，逐渐成为研究这一问题的有效工荡；同一个剖分单元中只能设置一口井等等。其最大的不便具：而数值模拟软件的发展动态反映了地下水热运移领域的之处在于软件是DOS版本，但美国地词局开发的Argl膳研究现状和未来趋势。现介绍几种常用热运移模拟软件，分0penNu眦血alEnvimnmetI乜(心舭80NE)集成了HSlr3D模析其优缺点及在热运移模

3、拟方面的实际应用。块。具有很好的三维可视化界面，并且集成了CAD、GIS、数据二、模拟软件库、概念建模、地质统计、自动网格剖分等多种强大功能。中以各种条件下的水热耦合数学模型为基础，国际上开发国地质大学(北京)王旭升博士也在H哪D基础上开发了具了大批可用于地下水热运移模拟的软件。如HS∞D，有可视化前后处理界面的nowheat软件，适用于小区域热运FE兀DW，SWI兀：AQUA3D，SIrI．IiA，’roUGH2，ASl：移模拟。HYDRUS一2D，3D，VS2DH。SVh朗t'7nmW，-I．mdil【∞，GWMS，HS

4、l3D目前在国内应用较广泛。张远东等以北京某地下GeoStudio等。这些软件各有特点，有的仅适用于饱和带模水源热泵空调系统为例，用该程序建立了地下水流和热运移拟。有的则能同时处理饱和带和非饱和带热运移问题，有的三维模拟模型．对模拟区未来长期地温场的演化情况进行了还能处理裂隙介质和双重介质问题．其中一些同时考虑了密模拟预测：刘立才等探讨并评价了系统抽灌井布局和系统运度和粘滞度随温度的变化。它们所采用的数值模拟方法主要行过程中地下水温度场的变化以及由此引起的。热突破”效为有限元法和有限差分法，这里按照不同数值模拟方法对这应：丛

5、晓春等对一抽两灌井下承压含水层中水一热运移的温些软件加以描述。度场、压力场进行数值模拟，分析了不同工况下的含水层温1．基于有限差分的热运移模拟软件度变化，并计算了含水层的热存储效率。(1)HST3D(2)VS2DHHS，13D(Hea卜andSolute—T阳n8portPmgmm)由美国地调VS2DH由美国地调局开发。用于模拟变饱和多孔介质局开发的一套用于模拟三维饱和地下水流系统中水流及相中的水流与能量运移．其前身是美国地调局1987年开发的关热、溶质运移的程序。适用于研究分析污水回灌、污染物运用于水流模拟的Vs2D程序和

6、1990年开发的用于水流和溶移、海水入侵、卤水处置、咸水含水层中淡水贮藏、含水层储质运移模拟的VS2DT程序。程序中水流运动采用的是非饱热以及地下热水系统等问题。和带mchafd方程．能量运移采用单相对流一弥散方程来描该软件考虑了密度及粘滞度随温度的变化，不考虑化学述，其中热传导系数表示为土壤含水量的线性函数。对于能反应产生的热变及多孔介质的热扩散．能处理降雨入渗、蒸量运移方程其边界条件可以定义为给定热通量或给定温度发、河流渗漏及自由表面存在的各种一、二、三类边界条件，两种，笛卡尔坐标和极坐标均可以在模型中使用。如今美国对井

7、孔局部渗流采用比常规模型更精细准确的算法，并允许地调局基于VS2DT和VS2DH又开发了VS2DI。集成了采用直角和圆柱两种坐标系以及不等距剖分。其源代码用VS2D11、VS2DHI以及相对独立的后处理模块VS2POST，是Fort啪77语言写成。用户可以根据需要添加、修改或删除相一个具有图形化操作界面的软件包，并且操作更加简便。应的模块，以解决实际问题。不足之处在于。VS2DH只能构建一维和二维模型，不能学术园地Xueshuyuandi用于三维模拟。程序中没有考虑温度变化对密度的影响，且规划和系统研究所开发的基于有限单元法

8、的地下水模拟软只能模拟单相流体，因此不能用来模拟裸土蒸发、核废物地件包，可用于模拟有压或无压下地下水二维和三维、稳定流下贮存、威水含水层中能量运移等问题。或非稳定流、区域和断面(水平、垂直或轴对称断面)、流体密目前Vs2DH程序已应用于估算沙漠中径流人渗、刻画度耦合或者非耦合、变饱和的渗流