Computational Subsurface Hydrology: Reactions, Transport, and Fate

هر مدل عددی زیرسطحی از سه جزء تشکیل شده است: یک مبنای نظری برای ترجمه پدیده های درک ما به معادلات دیفرانسیل جزئی و شرایط مرزی، یک روش عددی برای تقریب این معادلات حاکم و اجرای شرایط مرزی، و یک پیاده سازی کامپیوتری برای ایجاد یک کد عمومی برای تحقیق و همچنین برای کاربردهای عملی. هیدرولوژی محاسباتی زیرسطحی: واکنش ها، حمل و نقل و سرنوشت حول این موضوعات سازماندهی شده است.
فرآیندهای اساسی که در رسانه‌های زیرسطحی اتفاق می‌افتند، با استفاده از قضیه حمل و نقل رینولدز به شدت در معادلات حاکم ادغام می‌شوند و برهم‌کنش‌های این فرآیندها با محیط اطراف به طرز پیچیده‌ای در انواع مختلفی از شرایط مرزی با استفاده از استدلال فیزیکی ریخته می‌شوند. انواع روش های عددی برای مقابله با حمل و نقل شیمیایی واکنشی در زیر سطحی محاسباتیهیدرولوژی: واکنش ها، حمل و نقل و سرنوشت با تاکید ویژه بر اصلاح شبکه محلی تطبیقی ​​و اوج پوشش داده شده است. گرفتن با استفاده از رویکرد لاگرانژی-اولری. موضوعات مربوط به جریان های سیال جفت شده و حمل و نقل شیمیایی واکنش دهنده، سهم منحصر به فرد این کتاب است. آنها به عنوان مرجعی برای تحقیق و همچنین برای کاربردهای عملی با کد رایانه ای که می توان از نویسنده خریداری کرد، استفاده می شود.
چهار کد کامپیوتری برای شبیه‌سازی انتقال املاح افقی یکپارچه عمودی (LEMA)، انتقال آلاینده در سفره‌های آبی متحرک در سه بعدی (3DLEMA)، انتقال املاح در جریان‌های اشباع متغیر در دو بعد (LEWASTE)، و انتقال املاح تحت شرایط اشباع متغیر جریان های سه بعدی (3DLEWASTE) پوشیده شده اند. این چهار کد کامپیوتری برای کاربردهای عمومی برای مسائل تحقیقاتی و عملی طراحی شده‌اند. آنها می توانند برای شبیه سازی بیشتر مسائل عملی و واقعی میدانی استفاده شوند.
حمل و نقل شیمیایی واکنش پذیر و جفت شدن آن با جریان سیال از ویژگی های منحصر به فرد این کتاب است. تئوری‌ها، پیاده‌سازی‌های عددی، و نمونه‌ای از مشکلات حمل و نقل واکنشی جفت شده و جریان‌ها در رسانه‌های اشباع متغیر ارائه شده‌اند. یک کد کامپیوتری عمومی، HYDROGEOCHEM 3.0، توسعه یافته است. در مجموع از هشت مسئله مثال برای نشان دادن کاربرد مدل محاسباتی استفاده می شود. این مشکلات به عنوان نمونه ای برای راه اندازی انواع شبیه سازی هایی که ممکن است در برنامه های تحقیقاتی و سایت های میدانی با آنها مواجه شود، ارائه می شوند.
هیدرولوژی محاسباتی زیرسطحی: واکنش ها، حمل و نقل و سرنوشت به مهندسان و دانشمندان شاغل پیشینه نظری، روش های عددی و کدهای کامپیوتری برای مدل سازی انتقال آلاینده ها در رسانه های زیرسطحی ارائه می دهد. همچنین به عنوان یک کتاب درسی برای دوره های ارشد و فارغ التحصیل در مورد حمل و نقل شیمیایی واکنش پذیر در رسانه های زیرسطحی در رشته هایی مانند مهندسی عمران و محیط زیست، مهندسی کشاورزی، علوم زمین، علوم خاک و مهندسی شیمی عمل می کند.
هیدرولوژی محاسباتی زیرسطحی: واکنش ها، حمل و نقل و سرنوشت یک مشتق سیستماتیک از معادلات حاکم و شرایط مرزی انتقال آلاینده های زیرسطحی و همچنین فرآیندهای ژئوشیمیایی و بیوشیمیایی مبتنی بر واکنش را ارائه می دهد. این مقاله انواع روش‌های عددی را برای جابجایی مسائل با جلوی تیز مورد بحث قرار می‌دهد، روش‌های جزئیات ساخت روش‌های المان محدود لاگرانژی-اولری را توضیح می‌دهد، و اجرای دقیق کدهای رایانه‌ای را که برای انتقال آلاینده‌های زیرسطحی و واکنش‌های بیوژئوشیمیایی اعمال می‌شوند، توصیف می‌کند.

Any numerical subsurface model is comprised of three components: a theoretical basis to translate our understanding phenomena into partial differential equations and boundary conditions, a numerical method to approximate these governing equations and implement the boundary conditions, and a computer implementation to generate a generic code for research as well as for practical applications. Computational Subsurface Hydrology: Reactions, Transport, and Fate is organized around these themes.
The fundamental processes occurring in subsurface media are rigorously integrated into governing equations using the Reynolds transport theorem and interactions of these processes with the surrounding media are sophisticatedly cast into various types of boundary conditions using physical reasoning. A variety of numerical methods to deal with reactive chemical transport are covered in Computational SubsurfaceHydrology: Reactions, Transport, and Fate with a particular emphasis on the adaptive local grid refinement and peak capture using the Lagrangian-Eulerian approach. The topics on coupled fluid flows and reactive chemical transport are unique contributions of this book. They serve as a reference for research as well as for practical applications with a computer code that can be purchased from the author.
Four computer codes to simulate vertically integrated horizontal solute transport (LEMA), contaminant transport in moving phreatic aquifers in three dimensions (3DLEMA), solute transport in variably saturated flows in two dimensions (LEWASTE), and solute transport under variably saturated flows in three dimensions (3DLEWASTE) are covered. These four computer codes are designed for generic applications to both research and practical problems. They could be used to simulate most of the practical, real-world field problems.
Reactive chemical transport and its coupling with fluid flows are unique features in this book. Theories, numerical implementations, and example problems of coupled reactive transport and flows in variably saturated media are presented. A generic computer code, HYDROGEOCHEM 3.0, is developed. A total of eight example problems are used to illustrate the application of the computational model. These problems are intended to serve as examples for setting up a variety of simulations that one may encounter in research and field-site applications.
Computational Subsurface Hydrology: Reactions, Transport, and Fate offers practicing engineers and scientists a theoretical background, numerical methods, and computer codes for modeling contaminant transport in subsurface media. It also serves as a textbook for senior and graduate course on reactive chemical transport in subsurface media in disciplines such as civil and environmental engineering, agricultural engineering, geosciences, soil sciences, and chemical engineering.
Computational Subsurface Hydrology: Reactions, Transport, and Fate presents a systematic derivation of governing equations and boundary conditions of subsurface contaminant transport as well as reaction-based geochemical and biochemical processes. It discusses a variety of numerical methods for moving sharp-front problems, expounds detail procedures of constructing Lagrangian-Eulerian finite element methods, and describes precise implementation of computer codes as they are applied to subsurface contaminant transport and biogeochemical reactions.