Adaptive Groundwater - 地下水模拟软件

Adaptive Groundwater是一款用于地下水流动和溶质运移问题的高分辨率和高扩展性的三维数值模拟软件。具有动态自适应网格细化（AMR）和多线程用于自动生成非结构化网络等。以处理多种流量和传输过程。

使用Adaptive Groundwater软件，用户可以：

• 创建三维流动和传输模型

• 大幅降低模型开发成本

• 开发大的，高分辨率的区域模型

• 地计算水头和溶质浓度溶液（在高水头和/或浓度梯度区域自动添加网格细化）

• 改变AMR的数量即可更改网格分辨率

• 地模拟薄层高度分层的羽状物（高阶欧氏-拉格朗日输运溶液显著降低了数值色散）

• 利用多核处理器

• 在模拟以技术为主的运输时，使用大得多的时间步长

• 减少计算工作量（模拟时间步长根据速度场和单元大小自动调整）

• 在模型运行期间可视化监视模拟进度

   

   

自适应网格细化

地下水流和大规模溶质运输的高分辨率三维建模需要算法将计算工作集中在需要的地方（Langevin和Panday , 2012）。

自适应网格细化（AMR）技术通过动态地重新分配计算网格上的节点来实现这一目标，使得物理现象可以在空间和时间上准备地解决（Gamlie和Abriola，1992）。在物理过程中的梯度（例如，流动/运输模型中的水头/浓度）较大的区域中，节点间距通常会减小，而在梯度较小的区域中，节点间距会减小。

Adaptive Groundwater代码了一种新型的自适应模拟软件，用于三维地下水流系统的高分辨率，现场建模。该软件通过转换和添加/删除逐步更的子网格的伸缩来自动调整多个流量和传输过程，以在整个全局模拟域中保持指定的数值度，自动适应流量和运输过程的多个比例。

模拟控制：模拟控制参数对话框定义了以下控制数值网格设计，模拟时间步长，流量和传输方程解精度（Picard轶代和轶代矩阵求解器容差）以及模拟控制参数的输入参数组：

• 并行处理：Adaptive Groundwater允许用户设置程序在模拟和后处理（即输出查看）期间将使用的并行处理线程数。

水力传到率（K）可以指定为均匀K区或相关的对数正态分布的随机K[In （K）]场。

• 流动：在此菜单中，您可以指定“流量和传输”或“流量”解决方案。您还可以让程序计算流场的近似稳态解，以便用作初始液压头分布（“Compute Initial Heahs”复选框；如果未选中，则使用的起始头）。用户还可以为流程解决方案中使用的Picard轶代指定液压头收敛容差。

• 传输：指定用于求解传输方程的Picard轶代的溶质浓度收敛容差。另外，设置用于对流方程解的插值多项式的次数（线的英尺处的浓度插值）。

• 自适应网格细化：该输入参数基于逐渐更的子网格的伸缩水平（NLEVEL）的数量和从AMR水平到AMR水平的细胞细化程度（IREFINE）来控制整体网格细化（即，细胞大小分布）。您还可以通过制定程序使用的头部和浓度差（dH_mesh和dC_mesh）来控制网格细化，以确定在何处添加等别的网格细化 [例如在dH_mesh（m）和dC-mesh（mg / L）的区域中在粗细胞中心之间-头部或东都的大梯度，或两者兼而有之-这些粗细胞被表姐化]。通过限制网格中的较大细胞总数（NCELL_max）来控制整体网格分辨率，这迫使程序进行调整。

• 时间步进：Adaptive Groundwater在模拟过程中根据速度场的瞬态或空间变化，与羽流位置相关的局部单元尺寸和Picard轶代自动调整时间步长公差。由于欧拉-拉格朗日传输解决方案，程序通常可以使用比较传统代码的时间步长（即Cu>>1）。改程序根据用户指定的Courant数标准自动调整时间步长，因为羽流通过网格的不同分辨率区域和高孔隙速度的区域（例如，靠近抽水井）进行平流。

• 轶代矩阵求解器：用户可以调整轶代矩阵求解器的较大轶代次数和收敛准则[水头和溶质浓度（传输方程的色散部分的解）]。

• 保存的模拟结果：次输入参数组制定将模拟结果（液压头溶质浓度，空隙速度等）写入输出文件以后续查看的时间。

多孔介质

通过使用“Adaptive Groundwater”，可以通过在“模拟控制参数”对话框中选择的单选按钮，将水力传导率（K）分配为同质K区域或对数正态分布的相关对数随机K字段。可以通过窗口或多边形（用户定义或导入的ASCII多段线坐标）或逐个单元分配多孔介质区域。在平面视图中，将为“基本网格”单元中的等的网格单元分配相同的属性值。在横截面中，可以选择增加网格分辨率以适应材料区的要求（例如，添加薄区域粘土层或高分辨率基岩表面），从而使材料层比基础网格层薄得多（即，薄到细化的网格区域中的层厚度）。

多孔介质区域特可以基于将划定的水文地质单元分开的内插地质接触面进行分配。使用此选项，现有的多孔介质区域将替换为水文地质单元相关的区域。定义地质接触的表面是通过XYZ和标题信息的ASCII文件加载的。

