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HydroGeoSphere（HGS）是职能丰硕的地表和地下水集成建模软件解决规划
，HGS是一个三维节造体积有限元地下水模型
，基于对地表和地下贱动状态组成的水文系统的严格概想化。该模型旨在思考水文循环的关键组成部门。对于每个功夫步
，该模型同时解决地表和地下贱动
，溶质和能量传输方程
，并提供水和溶质平衡。为了实现综合分析
，HydroGeoSphere选取严格的
，质量守旧的建模步骤
，将表表流动和传输方程与3D
，可变鼓和地下贱动和传输方程耦合。这种步骤比依赖于单独的表表和地下建模代码的链接的先前结合步骤越发稳重。

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HGS动态地整合了水文循环的关键组成部门
，并且能够纳入陆地表表过程
，例如从袒露的泥土蒸发
，植被不休蒸腾的蒸腾作用
，非鼓和流
，多孔和/或离散的裂隙介质中的流以及整体中的反映性溶质和热能传输水文地球圈。大孔
，裂缝和瓷砖排水孔能够不陆续的掺入
，也能够使用双沉孔隙度
，双沉渗入性配方来掺入。该模型还能够仿照冬季的水文过程
，例如积雪/消融和孔隙水冻结/消融。

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该HydroGeoSphere平台已经并行利用高机能推算设施
，并解决挑战性的科学和工程问题
，如在分析气象变动对流域、盆地和大陆尺度水资源的影响。

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地下水流

HydroGeoSphere如果在仿照期间总是求解多孔介质中的地下贱动方程
，无论是鼓和还是可变鼓和的流动前提。地下贱动方程能够扩大到蕴含离散裂缝
，个相互作用的多孔陆续体
，井
，瓦排水沟和地表流。对地下贱量进行了以下如果：

• 流体根基上是不成压缩的。

• 多孔介质和裂缝（或大孔）（若是存在的话）是不成变形的。

• 该系统处于等温前提下。

• 空气相是移动的。

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地表水流

地表表的水流在HydroGeoSphere由二维深度均匀流方程
，这是扩散波近似暗示浅水方程表表水流。HydroGeoSphere的地表水流量组件通过以下如果执行：

• 深度均匀流速

• 静水压力垂直散布

• 和善的坡度

• 重要的底部剪切应力。

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表表-次表表耦合

HrdroGeoSphere的二维面积流动？樽裱氲叵履？槭褂玫目占浜凸Ψ蚶肷⒁谎脑级。当求解两个域时（即节点的x和y地位对于每个节点层是一样的）
，表表流动方程在堆叠在地下网格上的2D有限元网格上求解。对于叠加
，为地下区域天生的网格对于表表流动节点是镜像的
，其中表表流动节点高度对应于地下网格的顶部活动层的顶部高程。把稳
，表表流动节点高度能够显著变动以切合地形。然而
，扩散波方程中固有的幼斜率如果将不允许对惯性效应进行建模。

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离散化的表表方程通过叠加（共同节点步骤）或通过表表皮层（双节点步骤）的泄漏与3D地下贱动方程耦合。对于这两种步骤
，表表和地下贱动状态的隐式耦合提供了水的活动的整体视图
，而不是传统的表表和地下状态划分。因而
，逾越陆地表表的通量是一个天然的内部过程
，允许水在表表和地下贱动系统之间移动
，由部门流动流体动力学节造
，而不是在界面处使用物理人为天堑前提。当通过叠加提供地下衔接时
，HydroGeoSphere将二维表表网格的表表流动方程项增长到地下节点顶层的表表流动方程项。

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特点：

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地表水和地下水建模

• 表表区域暗示为2D陆上水流

• 地下区域由3D可变鼓和流组成

• 表表/亚表表域通过基于物理的流体互换相互作用

• 基于地皮利用的功夫和空间变动的蒸散量

• 融雪对水文情况的影响

• 描述和跟踪地下水位

• 处置非积水或划定的积水补给前提和渗水面

• 用于地下的多孔
  ，离散裂缝
  ，双孔隙和双渗入介质肆意组合的裂缝地质资料的暗示

• 贮存
  ，溶质混合和沿井筒的可变量散布

• 密度依赖的流动和运输

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热和溶质运移建模：

• 仿照非反映性和反映性化学物质在表表和地下的迁徙

• 在有关的表表和地下贱场中的热传递

• 处置裂缝和基质之间的流体和质量互换

• 基于扩散效应和基质中的溶质对流

• 推算水龄和溶质迁徙功夫概率

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数值步骤：

• 域的隐式耦合步骤提供了稳重的
  ，质量守恒的解决规划

• 推算算法
  ，使代码能够在幼我推算机上执行集成的3D仿照/动画

• 拥有自动天生和节造功夫步长的自适应功夫步进规划

• 流体和溶质质量平衡跟踪

• 非结构化有限元网格

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职能：

HydroGeoSphere是一种三维节造体积有限元仿照器
，选取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仿照。它使用全局隐式步骤同时求解2D扩散波方程和Richards方程的3D大局。HGS还动态整合水文循环的关键组成部门
，如袒露泥土和水体蒸发
，植被依赖性蒸腾作用
，根系吸收
，融雪和泥土冻融。宏观孔隙
，裂缝和瓦片排水沟等能够单独使用
，也能够选取双孔隙
，双渗入性配方。

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HydroGeoSphere的特有职能是
，当以集成的模式仿照水流时
，允许未来自降雨输入的水分配为陆上和溪流
，蒸发
，渗入
，补给和地下排入地表水等成分以天然的方式形成湖泊和溪流之类的。也就是说
，耦合的数值解步骤允许每个功夫步上同时求解表表流动状态和可变鼓和流动状态。

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该步骤还允许溶化的溶质在地表和地下贱动域之间天然互换
，从而在两种规划的每个功夫步也同时溶化溶质浓度。这使HydroGeoSphere成为一种特有且梦想的工具
，以真切的
，基于物理的方式仿照流域内水和溶质的活动。

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HydroGeoSphere使用节造体积有限元步骤来仿照地表和地下耦合的流动和传输Ｄ芄欢钥杀涔暮偷牧逊煨曰蛄Ｗ春憬3D模型。HydroGeoSphere提供了多种离散选项
，领域从单一的矩形和轴对称区域到拥有复杂几何状态和分层的不规定区域。

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利用领域：

• 水资源综合评估和流域水文分析

• 地皮使用和气象变动对地表和地下水的影响

• 传染物在地表和地下水中的运移

• 调查分析裂隙掩体水文

• 洪灾区域水文分析

• 河道水文分析

• 二维地表径流仿照

• 三维变薄和流仿照

• 裂隙或渠路中的三维流场仿照

• 不变流/非不变流仿照

• 平流和弥散过程仿照

• 密度流仿照

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