AquaChem_简要使用说明

AquaChem 软件使用说明及练习 中国地质大学（北京）水资源与环境学院 崔亚莉 2005 年 11 月 1 目 录 AquaChem 简要使用说明 ......................................................................................2 一、 简介......................................................................................................2 二、 硬件要求及软件安装..........................................................................4 三、 AquaChem 的启动及界面设置 .........................................................6 四、 窗口及主要设置简介..........................................................................8 五、 创建新的AquaChem数据库 .............................................................13 六、 数据库查询与样品记录选择............................................................17 七、 打印....................................................................................................20 八、 AquaChem中的PHREEQC应用界面简介 .......................................22 九、 AquaChem有关图形说明 .................................................................28 1 AquaChem 简要使用说明 一、 简介 AquaChem 是用于水溶液地球化学数据的、作图和模拟的专业软件。由加拿大滑 铁卢水文地质有限公司研制开发。该软件具有完全可以由用户自己定制的地球化学数据和 参数数据库系统，并提供在水文地球化学领域得到广泛应用的多种数据分析和作图工具。 AquaChem 的数据分析功能包括单位转换、电荷平衡、样品混合以及样品相关性分析 和地球化学参数计算等，辅之以广泛应用的水化学数据图形工具，可以更清楚地表示水的 化学特征和质量。AquaChem 的图形工具包括： 三线图 包括 piper（图 1-1a）、Durov（图 1-1b）和简单的三离子三线图（图 1-1c）； 图 1-1a 图 1-1b 图 1-1c 图 1-1 AquaChem 中的三线图 图 1-5 AquaChem 中的地温图 图 1-6 AquaChem 中表示样品位置图 饼图、折线图、放射图 包括饼图（图 1-2a）、折线图（图 1-2b，Schoeller 指印图，图 1-2cStiff 折线图）和放 射图（图 1-2d）； 散点图 包括一般散点图（图 1-3a）和 Ludwig-Langelier 散点图（图 1-3b）； 频率柱状图（图 1-4a）和时间序列图（图 1-4b）； 地温图（图 1-5）； 样品位置图（图 1-6）。 上述水化学数据的各种图示均从某一方面提供了对地下水与含水层介质之间复杂 作用的解释。 2 另外，AquaChem 还内置了目前特别流行的地球化学模拟软件 PHREEQC 及其窗口界 面，用以计算溶液中各种化学组分的平衡浓度（或活度）、化学平衡状态下固相的饱和指数 以及地球化学过程模拟等。 图 1-2a 图 1-2b 图 1-2c 图 1-2d 图 1-2 AQuaChem 中的饼图、折线图和放射图 图 1-3a 图 1-3b 图 1-3 AquaChem 中的散点图 3 图 1-4a 图 1-4b 图 1-4 AquaChem 中的频率柱状图和时间序列图 图 1-5 AquaChem 中的地温图 图 1-6 AquaChem 中表示样品位置图 二、 硬件要求及软件安装 2.1 硬件要求 Windows95/98 或 WindowsNT 或 WindowsXp； 奔腾 PC； 最少 16M 内存； 35M 以上的硬盘空间； 鼠标； 最低显示器分辨率：800×600，推荐使用 1024×768； 计算机字体库中应安装 MS Sans Serif、Arial 和 New Courier 字体。 