第一讲PHREEQC软件简介_地下水污染与防治解析
PHREEQC在地下水溶质反应运移模拟中的应用
助项目 (50178040) 作者简介 : 毛晓敏 (19712) ,女 ,博士后 ,主要从事水文水资源及
水环境方面的研究 。 E2mail :xmao @ed. ac. uk
移结合起来 ,发展多学科交叉的地下水溶质反应运移 模型[5] 。
本文利用 PHREEQC 对地下水运动情况下土壤中 溶质交换和运移 、氧化还原反应和生物降解分别进行 了模拟 ,并与有关资料进行了验证分析 。
液进 行 淋 洗 交 换 ( 溶 液 浓 度 分 别 为 012N 、210N 和
210N) ,同时采集渗出液观察含标记钙离子溶液浓度的
变化 。
(2) 主要反应概述 因为在两种钙离子存在的条
件下 ,土壤溶液中有如下离子交换反应 :
Ca2+ + Ca 3 - X2
Ca - X2 + Ca 3 2+
(1)
· 2 0 ·
水文地质工程地质
2004 年第 2 期
PHREEQC 在地下水溶质反应2运移模拟中的应用
毛晓敏1 ,刘 翔2 ,Barry D A1 (11 英国爱丁堡大学土木与环境研究所 ,爱丁堡 EH9 3JN ;
21 清华大学环境科学与工程系 ,北京 100084)
摘要 : 由于地下水污染的加剧 ,对地下水中污染物运移规律的研究日益受到重视 。地下水中的溶质在运移过程中伴随 着溶质组分间的化学反应 ,因此需要建立地下水溶质运移与化学反应的耦合模型 。PHREEQC 是近年来发展起来的描述 局部平衡反应 、动态生物化学反应的水文地球化学模拟软件 。本文利用该模拟软件对一维地下水流动过程中溶质离子 交换反应和动态氧化还原反应进行了模拟 。结果表明 , PHREEQC 能够成功地进行溶质运移情况下复杂水化学反应模 拟 ,但对于复杂地下水流和溶质运动的情况 ,有必要耦合其它的地下水流动和溶质运移软件来共同完成 。 关键词 : 地下水 ; 溶质 ; 反应运移 ; 离子交换 ; 动态氧化还原 ; PHREEQC 中图分类号 : P64112 ;P64113 文献标识码 : A 文章编号 : 100023665 (2004) 0220020205
quaveo GMS这是一个非常有名的地下水资源和地下水污染模拟软件
quaveo GMS这是一个非常有名的地下水资源和地下水污染模拟软件。
是美国地质调查局和环保局批准的环境模拟软件。
GMS 是可利用的最复杂的和最包罗万象的地下水模型软件! 在美国政府机关，私人公司和超过90个国家以上的国际性组织,都已有用了成千上万的用户在使用GMS,它已经被证明是十分有效的和令人兴奋的模型系统。
GMS 每状态地下水模拟提供包括位置描述，模型发展，口径测定，后处理和可视化的工具。
GMS是目前最综合的地下水建模软件。
美国政府部门、私企和国际上超过90 个国家的用户都在使用GMS软件，GMS已经被证明是最有效的建模系统。
GMS为地下水模拟的每一阶段提供灵活的模拟工具，包括地点描述、模型开发、校准、后处理和模型显示。
GMS 支持二维和三维的有限元和有限差模型，包括MODFLOW 2000, MODPATH,
MT3DMS/RT3D, SEAM3D, ART3D, UTCHEM, FEMWATER, PEST, UCODE, MODAEM 和SEEP2D. 无论你需要什么模型，GMS都会提供相应工具！
安装说明：执行gms7.1.9full.exe进行软件的安装，完成之后先不要运行软件，复制crack 文件夹中的GMS71.exe到程序安装目录X:\Program Files\GMS 7.1\中，并覆盖原文件即可。
地下水污染的监测和修复技术
地下水污染的监测和修复技术地下水是人类生活中重要的水资源之一，然而，由于人类活动等原因，地下水面临着被污染的风险。
为了确保地下水资源的可持续利用，必须进行地下水污染的监测和修复。
下面将详细介绍地下水污染监测和修复的技术及步骤。
一、地下水污染监测技术1. 地下水采样与分析地下水采样是地下水污染监测的基础，可以通过井水采样、钻孔采样等方法获取地下水样本。
采样完成后，需对样本进行分析，包括测量水质指标如pH值、浑浊度、溶解氧等，以及测定污染物浓度如重金属、有机物等。
2. 地下水位监测地下水位监测主要通过设置水位观测井或水位监测点进行实时测量，可以了解地下水位的变化趋势。
这对于评估地下水流动特性及可能的污染扩散方向非常重要。
3. 地下水流动模拟地下水流动模拟是利用数学模型描述地下水流动规律，预测污染物传输和扩散的过程。
通过模拟计算，可以确定污染源的位置和范围，为后续的污染物修复提供依据。
二、地下水污染修复技术1. 地下水位管理地下水位管理是修复地下水污染的一项重要技术，可以通过调整地下水位达到污染物稀释、稀释增加氧化还原环境等作用。
常见的地下水位管理技术包括人工补给、减水排水等。
2. 生物修复生物修复是利用微生物和植物等生物体对地下水中的污染物进行降解和转化的过程。
生物修复技术包括自然生物修复和人工生物修复。
自然生物修复通过利用土壤和地下水系统中已有的微生物对污染物进行降解。
人工生物修复则是通过添加特定的微生物菌株等手段进行修复。
