【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于地球科学与工程，具体涉及一种多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法及系统。
技术介绍
1、针对劣质地下水赋存环境与形态复杂多变、时空分布高度变异、有害组分共生、多相多形态多路径反应网络等特点，采用水文地质学、地球化学、反应动力学、数值理论等多学科交叉手段，在现有反应性溶质运移模拟技术的基础上，基于多孔介质地下水动力和化学质量平衡、地球化学反应动力学理论，构建多相体系地下水中劣质组分对流-弥散-地球化学反应耦合迁移数学模型；一般这类劣质组分包括砷、氟、碘、氨氮、镉等。在地下水水流作用下，通常涉及固-液-气相多相态的反应。含水层中部分离子组分会随之发生对流、弥散作用，进而在迁移过程中与其它物质发生地球化学反应。通常地下水流速比较缓慢，固相物质不会发生迁移，在微生物介导下，固-液相之间相互转化，固相的转化主要为含砷黄铁矿、铁的氧化物、以及其他矿物发生沉淀溶解过程、水相络合过程、表面络合过程、离子交换过程以及竞争吸附过程。此外，有机质也作为微生物重要的营养源，被分解与转化，在这个过程中可能会产生二氧化碳、氨气等气相物质。地下水劣质组分富集、迁移与转化是地下水中不同类型组分在水动力、弥散和化学反应多过程耦合作用下的结果，在耦合条件下，劣质组分沿重力和地下水流方向迁移、弥散。由于劣质组分内部降解和转化、微生物的消耗与降解，随着时间的推移，劣质组分会不断沿重力及水流方向迁移消减；
2、目前的研究主要是通过模拟劣质组分在含水介质中的单相流、两相流、多相流情形下的运移特征，并建立相应的数值模型，探讨溶质理化性质、含水
技术实现思路
1、针对上述现有技术的缺乏，本专利技术的目的在于提供一种多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法及系统，该方法能够考虑针对原生劣质地下水的多相体系地下水反应性溶质运移，结合其理化性质及其驱动参数，了解其在土水介质中的迁移及空间分布，构建了耦合多相流、溶质运移和化学反应过程的模型来模拟劣质组分在多相体系地下水环境中的反应运移情况。
2、本专利技术具体采用如下技术方案：多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，包括如下步骤：
3、ss1：确定多相体系中的模型参数，所述模型参数包括：溶质理化参数，地层参数，温度；
4、ss2：根据ss1收集的模型参数，基于质量和能量守恒的基本方程、多相流渗流场、理化性质及驱动参数耦合数学方程建立反应性溶质运移方程；
5、ss3：建立地层模型，进行网格剖分；确定研究区域的地质特征，包括地层结构、渗透率等；基于地质特征，建立三维地层模型，并进行网格剖分，确保模型足够精细以捕捉关键过程；
6、ss4：设置模型基本参数和初始条件；设置模拟的时间步长和空间步长，以平衡计算效率和准确性；定义多相流模型中的流体属性，如水、气、矿物相的物理参数；确定初始条件，包括孔隙水和气相的分布情况；
7、ss5：确定边界条件，设置地下水与大气相互作用的边界条件，考虑气体交换、蒸发和降水等，考虑侧向边界条件，以模拟流体的流入和流出；
8、ss6：模拟溶质运移和化学反应，进行溶质运移模拟，结合多相流状态，模拟溶质在地下水中的扩散和迁移，求解多相流、溶质运移和化学反应过程模型，考虑化学反应，如溶解、沉淀、离子交换等，以模拟地下水中的溶质转化过程，从而得到多相体系中反应性溶质在地下水系统中的迁移分布。
9、优选的，所述ss2中的理化性质及驱动参数耦合数学方程及所述ss6中的多相流、溶质运移和化学反应过程模型，确定各物理场的模型参数。
10、优选的，所述ss2中的多相流、理化性质及驱动参数耦合数学方程建立多相流溶质运移方程：
11、
12、
13、
14、
15、
16、γα＝wαρα (6)
17、
18、α代表相，即用于区分两个或多个连续性流体，这些连续体被一个尖锐的界面隔开，在这个界面上存在流体性质的不连续。此处主要包括气相gas(g)、
19、液相liquid(l)以及固体基质solid(s)；
20、式中，sα包含气相sg、液相sl饱和度；ρα包含气相ρg、液相ρl、固相ρs密度；dα为气相、液相弥散系数；qα为达西流速；为摩尔分数；fi为α相的通量；t为温度(℃)；uα，hα为分别为流体相的内能和焓；cs，kth分别为固体热容量和导热系数，kth通常由热特征曲线确定；kdry，kwet分别为固体干燥和完全湿润状态(即全饱和状态)；k，分别为饱和渗透率和相对渗透率；μα为粘度；g为重力加速度；pα为流体压强，通常包括液相、气相压力和毛细压力；wα，wi分别为各相权重和各组分权重。
21、优选的，所述ss6中的耦合多相流、溶质运移和化学反应过程模型，进行多相流体系地下水中反应溶质运移分布规律数值模拟：
22、
23、每个动力学反应对应于一个独立的动力学物种，根据动力学速率定律演化。因此，对于j个动力学反应，我们可以得到j个独立动力学种的j个质量平衡。不考虑运移时如(9)：
24、
25、对于矿物溶解/沉淀动力学反应，动力学反应速率rk表示如(10)：
26、
27、
28、
29、β＝gas reactions(g)、mineral reactions(m)、aqueous reactions(a)；j∈i；
30、β表示参与化学反应的物质组分，组分的数量定义了描述体系所有相结构所必需的独立物质的最小数量。组分可以由化学元素(如氢、氮)、分子物质(如纯水、氯化钠)或不同物质的混合物(如碱度)组成。物质组分类型包括气相gas reactions(g)、矿物相mineralreactions(m)以及水相aqueous reactions(a)；j∈i；
31、式中，sα包含气相sg、液相sl饱和度；ρα包含气相ρg、液相ρl、固相ρs密度；dα为气相、液相弥散系数；qα为达西流速；为摩尔分数；fi为α相的通量；t为温度(℃)；f为单位时间单位体积含水层内由其它的化学反应或者微生物活动引起的热量变化,j/(t·m3)；hα，hα为分别为流体相的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，其特征在于，所述SS2中的理化性质及驱动参数耦合数学方程及所述SS6中的多相流、溶质运移和化学反应过程模型，确定各物理场的模型参数。
3.根据权利要求2所述的多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，其特征在于，所述SS2中的多相流渗流场、理化性质及驱动参数耦合数学方程建立多相流溶质运移方程：
4.根据权利要求3所述的多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，其特征在于，所述SS6中的多相流、溶质运移和化学反应过程模型，进行多相流体系地下水中反应溶质运移分布规律数值模拟：
5.根据权利要求1所述的多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，其特征在于，所述SS1中的溶质理化参数包括密度、流体粘度、溶解度、扩散率，所述地层参数包括密度、孔隙度、渗透率。
6.一种多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟系统，基于上述方法实现，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所
...【技术特征摘要】
1.一种多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，其特征在于，所述ss2中的理化性质及驱动参数耦合数学方程及所述ss6中的多相流、溶质运移和化学反应过程模型，确定各物理场的模型参数。
3.根据权利要求2所述的多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，其特征在于，所述ss2中的多相流渗流场、理化性质及驱动参数耦合数学方程建立多相流溶质运移方程：
4.根据权利要求3所述的多相体系中地下水反应性溶质运移数值模拟方法，其特征在于，所述ss6中的多相流、溶...
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