2.2 软件安装 AquaChem 必须安装到计算机硬盘中才能运行。缺省或默认安装目录为 C:\programs\WHI\AquaChem，也可以自行定制安装目录。 4 由于内置的 PHREEQC 执行文件是 DOS 应用程序，因而 AquaChem 的路径必须符合 DOS 操作系统要求，即目录名不能包含空格、句点等，目录名不能超过 8 个字母或数字。 从 CD-ROM 安装的步骤如下： 关闭所有正在应用的程序； 将 CD 插入到 CD-ROM 驱动器中，安装程序将自动运行； 选择AquaChem3.7 InstallationTM（用鼠标左键单击该按钮），出现用户和软件序列 号要求对话窗口，输入所需信息，点击NEXT按钮； 安装程序开始诊断计算机软硬件，以确保能够安装该软件，诊断完成后，安装程 序将自动拷贝所需初始化文件至计算机。如果正在执行某些应用程序，安装程序 将提醒你关闭他们。 待出现安装目录对话窗口后，从键盘输入安装目录，或使用默认安装目录 C:\programs\WHI\AquaChem，然后点击 NEXT 按钮，安装程序将拷贝 AquaChem 程序文件到计算机。 5 根据安装过程中的对话框提示进行选择，选择完成后， 点击 NEXT 按钮，直至安装完毕，点击 FINISH 或 OK 按钮。 如果安装过程不能自动运行，在资源管理器选择 CD 中的 Setup32.exe，进行安装。 安装完毕后，自动建立桌面快捷方式图标（图 2-1）， 双击该图标，即可运行 AquaChem。 图 2-1 AquaChem 快捷键图标 三、 AquaChem 的启动及界面设置 3.1 AquaChem 的启动 AquaChem 有两种方式启动： 双击 AquaChem 桌面快捷方式图标（图 2-1）； 从开始菜单程序启动。 AquaChem 启动后，首先出现“打开数据库”（Open Database）对话窗口（图 3-1）， 在该窗口中可以进行三种选择： ① 如果已建立数据库，则可以选择相应目录下的数据库文件（以 hc3 为后缀的文件）， 点击“打开”（open）按钮； ②如果刚刚开始使用 Aquachem，可选择安装目录下的演示文件 demo.hc3，点击“打开” （open）按钮； ③如果想建立新的数据库，可直接点击“取消”（cancel）按钮。 注意：AquaChem 3.7 版本兼容以前的版本，但为避免千年问题，该版本的日期格式仅 用数字表示，且年份表示为 4 位数（如 yyyy-mm-dd 或 dd-mm-yyyy）。因此，AquaChem3.7 不 能识别已建立的数据库的无效日期格式或文本形式的日期（如 Jan.13，1997）。 图 3-1 AquaChem 启动时的“打开数据库”对话框 6 3.2 AquaChem 的界面设置 AquaChem 包括 5 种类型的窗口界面（图 3-2），每一类型窗口具有各自的菜单选项。 主窗口-Parent Windows； 样品记录列表窗口-Record List Windows； 图形窗口-Graphic Windows； 输入窗口-Input Windows； 文本窗口-Text Windows； 活动窗口菜单选项-Menu Options。 图 3-2 AquaChem 的界面窗口 AquaChem 可以同时打开多种类型的窗口，也可以同时打开同一类型的多个窗口（如 多个图形窗口）。 每一窗口的菜单选项均设置在主窗口的顶部，但只有该窗口被激活时（用鼠标单击某 一窗口内的任意位置即可激活该窗口），其菜单选项才出现。 样品记录列表窗口（图 3-3）的菜单被看作是主菜单，该窗口内包含打开数据库中的 所有活动记录的简要信息。只有关闭项目数据库，才能关闭样品记录列表窗口，否则该窗 口将一直保留在屏幕上。 主窗口 样品记录 列表窗口 输入窗口 文本 窗口 图形窗口 活动窗口菜单选项 7 图 3-3 样品记录列表窗口 四、 窗口及主要设置简介 本节主要对各类窗口的特点及常用设置进行简要介绍。 4.1 样品记录列表窗口（Record List） 该窗口是 AquaChem 的最基本图形界面，总是处于打开状态，只有关闭项目数据库， 或退出该应用程序时才能关闭样品记录列表窗口。该窗口的菜单（图 4-1）被看作是主菜 单。 图 4-1 样品记录列表表头设置步骤 1 样品记录列表窗口内每一列的表头（图 3-3 中每一列的顶部标识）是标识样品特征的 参数，他们可以是项目数据库的任意参数，可以自由选取。