3. 土壤修复土壤修复是修复地下水污染的重要措施之一，因为地下水与土壤之间存在密切的物质交换。
土壤修复技术包括土壤通气、土壤养分调整、土壤微生物活性培养等。
4. 高级氧化技术高级氧化技术是利用强氧化剂对污染物进行氧化降解的过程。
常见的高级氧化技术包括臭氧氧化、高级氧化过程（Fenton、Fenton-like反应）等。
这些技术通过产生强氧化剂，将有机物氧化成更低毒性的产物。
三、地下水污染监测和修复步骤1. 初步调查与现场勘察：根据地下水周围环境和可能的污染源，进行调查和现场勘察，了解地下水污染的状况。
第一讲PHREEQC软件简介_地下水污染与防治解析
Operation
PHREEQCI Version 2 is a computer program for simulating chemical reactions and transport processes in natural or contaminated water.
PHREEQCI provides all of the capabilities of the geochemical model PHREEQC (Parkhurst and Appelo, 1999), including：
4. 固溶液
PHREEQC使用Guggenheim方法来确定非理 想的二元固溶液（Glynn and Reardon, 1990），尚无法计算非理想的三元固溶液。 可以通过假设为理想状态来模拟两种或更多 种成分的固溶液，但是这种理想状态的假设 过于简化，除相同元素的同位素假设处于理 想状态之外，其他情况不行。
不能收敛。
不过现在数值方法已经非常稳定了，所有已知的收敛问题 已解决。偶尔需要使用关键字KNOBS的缩放属性，这种 情况只有在总溶解度小于1×10-15 mol/kg时才需使用。
7. 逆向模拟
与以前的逆向模拟相比，PHREEQC最大的进步是 在确定你想模型的处理时引入了非确定性设置。然 而，由于算法处理小数据的方法问题，这种算法显 示出的结果中有矛盾的现象。通过修改容许度可使 算法能弥补这一问题。
PHREEQC—create and modify input data files, run simulations, and display results
Modeling capabilities
Aqueous, mineral, gas, surface, ion-exchange, and solid-solution equilibria
地下水软件总结介绍 文档
目录1. 软件介绍 (2)1.1 GMS简介 (2)1.2 Visual MODFLOW简介 (5)1.3 Visual Groundwater简介 (5)1.4 FEFLOW简介 (6)1.5 Processing MODFLOW简介 (7)2. 对比分析 (8)3. 结论 (8)1. 软件介绍1.1 GMS简介地下水模拟系统(Groundwater Modeling System)，简称GMS，是美国Brigham Young University的环境模型研究实验室和美国军队排水工程试验工作站在综合已有地下水模型MODFLOW、MODPATH、MT3D、FEMWATER、RT3D、SEEP2D、SEAM3D、UTCHEM、PEST、UCODE、NUFT等地下水模型而开发的可视化三维地下水模拟软件包。
可进行水流模拟、溶质运移模拟、反应运移模拟；建立三维地层实体，进行钻孔数据管理、二维(三维)地质统计；可视化和打印二维(三维)模拟结果。
其图形界面用起来非常便捷。
由于GMS软件具有良好的使用界面，强大的前、后处理功能及优良的三维可视化效果，目前已成为国际上最受欢迎的地下水模拟软件。
(1) GMS各模块功能简介GMS由MODFLOW、MODPATH、MT3D、FEMWATER、SEEP2D、SEAM3D、RT3D、UTCHEM、PEST、UCODE、MAP、SUBSUR-FACECHARACTERIZATION、BoreholeData、TINs(Triangulated Irregular Nets)、Solid、GEO-STATISTICS等模块组成。
各模块的功能如下：MODFLOW是世界上使用最广泛的三维地下水水流模型。
专门用于孔隙介质中地下水流动的三维有限差分数值模拟，由于其程序结构的模块化、离散方法的简单化及求解方法的多样化等优点，已被广泛用来模拟井流、溪流、河流、排泄、蒸发和补给对非均质和复杂边界条件的水流系统的影响。
PHREEQC在不同化学条件下的地下水化学环境中的应用
PHREEQC在不同化学条件下的地下水化学环境中的应用作者摘要：在高矿化度地下水分布地区实行地浸采矿是一项世界性难题, 因为当地下水矿化度超过5g/ L时就不适合进行地浸。
我国某砂岩型矿含矿含水层地下水的矿化度达到8～12 g/ L ,无论是采用酸法和碱法地浸,都发生堵塞现象。
为了解决这个难题,通过淡化,降低矿区地下水的矿化度,即降低水中Ca2 + 、Mg2 + 及SO42 - 的含量,从而避免了石膏的析出。
在充入CO2 气体的条件下,碳酸盐的饱和指数降为负值。
从而达到地浸顺利进行的目的。
