MT3DMS用户手册.pdf

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序
N 加速方案。如果选择了 GCG 解
法，弥散、汇/源和反应项会被隐式求解，没有任何稳定性约束。对于对流项，
用户可选择任何可用的解决方法，包括标准有限差分法，基于粒子追踪的欧拉－
拉格朗日法和三阶 TVD 方法。有限差分法可以是完全显式的而没有任何稳定性
约束限制运移步长，但基于粒子追踪的欧拉－拉格朗日法和三阶 TVD 方法仍有
与粒子追踪法和 TVD 方法有关的对时间步长的约束。如果没有选择 GCG 方法，
MT3DMS 自动选择具有一般稳定性约束的显式方法，这种显式公式对解决对流
占优的问题是有效的，在这些问题中运移步长大小受精确限制。当隐式解法需要
大量的迭代次数来收敛或当计算机系统没有足够的内存来应用隐式解法时，显式
公式同样有用。
MT3DMS 利用一个可选的双区方程来模拟质量运移。利用这个方程，多孔
介质被看作由两种不同的区域构成：流动的区域，在这个区域里对流在运移中占主导；不流动的区域，在这个区域里，分子扩散在运移中占主导。对每个模型单
元，不再是一种单独的有效孔隙，而是两种孔隙，一种对应流动区域，一种对应
不流动区域被用来表示多孔介质的特性。流动和不流动区域之间的交换由一个质
量转移系数表示。当模拟裂隙介质或极不均质多孔介质中的运移时，如果孔隙度
和质量转移系数被合适表示，双区对流－扩散模型比单孔隙度的对流－扩散模型
更合适。
MT3DMS 保留了和最初 MT3D 软件相同的模块化结构，它和美国地质调查
局模块化三维有限差分地下水流模型(MODELFLOEW，McDonald 和 Harbaugh
1988；Harbaugh 和 MacDonald 1996)是类似的。这种运移模型的模块化结构使在
不需为没有用到的选项保留计算机内存空间的情况下单独模拟对流、弥散/扩散、
源/汇混合和化学反应成为可能。另外，包括其他运移过程和反应的模块可即时
补充到模型中，而无需改变原有代码。
正如最初的 MT3D 软件，MT3DMS 的提出是要利用任何象 MODELFLOW
的块体中心的有限差分流动模型，并且它基于浓度场的变化不会显著影响流场的
假设。一个水流模型建立和校准后，运移模型需要的信息可以保存成硬盘文件并
被运移模型利用。既然运移模型的大多数潜在用户很可能已熟悉了一个或多种水
流模型，MT3DMS 提供了这样一个机会，用户不需要再学习一个新的水流模型
或更改现有的水流模型以适应运移模型就能模拟污染物的运移。另外，运移模型
之外进行单独水流模拟会大量节省计算机内存。当多个运移模型要求运行而水流
模型保持不变时，这种模型结构可节省运行时间。虽然该报告只介绍了 MT3DMS
与 MODFLOEW 的联合使用，但 MT3DMS 可以与其它块体中心的有限差分水流
模型以一种简单直接的方式相结合。
MT3DMS 可在具有多种类型的边界条件和外部源汇并考虑对流、弥散和一
些基本化学反应的情况下，模拟地下水易混合污染物的浓度变化。模型中的化学
反应为均衡控制或速率受限的线性或非线形吸附以及一级不可逆或可逆的动态
反应。应该注意的是，包含在 MT3DMS 中的基本化学反应程序包适用于单组分
系统。附加的反应程序包，如 RT3D(Clement,1997)或 SEAM3D(Widdowson 和
Waddill,1997)被用于模拟更复杂的多组分反应。MT3DMS 能接纳非常普遍的空
间剖分和运移边界条件，包括：(a)承压的、非承压的或者承压/非承压相互转化
的含水层模型层；(b)倾斜且同一层内单元厚度不同的模型层；(c)指定浓度或质
量通量边界；(d)外部的源或汇，如井、渠、河、面状补给和蒸腾对溶质运移产
生的影响。
报告组织结构
该报告涵盖了