选取方法为： 步骤 1：File/Preferences； 步骤 2：弹出设置对话框（图 4-2），点击 Startup Defaults 选项按钮（缺省）； 8 图 4-2 样品记录列表表头设置步骤 2 步骤 3：如果想增加列参数，双击 Record List Columns 选取框内 Parameter 下方的空 白单元格，出现可选参数的下拉列表（图 4-3）按钮，在下拉列表内选取想要增加的参数， 然后点击 Length 列下对应单元格，输入（定义）字符段长度，按回车键加以确认。最后， 点击右下方的 Save 按钮，保存该。 图 4-3 增加样品记录列表参数的下拉列表 步骤 4：如果想改变列参数，双击 Record List Columns 选取框内 Parameter 下方想要 改变参数的单元格，其余步骤同步骤 3。 样品记录列表窗口内所有记录是按照第一列参数进行降序排列的，如想改变列的位置 （即改变样品记录的顺序），只需选取该参数（用鼠标点击图 4-2 中的 Parameter 下方想 9 要改变的参数），然后点击下方的升降序箭头按钮即可。 4.2 输入窗口 输入窗口（图 4-4）用于新建、编辑或浏览单个样品的数据记录。要打开该窗口，可 以采取以下方法： 双击样品记录列表中的某一样品； 选择样品记录列表中的某一样品，从主菜单中的Records中选择Edit； 选择样品记录列表中的某一样品，单击鼠标右键，选择Edit/View。 图 4-4 输入窗口 编辑或改变 Measured Values（实测数据）窗口内的数值后，点按 Save 按钮保存裱画 结果。该窗口右下角的箭头按钮是前进到下一个记录或后退到前一个记录。 4.3 文本窗口 文本窗口显示样品记录列表中一个样品或一组样品的有关信息和（或）计算结果（图 4-5）。要打开该窗口，可以在样品记录列表窗口中选择一个样品记录，然后从主菜单的 Reports 下拉菜单中选择一种类型的文本窗口。 图 4-5 显示样品信息的文本窗口 10 AquaChem 可以生成 10 种不同类型的样品信息报告。用户可以对这些样品信息进行 编辑、打印、保存到文件或复制和粘贴到另外的 Windows 窗口中（图 4-6）。 图 4-6 打开文本窗口的方法示例 4.4 图形窗口 利用 AquzChem 可以生成 13 种不同的水化学图件（图 1-1 至图 1-6），显示这些图件 的窗口即是图形窗口。创建一类图形（窗口）的过程如下（以 Piper 三线图为例）： 步骤 1：从主菜单选择Graphics\New\Piper（图 4-7）； 图 4-7 生成图件（图形窗口）的步骤 1 步骤 2：弹出 Piper 图形选项对话窗口（图 4-8），分别在 Parametes 和 Options 对话框 中选取所需参数（如需要标识的阳离子）或输入其它信息（如图件名称、是否添加图例等）； 步骤 3：单击[Apply] 或[OK]按钮，即可生成 Piper 三线图窗口。 在生成的Piper三线图窗口中，样品记录列表窗口中显示的所有记录都将标识出来，而 所选取的样品记录被高亮度显示，并可以添加标注（在步骤 2 的Option对话框中选取标注 内容）。如果只想生成部分样品记录的三线图，首先要在样品记录列表窗口进行“Selection” （选取）操作。 11 注意：图形窗口与样品记录列表窗口是衔接到一起的，样品记录窗口的任何改变都将 在图形窗口中显示出来，同样激活图形窗口中的样品也将在样品记录窗口中高亮度显示该 记录。 图 4-8 Piper 图形选项对话框窗口 4.5 工作表窗口 工作表窗口类似于 Excel 的工作簿，是为方便对大量样品进行浏览、编辑和比较等而 设置的。按以下步骤打开或创建该窗口： 步骤 1：从主菜单选择：Record\View as Spreadsheet（图 4-9）； 步骤 2：弹出 Spreadsheet settings （工作表设置）对话框（图 4-10），该对话框是设置 各列的显示参数，固定行数和列数（相当于表头），参数的单位等。双击 columns 下的各 单元格，会出现列参数的下拉列表按钮，从下拉列表中选择所感兴趣的参数。 图 4-10 工作表窗口设置对话框 图 4-9 打开工作表窗口步骤 1 步骤 3：单击[Save]保存自己的设置，然后按[Ok]按钮，生成工作表窗口（图 4-11）。 如果不做任何改变直接按[Ok]按钮，即接受工作表窗口默认设置。 由于一个样品建立可能有很多参数，要在工作表窗口中全部显示会产生很多列，因此， 12 通常只选择感兴趣的项目加以显示。 