[发明专利]一种耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法

权利要求书

1.一种耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、收集研究区域的地表水水文数据；

步骤2、构建研究区域的地表水动力模型；

步骤3、构建研究区域的物质输运模型；

步骤4、收集研究区域的地表水水质数据；

步骤5、基于热力学平衡理论构建研究区域的多类型污染物模型；

步骤6、将步骤2中的地表水动力模型、步骤3中的物质输运模型与步骤5中的多类型污染物模型耦合，得到地表水多类型污染物运移模型。

2.如权利要求1所述的耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法，其特征在于，步骤1中，收集研究区域的地表水文数据包括对该区域的地形、水位、盐度、流速、流量、降雨量的监测。

3.如权利要求1所述的耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法，其特征在于，步骤2中，地表水研究区域包括河流、湖泊及近岸海域。

4.如权利要求1所述的耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法，其特征在于，步骤2中，地表水动力模型的控制方程如下所示：

式中：V为速度，P为自由表面压力，r为水体容重，ρ_m为水体密度，z为水深，υ为运动粘滞系数。

5.如权利要求1所述的耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法，其特征在于，步骤3中，物质输运控制方程如下所示：

式中：H为水深；C为等深的物质浓度；t为时间；u和v分别为x、y方向上的速度；K_xx、K_xy、K_yx以及K_yy为二维扩散系数张量，S是源汇项；式(2)采用有限体积法进行差分求解，利用算子分裂算法，将上式分为对流项和扩散项两部分进行分步计算，模型采用Fortran90语言编写。

6.如权利要求1所述的耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法，其特征在于，步骤4中，收集研究区域的地表水水质数据包括水的pH值、pe值、温度和准备研究元素的浓度。

7.如权利要求1所述的耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法，其特征在于，步骤5中，基于热力学平衡理论构建的多类型污染物模型是指以地球化学包PhreeqcRM为基础建立的水质模型。

8.如权利要求1所述的耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法，其特征在于，步骤6中，将地表水动力模型、物质输运模型与多类型污染物模型耦合是指代码层面的全耦合，将使用Fortran90编写的地表水动力、物质输运程序与Fortran版本的PhreeqcRM进行统一编译，在每个时间步长内同步求解水动力模型，物质输运模型与水质模型。

9.如权利要求8所述的耦合地表水污染物完整地球化学反应和运移过程的模拟方法，其特征在于，每一时间步长的计算流程如下：先求解当前时刻的水动力场，然后基于当前计算所得水动力场进行物质输运计算，得到当前时刻各物质的浓度分布场，最后，将当前各物质的浓度结果输入水质模型中，进行地球化学反应过程的计算，得到下一时间步长的各物质初始浓度场。