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Amanzi 概述

Amanzi 是一款用于环境应用的灵活可扩展并行流动和反应输运模拟工具。它具备通用多面体网格基础设施（基于 MSTK）、先进的过程模型离散化方法（包括传统有限体积格式、拟态有限差分和非线性有限体积），以及强大的非线性求解器（如非线性 Krylov 加速（NKA）和 Anderson 加速），并利用 Trilinos-ML 和 Hypre 代数多重网格实现可扩展求解。通过名为 Alquimia 的通用软件接口，Amanzi 可与多种强大的地球化学引擎（如 PFLOTRAN 和 CrunchFlow）对接，模拟污染物和矿物质在流动过程中与周围岩石土壤的反应。该代码支持并行计算，基于 Trilinos、PETSc 等开源并行框架构建，已应用于美国能源部（DOE）多个废物场地（如内华达国家安全场地、萨凡纳河）的污染物迁移建模，适用于非饱和、非等温条件下的地下水污染物迁移及其与地表水的相互作用模拟。

Amanzi 中的多物理场框架 Arcos 为建模人员提供了分解复杂问题、探索多种混合维度模型配置的灵活性，以理解和预测环境系统。Arcos 支持过程的分层弱耦合与强耦合，结合 Amanzi 强大的网格基础设施（支持网格分割和子集化），实现创新性概念建模。其应用包括离散裂缝网络（DFNs）与背景基质的流动和输运耦合，以及 Advanced Terrestrial Simulator (ATS) 中的地表与地下过程耦合水文模型、基于一维柱与二维表面耦合的多边形冻土中尺度热水文模型等。

核心功能与特性

• 灵活可扩展的并行模拟能力：专为环境应用设计，支持大规模并行计算，适用于复杂多物理场问题。

• 先进的网格与离散化技术：

  • 通用多面体网格基础设施，基于 MSTK 库
  • 支持传统有限体积、拟态有限差分、非线性有限体积等多种离散化方法

• 强大的求解器支持：

  • 先进非线性求解器（NKA、Anderson 加速）
  • 集成 Trilinos-ML 和 Hypre 代数多重网格，提供可扩展求解能力

• 地球化学反应模拟：通过 Alquimia 接口对接 PFLOTRAN、CrunchFlow 等地球化学引擎，模拟污染物与矿物质的反应过程。

• 多物理场框架 Arcos：

  • 支持过程的分层弱耦合与强耦合，实现混合维度子循环
  • 结合网格分割和子集化能力，支持创新性概念建模

• 并行计算框架集成：基于 Trilinos、PETSc 等开源并行框架，确保高性能计算能力。

使用场景与适用范围

• DOE 废物场地污染物迁移建模：已应用于内华达国家安全场地、萨凡纳河等场地的污染物迁移模拟。

• 地下水与地表水相互作用：适用于非饱和、非等温条件下的地下水污染物迁移及其与地表水的耦合模拟。

• 离散裂缝网络（DFNs）建模：支持 DFN 与背景基质的流动和输运耦合模拟。

• 集成水文与热水文模型：如 ATS 中的地表-地下过程耦合水文模型，以及多边形冻土的中尺度热水文模型（基于一维柱与二维表面耦合）。

使用方法与配置说明

构建、安装与运行

关于 Amanzi 的构建、安装和运行详细说明，请参考项目根目录下的 https://github.com/amanzi/amanzi/blob/master/INSTALL.md 文件。

版权与许可

版权信息及许可条款详见项目根目录下的 https://github.com/amanzi/amanzi/blob/master/COPYRIGHT.md 文件。版权由参与 Amanzi 代码开发的 DOE 实验室共同持有。