图 4-11 工作表窗口 五、 创建新的 AquaChem 数据库 5.1 AquaChem 数据库概况 AquaChem 的数据库文件以“hc3”为扩展名，即具有“文件名.hc3”格式的文件为 AquaChem 的数据库文件。数据库结构由“壳文件”（maskfile）定义，“壳文件”的扩展名 为“msk”。 一个 AquaChem 数据库中可以包含无数个样品记录，其数量主要取决于选用参数的个 数和计算机内存。但是，一个数据库中包含太多的样品记录会减慢程序的运转速度，比较 好的办法是将一个大的数据库分解为几个规模较小的数据库（样品记录少于 1000）。 一个项目的 AquaChem 数据库应该存储在单独的目录中，以免造成混乱。 任一 AquaChem 数据库均包含 10 组特定的参数，其中 9 组需要用户指定，这些参数 是： Header Info （表头信息），如 Project（项目名称）、Location（位置）、Data（日期）、 SampleID（样品 ID 号）等； Physical Data （物理数据），如 Location（位置坐标）、pH、Conductivity（电导率） 等； Cations （阳离子），如 Na、Ca、Mg 等； Anions （阴离子），如Cl、HCO3、SO4等； Uncharged Compounds（不带电荷的化合物），如CO2、O2、CH4等； Variable（其他参数），如2H、3H、18O同位素和细菌等； PHREEQC Description （PHREEQC 描述信息）； PHREEQC Minerals （PHREEQC 矿物）； PHREEQC Activties（PHREEQC 活度）。 另外一组参数是 Calculated Parameters（计算参数），如阴、阳离子之和、硬度、碱度、 离子平衡等，这些参数由 AquaChem 自动计算，不必用户指定。 AquaChem 数据库的数据格式有两种：字母数字型和纯数字型。表头信息（Header Info） 13 为字母数字型，其余参数为纯数字型。纯数字型数据格式中只能用点“.”，不能用“，”。 纯数字型数据格式不接受文本数值，如“ND”或“NA”（认为其值为零），但可以接受带 “大于”或“小于”号的数值，如>0.01 或<0.01。另外，生成图件时，AquaChem 允许对 带“大于”或“小于”号的数值进行设点（省略该数值或忽略大于、小于号）。 注意：虽然用户可以改变数据库参数的标识，但不能随意改变该丛书的内部名称，因 为，这些参数的内部名称是程序内部计算的标识。如不管输入数据代表的是SiO2、H2SiO3或 Si，sillcon （硅）的内部名称总是SiO2。 5.2 创建新的数据库文件 要创建一个项目的新数据库，可进行如下操作： 步骤 1：如果准备启动AquaChem，在打开数据库窗口对话框时，直接点击“取消”按 钮，弹出主窗口（图 5-1）；或关闭已打开的数据库文件（丛主菜单中选择：File\Close）， 出现主窗口（图 5-1）。 步骤 2：在主菜单中选取：File\New（图 5-2）。 图 5-1 AquaChem 的主窗口 图 5-2 选取建立新数据库文件 步骤 3：弹出保存新的数据库文件对话框（图 5-3），在文件名输入框内键入新数据库 文件名，点击“保存”（Save）按钮，保存新的数据库文件，并出现数据库模板对话框（图 5-4 ），对话框中有两种选择： 利用已有的数据库模板（Copy an existing database template）；或 创建新的数据库模板（Create a new database template）。 14 图 5-3 输入并保存新的数据库文件 图 5-4 数据库模板对话框 步骤 4：如果要利用已有的数据库模板（对新用户和一般用户来说均可采用此选项， 利用 AquaChem 的 Demo.msk 模板），点击该选项左侧的选择按钮，然后在下方的输入框内 输入选用模板的工作路径，或点击[…] 按钮，查找和选用模板。最后点击[Ok]，生成空白 的样品记录列表窗口（图 5-5）。 步骤 5：如果要创建新的数据库模板（对熟练用户），点击该选项左侧的选择按钮，点 击[Ok]后，弹出设置对话框（图 5-6）。全部设置完成后，进行测试，之后保存退出，生成 空白的样品记录列表窗口（图 5-5）。 图 5-5 空白样品记录列表窗口 图 5-6 新建数据库模板对话框 步骤 6：在新（空白）的样品记录列表窗口中，可以通过三种方式建立数据库： 导入以 Tab 键分隔的纯文本文件； 利用输入窗口（Input Windows）输入； 利用工作表窗口（Spreadsheet Windows）输入。 