相关随机ln（K）分布的是几何平均值，ln（K）方差以及水平和垂直相关长度。

在AMR细化的高等上生成随机K值，并为较粗的AMR单元进行平均（几何平均值）。

初始状态

Adaptive Groundwater提供了是四种在模拟域中定义现实的，复杂的初始浓度分布的技术：

• 集中区-通过多边形或单元分配

• 多个高斯羽流的叠加（基于多个羽流的瞬时电源的解析）和浓度区域值

• 浓度数据[（x，y，z，C）的三维插值（kriging）到计算网格上

边界条件

Adaptive Groundwater的动态功能是根据用户对边界条件的精度定义（一次），自动定义网格边界条件。随着网格单元尺寸和AMR水平的变化，水力压头和溶质的浓度BC以及河流和湖泊的“泄露”边界条件，将自动更新数值网格中的单元，以使其接近BC几何形状。例如，河流由中心线坐标（x，y，z）以及河流宽度和河床厚度定义一次。沿中心线的不连续位置也输入了诸如水面高度（水位），河床渗透率和厚度之类的水力。

您还可以为通过含水层边界，注入井或河流和湖泊进入含水层的水指定不同的“默认流入浓度”。在时间步骤中，程度都会自动检查单元并确定水进入模拟域的单元。对于这些单元格，如果用户尚未在此位置指定浓度边界条件，则程序会自动为运输分配固定浓度的BC。例如，您可以让程序为的淡水流入单元自动分配浓度BC（默认值），而担心手动指定这些边界条件。

可提供以下类型的地下水流量边界条件：

• 液压头：基于多边形和用户指定的垂直范围分配在区域上。液压头值可以是恒定的或取决于时间的。

• 线性变化的液压头：基于线段或多段折线（BC中心线），宽度（平面图）和垂直厚度，BC将应用于单个单元。

• 含水层边界面的液压头：固定的水头边界条件在垂直网格边界的整个深度上均匀分配（例如，在和下降边界处的边界单元）。

• 抽水井：具有单个屏蔽间隔的垂直和水平注入井和抽取井。泵送速率可以是恒定的或取决于时间的。抽水井分配来自“设计数据库”，其中用户创建的井筛设计和抽水率计划。

• Lakes-boundary-定义为多边形。用户定义了湖水压头；湖床厚度，海拔和渗透率；和湖水中溶解成分的浓度。

• 河流：基于折线，用户定义河段中点头，海拔，河床厚度，宽度，渗透率和浓度。

• 充电：基于多边形区域或逐个单元格。具有指定溶质浓度的地下水补给由程序分配给与模拟域的顶部边界相邻的单元。

适应地下水可以使用以下类型的溶质运输边界条件：

• 集中：基于多边形和用户指定的水质范围在区域上分配。溶质浓度可以是恒定的或时间以来依赖性的。

• 线性变化浓度：基于线段或多段折线（BC中心），宽度和垂直厚度，BC将引用于单个单元格。

• 对于含水层边界面恒定浓度小号：固定的溶质浓度的边界条件均匀i跨越垂直流入边界的整个深度进行分配。

• 默认入流浓度：你还可以为通过含水层边界，注入井或河流和湖泊进入含水层的水指定不同的“默认流入浓度”。

路线和监测点

Adaptive Groundwater计算从用户选择的起始坐标开始的地下水路径。

路劲可以“向前”（随着地下水流动；即及时向前）或“向后”（及时向后）追踪。仿真期间，路径线也可以在指定的时间停止。可以在二维视图和三维视图中查看有无化学阻滞效应的路径轨迹。同样，可以在路径线上以指定的时间间隔绘制行进时间标记。

Adaptive Groundwater可在模拟过程中在用户要求的（x，y，z）监视位置保存溶质浓度和水压头与时间的数据。通过单击的监视位置，可以查看和导出这些结果。

输入/输出可视化

Adaptive Groundwater具有“查看输入”功能，允许用户查看多孔介质的属性（流量和传输），溶质浓度初始条件，补给区，流量和传输边界条件（例如，的水头和浓度BC，湖泊和河流，抽水井），监控点和路径起点。

查看模型结果的选项很多，：

• 二维等高线-2D平面图和垂直切片可以使用线条或颜色泛滥显示，并且可以显示水头或浓度

• 速度矢量，路径线和模拟网格可以与井，监测点，边界条件和无流量区域一起绘制为叠加图。您可以滚动输出时间，在界中对图层和切片进行建模，以及放大/缩小或翻译视图。

• 您可以使用“查看模拟结果”对话框上的单选按钮的在2D视图和以下3D视图之间切换。图形格式文件也可以保存或导入。

• 3D曲面图-3D曲面图显示2D切片的浓度或水头值。与2D轮廓一样，用户可以的从时间滚动到时间，以及从图层或切片滚动到。

• 3D体积图-3D体积图可用于将模拟的溶质浓度和液压头显示为3D等高线图。可以使用浓度，水头和空间消隐选项来生成剖面图，等值面图和3D切片图。路径线，井网几何形状和数字网格可以显示为叠加。可以调整3D视点，垂直夸张和缩放系数。

• 3D栅栏图-3D栅栏图可以创建为单个垂直和/或水平切片，以显示浓度和/或液压头。路径点，井网几何形状和数字网格可以显示为叠加。可以调整3D视点，垂直夸张和多方系数。选项也可用。

• 可以将图打印或导出为矢量和光栅图像格式，或者导出为ASCII文件。

• 动画-可以为以上查看选项创建动画。动画可以基于时间步长，模型中的水平/垂直切片或视角（3D图）

系统要求：

Windows XP , Vista ， 7或8。