应用PHREEQC模拟软件,对我国某高矿化度地下水的矿地浸溶浸剂进行模拟,通过计算饱和指数,确定溶质水解沉淀的水文地球化学条件的临界值。
研究在该地地浸工艺过程中溶质的存在形式，以及用常规地浸产生沉淀堵塞的原因，为解决地下水高矿化度的难题提供依据和办法。
关键字：高矿化度；地浸；淡化；PHREEQCAbstract:In high salinity groundwater distribution area of in-situ leaching mining is a worldwide problem, because the local water mineralization degree more than 5g/ L is not suitable for in-situ leaching. A sandstone type ore in China ore-bearing aquifer groundwater mineralization degree reached 8 ~ 12 g/ L, either by acid and alkali leaching, are blocked. In order to solve this problem, through desalination, reduce the degree of mineralization of groundwater in the lower water content, Ca2 +, Mg2 + and SO42 -, so as to avoid the precipitation of gypsum. In filling CO2 gas conditions, the saturation index of carbonate fall below zero. So as to achieve the purpose of in-situ leaching smoothly. Application of PHREEQC simulation software, to simulate the high salinity groundwater ore leaching infusion, by calculating the saturation index, the critical value to determine the hydrogeochemical conditions of solute precipitation. In the form of in-situ leaching of solutes in the process, as well as with conventional immersion precipitation blockage reason, provides the basis and the way to solve the problem of groundwater with high mineralization.Keywords:High salinity; leaching; desalination; PHREEQC1.PHREEQC模拟软件简介PHREEQC 是由美国地调所（USGS）在PHREEQE 的基础上开发的用于计算多种低温水文地球化学反应的计算机软件[1] ,是用 C 语言编写的进行低温水文地球化学计算的计算机程序,可进行正向模拟和反向模拟,几乎能解决水、气、岩土相互作用系统中所有平衡热力学和化学动力学问题,包括水溶物配合、吸附-解吸、离子交换、表面配合、溶解-沉淀、氧化-还原。
第一讲PHREEQC软件简介_地下水污染与防治
2. 离子交换模型
离子交换模型假设交换组分的热力学活度等于它 的当量分数，或者用当量分数乘以Debye-Hückel 活度系数，以此定义交换组分的活度（Appelo, 1994），更加复杂的交换模型还不能实现。
在许多野外研究中，离子交换模拟需要用研究区 的介质进行离子交换试验，通过实验获得的数据 来确定合适的模型。
Applications
Mine drainage 矿山排水 Radioactive-waste isolation 放射性废弃物隔离 Contaminant migration 污染物迁移 Natural and engineered aquifer remediation 天
然或工程含水层修复 Aquifer storage and recovery 含水层蓄水和恢复 Water treatment 水处理 Natural systems 天然系统 Laboratory experiments 实验室试验
Keyword data blocks used inspeciation modeling include:
SOLUTION—define the chemical composition of a solution.
SOLUTION_SPREAD—define the chemical composition of multiple solutions in a spreadsheet format.