下面只对前两种方法予以介绍。 5.2.1 导入以 Tab 键分割的纯文本文件 15 步骤如下： 步骤 1：选择 File\Import ASCII （图 5-7），查找并打开 ASCII（纯文本）目标文件； 图 5-7 导入纯文本文件 步骤 2：弹出指定对应参数（文本文件的列与 AquaChem 数据库参数）窗口（图 5-8）。双 击 AquaChem 栏下的单元 格，在下拉列表中选择与文 本文件对应的参数，双击 Unit 栏下的单元格，在下拉 列表中选择对应参数的单 位； 完成指定对应参数后， 点击[Ok]按钮，开始导入， 样品记录列表窗口中显示出 导入的记录。 对纯文本文件格式的要 求： 对所有参数，均以 Tab 键为分隔符； 必须为参数第一行 标识行； 个样每行代表一 品，每列为一个参 数。 图 5-8 指定文本文件与数据库的对应参数窗口 16 5.2.2 利用“输入窗口”（Input Windows）输入 步骤如下： 步骤 1：在主菜单中选择：Records\New（图 5-9）； 图 5-9 从输入窗口输入的菜单操作 步骤 2：弹出空白输入窗口（图 5-10），双击每个参数右侧的单元格，从键盘输入所需信息， 按回车键加以确认； 步骤 3：完成一个记录后，点按右下角的右箭头键，输入下一个记录。 图 5-10 样品记录输入窗口 六、 数据库查询与样品记录选择 6.1 数据库查询 AquaChem 的数据库查询功能是指查找并列出满足一定查询条件的单个或一组样品记 录。其操作步骤如下： 17 步骤 1：在样品记录列表菜单（主菜单）中选择：Records\Search（图 6-1），弹出查询 对话框（图 6-2）； 图 6-1 数据库查询菜单操作 步骤 2：点击查询对话框内的 P 按钮，弹出选择查询参数窗口（图 6-3），将现在要查 询的参数（从上部的下拉列表选择查询参数的种类或全部参数，在下部窗口内选择具体参 数），用鼠标直接拖拽至图 6-2 的 Fieldname 框内； 步骤 3：从 Operator 的下拉列表中选择逻辑符号，在 Unit 的下拉列表中选择参数单位， 在 Value 框内输入条件数值之后（注意日期格式与样品记录列表中的格式一致），Add to Criteria 按钮被激活，点击该按钮，上述设置被送入 Search Criterias（查询条件）框内，Logical 下方的下拉列表按钮菜单被激活； 图 6-2 数据库查询对话框 图 6-3 选择查询参数窗口 步骤 4：如果还有其它查询条件，从 Logical 下方的下拉列表中选择逻辑条件，重复步 骤 3； 步骤 5：查询条件设置完毕，点击[Ok]按钮，样品记录列表窗口中满足查询条件的样 品记录将高亮度显示出来。 18 6.2 样品记录选择 进行样品比较或作图时，有时只想显示部分样品记录，主菜单中的 Selection（选择） 可以提供该功能（图 6-4），下面简要介绍该菜单。 Show all －显示全部样品记录； Omit all － 隐藏全部样品记录； Invert －反向选择（将已选择的样品记录和未选择的样品记录相互转换）； Omit selected－隐藏选择的样品记录； Omit not selected－隐藏未选择的样品记录； Save － 保存选择的样品记录，指定保存位置和文件名（以 sel 为扩展名），以后 可以打开该文件； Open－打开保存过的样品记录选择文件； 图 6-4 Selection 菜单 Assign Symbol－为选定的样品记录指定图例符号。选择该菜单后，出现选择样品 记录图例符号窗口（图 6-5），在 上部的图例符号列表窗口内选择 一种符号（符号形式显示在下部 的 Symbol 框内），然后点按 Assign 按钮。为选定的样品记录 指定图例符号后，样品记录列表 窗口内的最后一列将注明其图例 符号的编号（图 6-5 中图例符号 列表窗口内括号内的数字）。 图 6-5 选择样品记录图例窗口 19 七、 打印 7.1 打印文本报告 只需要激活生成的文本报告窗口，在该窗口的菜单中选择：File\Print 即可。打印机的 设置与Windows相同。 7.2 打印图形 下面以打印 Piper 三线图和散点图（这两个图件已完成）为例，简要介绍操作步骤： 步骤 1：用鼠标在任一图形窗口范围内点击，激活该图形窗口（图 7-1）； 图 7-1 激活图形窗口 2 图 7-2 图 形 打 印 菜 单 操作 步骤 ：从图形窗口菜单中选择：File\Print （图 7-2），出现打印选项窗口和空白的预 览打 右上角的 Available Plots （可供打印图件）窗口内列出了所 印结果窗口（图 7-3）； 步骤 3：在打印选项窗口 有可供打印的图件。