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PHREEQC建模,计算结果可视化,反向“编译”、后处理,GibbsStudio和PhreePlo方法

已有 500 次阅读 2024-11-13 12:28 |系统分类:科研笔记

PHREEQC能够处理各类热力学平衡反应,包括水岩反应、离子交换反应、表面络合反应、固溶体和水气平衡反应。得益于内置的Basic语言,PHREEQC可以轻松模拟各类反应动力学过程,包括矿物溶解沉淀,微生物反应和有机物分解等过程。目前,PHREEQC系列软件已广泛应用于各类实验研究与理论计算,如离子组分与活度计算、矿物饱和指数评估、各类优势相图绘制以及多参数拟合等。此外,PHREEQC致力于解决多种水-工-环问题,包括矿山排水酸化、包气带与饱和带地下水污染与修复、地热地质过程评价、核废料处理以及二氧化碳封存等领域。

然而,尽管PHREEQC完全开源且自带20多个优秀案例,说明书存在编写逻辑割裂比较严重,且大多名词使用不符合相关专业称谓。这为初学者带来了不小的入门难度。特别地,3.0版本以来,很多案例代码作了重新优化,复杂函数及USER GRAPH模块的添加,使得代码自学难度进一步提升。

针对PHREEQC软件学习过程中“晦涩”、“孤立”,以及计算结果后处理困难等问题,本教程分为三个维度开展,即第一阶段:PHREEQC软件与常用模块讲解建模及经典案例拆解学习(20+n);第二阶段:PHREEQC在多领域文献中应用及反向“编译”练习;第三阶段:PHREEQC高阶拓展应用,“玩转”后处理,并首次添加了GibbsStudio和PhreePlot的内容讲解。通过学习,进一步夯实水文地球化学化学基本理论,掌握PHREEQC模型搭建思路与重要模块使用原则,并初步形成独立解决各自研究领域实际问题的能力。

【目标】:

1.了解PHREEQC系列软件各衍生版本功能与区别,及当前软件短板与发展前景

2.熟悉PHREEQC软件功能与应用场景,掌握PHREEQC常用模块调用与功能耦合,包括离子组分计算、矿物饱和指数计算、平衡相、氧化还原反应、吸附解析反应、表面络合反应以及反应动力学通用计算等

3.理解PHREEQC反向模拟原理,并掌握软件操作

4.掌握PHREEQC基本文本输出和绘图功能,并进一步拓展使用GibbsStudio和PhreePlot开展后处理的能力

5.掌握软件自带20个案例建模思路,告别以往单纯代码讲解环节;通过提供初始数据,让学员自己练习建模步骤,理解建模思路

6.结合近年来文献中PHREEQC应用场景,选择3-4个典型应用,完成代码与数据再现,进一步锻炼学员独立处理实际问题的能力

第一部分 PHREEQC软件主要功能模块介绍与案例讲解

PHREEQC软件简要介绍,包括软件研发历史、版本迭代与衍生,主要功能模块和应用场景,软件当前“短板”与发展前景。讲解7-10个软件自带经典案例。

1.1 PHREEQC软件介绍

1.2 PHREEQC功能介绍

1.3 PHREEQC主要功能模块介绍

1.4 PHREEQC自带案例库学习(初步设计讲解前10个案例)

第二部分 PHREEQC自带案例库学习(续)

针对软件自带后10个案例进行拆解学习

第三部分 建模思路培养与案例练习,文献中PHREEQC应用解析与再现

趁热打铁!给学员提供案例说明与基础数据,讲解建模思路后,由学员自主完成新案例的代码实现,锻炼学员独立解决实际问题的能力。开展更复杂的实例教学,素材选自近年来发表的涉及PHREEQC应用的文献,初步讲解2-3个案例。

3.1 第三方案例练习

3.2 PHREEQC文献应用与还原再现

①静态高压釜水热反应过程

②基于多矿物溶解平衡计算地热温标

③露天矿床酸性水体成因分析与环境保护

④地热系统中玄武岩玻璃对砷元素吸附性能研究

第四部分 PhreePlot软件讲解、稳定场相图绘制与PHREEQC总结交流

对前期部分模拟进行收尾或应学员要求增添一个新应用;后续时间介绍PhreePlot软件,并重点就稳定场相图绘制进行讲解与练习。就PHREEQC系列软件功能、不足与拓展进行总结说明;学员自由探讨交流学习心得,为深入学习打好铺垫。

4.1 PhreePlot软件介绍与相图绘制 

4.2 PHREEQC系列软件学习心得交流与总结

系统回顾PHREEQC学习心得,分享学习资源,构建线下交流通道;针对目前软件不足与拓展进行总结说明。

注:请提前安装所需软件

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