WASH123D ( WAterSHed Systems of 1-D Stream-River Network, 2-D Overland Regime, and 3-D Subsurface Media) 流域水文模型 是一款可用于河流网络系统、陆面过程(地表径流等浅水)、及饱和- 非饱和地下水系统的流场、反应性多组分溶质迁移、及泥沙输运(地表水)等水循环过程及耦合过程的 分布式数值模型。

该模型是基于流体、 能量、质量守恒定律, 以及生物地球化学反应规律, 模型的控制方程包括: 针 对河网及陆面系统的地表水系统的水流过程的圣维南方程,包括运动波、扩散波、及动力波模型;针对 河网及陆面系统的地表水系统中泥沙输运过程的对流-扩散方程;针对地表水及地下水系统中反应性多 组分溶质迁移过程的对流-扩散过程与地球生物化学反应过程的耦合方程。

除了单个系统的各水文过程的模拟外, WASH123D还可应用于不同系统之间水文过程的耦合模拟, 模型具备: 1)一维和河网系统与二维陆面过程系统的水流耦合模拟; 2)二维陆面过程系统与三维地下 水系统的水流耦合模拟; 3)三维地下水系统与一维河网系统的水流耦合模拟;以及4)一维河网系统、 二维陆面过程系统、及三位地下水系统的水流耦合模拟。

WASH123D是一款通用流域水文模型,模型的各个水文过程均基于严格的物理过程,同时模型包 括了多种边界条件,对于全局边界,考虑了地下水系统的定水头边界、定通量边界、定水头梯度边界、 以及变化的边界条件;泥沙输运及反应性多组分溶质迁移过程则考虑了定浓度、定组分通量、定浓度梯 度、及变化的边界条件;对于源汇项,则作为内部边界条件考虑,包括泵站系统及运行规则、汇流处、 及控制设施,如堰、闸、涵洞、堤、以及蓄水池等; 不同介质之间的边界考虑了通量连续性、状态物理 量连续性、及简化的连接项处理。

针对不同水文过程的特点, WASH123D包括多种数值算法,其中地下水流场使用伽辽金有限单元 法,地表水运动波模型使用拉格朗日法,地表水扩散波模型提供限单元法和拉格朗日法两种选择,地表 水动力波模型则使用拉格朗日-有限单元法。泥沙输运和水质迁移过程提供有拉格朗日法、有限单元法、 及拉格朗日-欧拉法的混合方法。 针对反应性多组溶质迁移过程中的生物地球化学及对流-扩散过程的耦 合,模型提供了全隐式、算子分裂法、以及预估-校正与算子分裂法混合方法。


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