选择要打印的图件（一页之内），点按＜按钮，将他们添加到 Selected Plots（已选打印图件）窗口内，此时，打印预览窗口显示出默认编排效果（图 7-4）； 20 图 7-3 打印选项窗口和预览窗口 图 7-4 默认的打印编排结果 步骤 4：在打印选项窗口内，可进行图件编排、图例、图名输入、模版设置等，这里 不再一一介绍。打印选项设置 .3 完毕后，按 Print 按钮完成打印。 7 打印选项窗口中的几个重要按钮和标识的含义 Plot- 图件设置窗口； Legend：图例设置窗口； Arrangement：图件编排选项窗口； Templates：打印模板设置窗口； 21 Page Setup：页面设置窗口； Length（cm）：左侧为 X 轴方向的图件宽度，右侧为 Y 轴方向的图件宽度； Origin（cm）：左侧为 X 轴方向距打印边框左下角距离，右侧为 Y 轴方向距打印 八、 PHREEQC 水体系的化学平衡及其输运过程。由 1989 年用 FORTRAN 语言编写，1995 本为 1.6。 和 指数 （已知体系的初始组成）中各种化学反应的计算和一维运输过程模拟。包括 的可 定反应物摩尔数量的转换反应、动力控制（反应速度）反应、不同组成的溶液 混合 PHREEQC 的两个最基本的功能加以介绍，即计算水溶 液体 载该软件及使用说明书（免费），网址为： 边框左下角的距离。 AquaChem 中的 PHREEQC 应用界面简介 是目前广泛应用的水文地球化学模拟软件之一，主要用于模拟天然水和污 Parkhurst 等于 年后改为 C 语言，目前最高版本为 2.4.2，AquaChem 内置的 PHREEQC 版 PHREEQC 的基本使用条件是：离子强度较低（稀溶液）的低温水溶液体系，其主要 功能包括： 计算水溶液体系的化学平衡状态（如各组分的活度、离子强度、可能出现矿物的饱 等）； 定量体系 逆反应有：水溶液、矿物、气体、固液体、表面络合、离子交换等的平衡；不可逆反 应包括：给 、体系温度变化的反应等； 反向模拟。根据已知端点的水溶液体系组成，反演确定溶液输运过程中产生哪些矿物 和气体的转化。 本说明仅对 AquaChem 内置的 系的化学平衡状态和溶液混合结果。如想进一步了解和应用 PHREEQC， 可以从美国 地质调查局网站下 http://water.usgs.gov/software/phreeqc.html 8.1 AquaChem-PHREEQC 的热力学参数数据库选择 在利用 AquaChem 内置的 PHREEQC 进行计算之前，首先要建立 PHREEQC 计算程序 与其热力学参数数据库的衔接。其步骤如下： 建，参见 5.2）； 步骤 1：启动 AquaChem，打开所需的样品记录列表（或新 步骤 2：从主菜单选择：File\Preferences，弹出设置对话框（图 8-1）； 图 8-1 选择 PHREEQC 热力学参数数据库窗口 22 步骤 3 即弹出打开 热力学参数数据库对话框 PHREEQC 的热力学参 “PHREEQC thermodynami 2 按钮，关闭设置对 话框。 启动 Aqua le （图 8-3），就会弹出 输入窗口（图 8-4）。 输入窗口 ）分别为： ：点击“PHREEQC thermodynamic database”窗口右侧的[…]按钮， （图 8-2），选择要衔接的数据库（在默认安装情况下， 数数据库与 AquaChem 的安装目录相同），点击“打开”按钮， c database”窗口内显示出所选择的热力学参数数据库； 图 8- 打开 PHREEQC 热力学参数数据库对话框 步骤 4：点击“Save”按钮，保存衔接设置。最后，点击“Close” 8.2 AquaChem-PHREEQC 的输入窗口 Chem 后，直接从主菜单中选择：PHREEQC\Creat PHREEQC Input Fi PHREEQC 输入窗口，该窗口内默认的活动窗口为“Solution” 图 8-3 选择创建 PHREEQC 输入窗口的顶部是 AquaChem 内置的所用 PHREEQC 输入功能选项按钮，这些功能（模 拟和计算 Solution－选择要进行模拟计算的溶液； Reaction－矿物的定量沉淀和溶解； Phase－ 矿物或气体的相平衡； Gas Phase－有限体积气体与溶液的平衡； Mix－多种溶液的混合； Exchange－离子交换； Surface－表面吸附作用； 23 Transport－一维对流弥散模拟； Inverse Model－反演模拟； Aquifer－含水层特性计算，如骨架体积、离子交换能力、表面吸附位置等； Run－程序运行设置，包括输出结果、保存内容、反应温度等； Summary－上述部分设置的摘要信息。 