虽然我们的日常生活明显受到水循环中“明亮的”(雨、雪等)部分的影响，但其他循环，比如我们脚下流动的地下水，也同样重要。地下水常用于灌溉和饮用，并影响着自然过程和栖息地。在研究地下水时，了解各种溶质在水中的迁移通常很重要。要预测溶质的迁移，科研人员可以使用多物理场仿真。
通过追踪溶质监测地下水质量
如果能看到地球表面以下，你会看到什么？你将发现大量的淡水，因为地球上大约 30% 的淡水位于地表以下。地下水不像地下河水那样流动，而是像海绵中的水一样充满土壤和岩石颗粒之间的空隙。
地下水示意图。
确保地下水不受污染至关重要。这些水不仅可用于饮用和灌溉，而且还影响着不同栖息地的健康，对河流和溪流的流动也有帮助。工程师们致力于预防地下水遭受污染(可能会伤害人类和野生动物)，并定期监测地下水的流动和健康状态。他们的工作包括检测地下水中的污染物，使用人工示踪物等设备研究地下水的流动和迁移。
为了准确预测污染物和示踪剂等溶质在地下流体中的迁移，环境和地球科学工程师可以使用 COMSOL Multiphysics®软件及其附加的地下水流模块进行建模和仿真。借助仿真技术，工程师可以防止地下水被污染以及优化地下水示踪物的设计。
模拟已知地下水流中的溶质迁移
在下面的示例中，我们追踪了一个已知地下水流中的溶质，并考虑了纵向和横向分散性。这些溶质在 1000 天内通过了 16 平方公里的区域。这种特定设置通常用作基准来验证模拟物质迁移的不同方法。在这里，我们使用 Zimmermann 等人在 2001 年发表的一个基准设置。
使用 COMSOL 中的稀物质传递接口，求解模型的初始浓度，该浓度遵循高斯分布。
模型几何结构由一个边长为 4 公里的正方形组成。如图所示，初始浓度遵循高斯分布。
为了确认该模型的准确性，我们将其与 Wilson 和 Miller 的解析解（教程文档中的参考文献 1）进行了比较。为此，将他们的解析解在 COMSOL Multiphysics 中定义为一个函数。由于生成的表达式很长并且仅用于比较，我们只需加载一个已经包含解析解的预设文件就可以了。
解析解，显示1000天后的浓度分布。
仿真结果与解析解的比较
为了将仿真结果与解析结果进行比较，我们生成了一个描绘 1000 天后浓度分布的图。如下图所示，仿真结果（黑色等高线）与解析解(黑色等高线内的白色等高线)一致。
1000 天后的浓度分布。指定的流动方向由红色箭头表示。
溶质迁移穿透模拟和分析结果的表明，二者的结果也一致。这种一致性进一步验证了地下迁移仿真的准确性。
比较了数值解和解析结果的溶质迁移穿透图。
下一步
单击下面的按钮，尝试自己动手模拟文中讨论的溶质迁移模型：
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