The most important results of speciation calculations are saturation indices for minerals, which indicate whether a mineral should dissolve or precipitate.
phreeqc实例练习_地下水污染与防治
PHREEQC实例分析例1——物种形成分析这个例子计算了海水中矿物质的分布以及一组有关矿物在海水中的饱和程度。
为了证明如何在这个模型中应用新的元素，将元素铀添加入由phreeqc.dat定义的液相模型中[wateq.dat是包含于程序分类中的一个数据库文件，它来自于WATEQ4F（Ball and Nordstrom, 1991），并包含铀]。
物质形成计算所需要的数据包括温度、Ph、元素的浓度和/或其元素的化合价。
海水中的这些数据见表10。
这个例子计算中输入的数据组见表11。
在模拟中所运用的有关计算的注释包含在TITLE关键字中。
SOLUTION数据块定义了海水的成分。
注意：元素的化合价用元素化学符号后面圆括号中的数字表示[S(6), N(5), N(-3)和O(0)]。
表10—海水的成分[未指定浓度时，其浓度的单位为ppm]分析的组分PHREEQC符号浓度钙Ca 412.3镁Mg 1291.8钠Na 10768.0钾K 399.1铁Fe .002锰Mn .0002硅石，SiO2Si 4.28氯化物Cl 19353.0碱度，HCO3-Alkalinity 141.682硫酸盐，SO42-S(6) 2712.0硝酸盐，NO3-N(5) .29铵，NH4+N(-3) .03铀U .0033pH，标准单位pH 8.22pe，无单位pe 8.451温度，℃temperature 25.0密度，千克/升density 1.023用于分配氧化还原元素和计算饱和指数的pe由redox标识符所指定。
在这个例子中，用氧化还原电对O(-2)/O(0) 计算的pe值相对应于溶解氧/水，并且这个pe适用于需要pe值的所有的计算。
如果redox没有指定，那么缺省的值将会是所输入的pe。
缺省的氧化还原标识符可被任何氧化还原元素代替，如输入元素锰时，则输入的pe被用来表示各种化合价状态的锰；输入铀时，这里是氮/铵电对将会用来计算所形成各种价态铀的pe值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4. 固溶液
PHREEQC使用Guggenheim方法来确定非理 想的二元固溶液（Glynn and Reardon, 1990），尚无法计算非理想的三元固溶液。 可以通过假设为理想状态来模拟两种或更多 种成分的固溶液，但是这种理想状态的假设 过于简化，除相同元素的同位素假设处于理 想状态之外，其他情况不行。
Figure 1. Main screen of PHREEQCI, with the SOLUTION keyword dialog box open.
1. Speciation Modeling
Applications—Speciation modeling is useful in situations where the possibility of mineral dissolution or precipitation needs to be known, as in water treatment, aquifer storage and recovery, artificial recharge, and well injection.
Keyword data blocks used inspeciation modeling include:
SOLUTION—define the chemical composition of a solution.
For example, the SOLUTION keyword data block defines the chemical composition of a solution. PHREEQCI provides tabbed dialog boxes for each PHREEQC keyword
Compatible with Windows 95 and 98,Windows NT 4.0, Windows ME, Windows2000, and Windows XP
Automated installation using InstallShield Interactive access to all of the capabilities of
Davis and Kent（1990）评论表面络合模拟时指出使用物质的浓度作 为被吸附组分的标准状态在理论上是有问题的。PHREEQC版本2使 用的是表面组分的物质的分数作为其活度而不是物质的浓度。在标准 状态下，这一变化对单齿状表面组分是没有影响的，但对多齿状表面 则影响很大。表面络合位置数目、表面积、被吸附组分、合适的等的 确定也是不确定的，实际模拟时需要用实际的野外介质进行实验研究， 通过获取的实验数据来确定合适的表面络合模型，并加入PHREEQC 中进行模拟。
speciation, batch-reaction, 1D reactive-transport, and inverse modeling.
Operation（Continue）
Data for PHREEQC are entered through a series of keyword data blocks, each of which provides a specific type of information.