P R 能都是相同的，其意义如下： H EEQC 输入窗口右下方的按钮对所有功 Show Output－显示目前已完成的模拟输出文件的内容； Show Input ―显示目前的输入文件内容； Clear ― 从目前输入文件中清除所有的模拟步骤； Close ― 关闭目前的模拟； Help ― 目前国内选项下的帮助信息。 8.3 步骤 1：激 ，直接用鼠 标点击该按钮） 步骤 2：在 输入文件（扩展名为： 件名）； 步骤 3 8-5，点击 左侧的单选按钮） ，从中选择 要进行计算的样品； 步骤 4：在“De 的注释信息或采用默认描述信息，点 击：“Addsolution(s)” 钮，将所选择的溶液添加到输入文件中（点击“Show Input”可以 浏览输入文件）； 图 8-4 PHREEQC 的输入窗口 计算溶液化学平衡状态 计算溶液化学平衡状态是 AquaChem-PHREEQC 的最简单功能，其步骤如下： 活 PHREEQC 输入窗口中的“Solution”输入选项窗口（图 8-4 ； 该窗口的主菜单中选择：File\Save as，弹出保存输入文件的对话框，保存 “.in”）到指定的目录（注意：要按照 DOS 格式的路径及文 ：在“Select solution”窗口内，选择“Use record from Database”（图 ，将激活下方的所有样品记录（样品记录列表中的所有样品） scription”窗口内输入所模拟溶液 按 24 步骤 5：激活“Run”窗口（图 8-6），在“Title for current simulation”输入模拟结果的 注释 etailed Outp 确认设置选项并激活“Run PHREEQC”按钮，点击该按钮，完成模拟 计算 可打 图 8-6 运行条件与输出设置 程序运行设置对话框的含义 Selectd Output －该对话框（见图 8-6）是设定输出文件内容，如果不选择“Save results to a text file”，输出文件中将包含所有计算结果。如果应用该选项，有两种选择，一是点按 左下角的“Auto”按钮，输出文件中只包含创建该数据库时设置的要模拟的参数；二是在 中部的 6 个参数列表中选择要输出的内容。无论进行何种选择，都将产生一个输出文件格 式文件，该文件的文件名与输入文件相同，扩展名为“.pum”。 信息，然后分别设置“Selected Output”、“Save”、“Reaction Temperature”和“D ut”对话框内的内容（后面将加以说明），设置完毕后，点击左下角的“Complete simulation”按钮， ，其输出文件名与输入文件名相同，只是扩展名为“.out”。如果输入文件或保存位置 有误，将弹出错误对话框。模拟计算完成后，点击“Show Output”可以浏览输出结果（也 印）。 图 8-5 计算溶液化学平衡的“Solution”输入窗口 25 Save 作为后继模拟 的输入参数； Detailed Ou 详细的输出信息。 8.4 溶液混合计 “Solution”窗口（用鼠标点击 该按钮），在主菜单中选择：File\Save as， 存储混合模拟计算的输入文件； 步骤 2：在“Solution”窗口内的“Select Solution”子窗口内，选择“Use record from Database”选项，激活下面窗口中的样品记录列表，在样品记录列表中选取想要模拟的溶 －该对话框（图 8-7）是指定模拟计算结果的信息标识，以便用它 图 8-7 PHREEQC 的“Save”对话框 Reaction Temperature－该对话框（图 8-8）是指定模拟的温度变化特点，有三个选项： 恒温、均匀线性变化和指定每一步的温度。默认为恒温； 图 8-8 PHREEQC 的“Reaction Temperature”对话框 tput－该对话框（图 8-9）是选择输出文件中包括对话框内所列的各种更为 算 “混合计算”可用于模拟计算多种溶液混合后的化学组成及其平衡状态，其步骤如下： 步骤 1：在 PHREEQC 的“输入窗口”（图 8-4）中激活 26 液（至少两个） ”窗口（图 8-10），双击“Mix”窗口内“solution”下方的第一个 按钮，点击该按钮显示出备选溶液列表，选择其中之一，然后点击 （或双击） 按回车键 。