Introduction
PHREEQCI Version 2 是地球化学计算机程序 PHREEQC (Version 2)完全基于窗口的图形用 户界面；
PHREEQCI 可用于交互式地执行 PHREEQC （第二版）所有的模拟计算能力—物种形成、 批量反应、一维(1D)反应-传输、以及逆向模拟 。
不能收敛。
不过现在数值方法已经非常稳定了，所有已知的收敛问题 已解决。偶尔需要使用关键字KNOBS的缩放属性，这种 情况只有在总溶解度小于1×10-15 mol/kg时才需使用。
7. 逆向模拟
与以前的逆向模拟相比，PHREEQC最大的进步是 在确定你想模型的处理时引入了非确定性设置。然 而，由于算法处理小数据的方法问题，这种算法显 示出的结果中有矛盾的现象。通过修改容许度可使 算法能弥补这一问题。
Kinetic reactions 1D diffusion or advection and dispersion with
dual-porosity medium A powerful inverse modeling capability allows
identification of reactions that account for the chemical evolution in observed water compositions Extensive geochemical databases
lg K
二、PHREEQC的局限性
1. 水溶液模型
PHREEQC用相关的离子和Debye-Hückel方程计算非理想溶液， 这种类型的水溶液模型在较低的离子强度下比较合适，但在 高离子强度下（海水范围或更高）则会失真。
另外，数据库缺乏内部的连续性。因为随程序发布的两个数 据库phreeqc.dat和wareq.dat中的lgKs’ 和反应焓来自于各 种文献，未曾系统地确定溶液模型中单个lgK，也未曾确定 当前数据库中水溶液模型是否与原始的实验数据相适应。使 用时，随程序提供的数据文件可首先考虑，但使用哪种水溶 液组分和热力学数据则由用户自己确定。
PHREEQC的功能
PHREEQC以离子联系的水化学模型为基础，可以推算： （1）生成物和饱和系数； （2）涉及到可逆反应以及不可逆反应的批反应和一维（1D）
运移计算；其中，
涉及到的可逆反应包括水、矿物/无机溶液、气体、固体溶液、 表面络合、离子交换平衡；
不可逆反应包括指定成分摩尔转换、动态控制反应、溶液混合 和温度变化；
（3）逆向建模，可以发现一系列矿物和气体克分子在水中以 不确定组成的转移。
PHREEQC 第二版的新特点
和第一版相比，PHREEQC 第二版的新特点如下： 具有在一维运移计算中模拟弥散（或扩散）和滞
流区的能力，使用用户确定的速率表达式模拟分 子反应，模拟标准的多种成分或非标准的两种成 分的固体溶液的沉淀和溶解， 模拟定体积气相和定压力气相，考虑表面系数或 交换位置随着无机物的溶解和沉淀或者分子反应 的变化而变化，自动采用多套收敛参数， 打印用户指定量到原始输出文件和（或）适合输 入到扩展表格的文件上，以一种与扩展表程序更 兼容的形式确定溶解成分等。
PHREEQC—create and modify input data files, run simulations, and display results
Modeling capabilities
Aqueous, mineral, gas, surface, ion-exchange, and solid-solution equilibria
6. 收敛问题
PHREEQC可以发现输入的数据是否存在错误，但不能发 现所建立的化学模型的无理性错误。例如，可通过元素的 添加或减少来使溶液达到电荷平衡。如果元素无电离组分， 或者即使元素的浓度减少到零时仍存在电荷平衡，则数值 方法不能收敛。其它的物理性错误有：
（1）当想达到某固定浓度时而加入了碱（事实上应加入酸）； （2）当非碳酸碱度已经超过了数据输入中的总碱度时数值方法
此外，PHREEQC中不能处理矿物沉淀时同位素的 Rayleigh分馏效应，这也是一个不足之处。
PHREEQCI
—A Graphical User Interface to the Geochemical Model PHREEQC
U.S. Geological Survey April 2002
3. 表面络合
PHREEQC加入了Dzombak 和Morel（1990）发明的双层模型。双层 模型是显式地计算扩散层组成（Borkovec and Westall, 1983）和非 静电层表面络合（Davis and Kent, 1990）的模型。其它模型，如三 层、四层模型在PHREEQC中当前仍无法处理，根据Langmuir或 Freundlich的等温吸附理论的吸附模拟可以处理成非静电模型的一种 特例。
Operation
PHREEQCI Version 2 is a computer program for simulating chemical reactions and transport processes in natural or contaminated water.
PHREEQCI provides all of the capabilities of the geochemical model PHREEQC (Parkhurst and Appelo, 1999), including：
PHREEQC软件简介
PHREEQC的发展过程
PHREEQC之前的版本是PHREEQE。PHREEQE是1980年美 国地质调查局的Plummer 和Parkhurst等开发出来的， 用于地球化学模拟达15年之久。
PHREEQC于1995年正式推出，它是在PHREEQE的源程 序基础上用C语言重写而成的，消除了PHREEQE的缺 陷与局限性。PHREEQC发展至今已近10年，其版本不 断更新，加入了很多新内容，已发展到版本2中的 2.11子版本。由于其现有的模拟能力在同类软件中 最强大，所以在国际上被广泛使用。
2. 离子交换模型