按照该 相同，只是扩展名为“ ，然后点击左下角的“Add solution(s)”按钮（其功能是将要模拟计算的溶 液添加到输入文件中）； 图 8-9 PHREEQC 的“Detailed Output”对话框 步骤 3：激活“Mix 单元格，出现下拉列表 该单元格右侧的“Part”下方的对应单元格，从键盘输入混合比例份数（注意 确认） 方法依次选择和输入其它要进行混合的溶液及其比例份数。在 “Description”窗口内可以输入说明信息或为空白； 步骤 4：所有溶液选择完成后，点按左下角的“Add Mix”按钮，确认混合输入设置； 步骤 5：激活“Run”窗口，进行运行和输出设置（参见 8.3 及图 8-6 至图 8-9），然后 点击左下角的“Complete Simulation”按钮，确认设置选项并激活“Run PHREEQC”按钮， 点按该按钮，完成模拟计算，显示出模拟计算结果。模拟结果的输出文件名与输入文件名 .out”，由程序自动完成。 图 8-10 PHREEQC 的“Mix”输入窗口 27 九、 AquaChem 有关图形说明 9.1 Durov 三线图 Durov 三线图与 Piper 三线图类似，是以主要离子毫克当量的百分数来作图的。将阳 离子和阴离子的毫克当量值在相应的三角形中表示出来，然后再映射到正方形的主体区域。 投影方向与两个三角形的底边 成直角，并且平行于主要元素 Durov 对话框： 阳离子：指 阳离子 Na 如气态成分， 单的乘以一个系数。 阴离子：给定右边基本三角形的参数。要设定的参数是主要阴离子Cl，SO4和HCO3，同样 计）图 温计图是用来测定给定地质条件以及水文地质条件区域的地温估计值及其特性的。 的增长方向。因此，三角形中 主要元素的不同在投影区域内 能简单的表现出来。要想确定 三线图测定不同组别 的能力是否提高，可以试着改 变两个三角形中元素的排列。 定左边基本三角形 的参数。未设定的参数是主要 ，Ca，Mg，但你也 可以选择其它的任何元素。（例 痕量元素等。）为 了防止数据点在三角形的底边 聚集，可以将浓缩元素的值简 也可以选择其它的阴离子。 图 9-1 9.2 Geothermometer（地温 地 Durov 三线图参数和选项输入窗口 28 对相同的水样采用不同的地温计会得出差别很大的结果。这很容易解释，每个地温计 确的实地温度测量资料，那么使用 易得到，即使能够得到温度资料，那么这时你会采用实测数 log 都有它自己的适用条件，要想计算出合理的值就必须满足该条件。然而实际应用中却常常 不是这样。例如，实地温度不足以达到岩石和水相之间的平衡，那么含水层的组成成分就 会与地温计等所估计出来的成分有所不同。如果你有精 常规的地温计（log K-1000/T 图）当然可以对计算出来的温度进行校正。但是在实际的地 温勘探中温度资料往往并不容 据而不是计算数据。因此你会从文献中收集那些已测定的实地温度的所有分析资料。不要 忘了输入样品的含水层岩性。现在拿 1989 年 Kharaka 等人的数据源来举例说明。首先选择 与你研究水域所估计的含水层类型最接近的参考样品来进行地热研究，然后确定计算的和 实测的地下数据将会得到哪一种地热图，这种地热图就会给出研究水域内最合理的结果。 Giggenbach 三角形图能够检验已经达到了怎样的水相—岩石平衡状态，线性的 (K)-1000/T 图适用于实地温度已经获得的钻孔水样。 当然在地热勘探中你很少知道岩层温度，而且如果你知道了岩层温度，那么就不再需 要使用地温计了。但是上述的技术能够给你提供一个很重要的参考工具，在其他具有相似 水化学和含水层岩性环境的中你就可以决定该使用哪一种地温计。 )log( 1000)( 0 xb aKt + ⋅= 地温计通常用上述公式来表示：x表示诸如SiO2浓度或Na/K等。因此log(x)的值作成图 像就是一条直线，这个图适用于：检验温度计对一系列水样的适用性。将化学成分和钻孔 、折算的Na-K-Ca Mg、 O SO4-H2O（溶解硫酸盐的氧同位素）。 水样的岩层温度作成图，找出你认为最合适的地温计。 为了给图中呈直线趋势的参数或参数比找到新的化学温度计，我们用线性回归曲线来 确定系数 a 和 b。 可以得到的地温计有：SiO2、Na/Li、Mg/Li、Mg/Ca、Na/K、Na-K-Ca 18 29 图 9-2 Geothermometer 地温图图形类型和选项输入窗口 30 9.3 H 目没 。因此，在 AquaChem 软件 柱状图 A istogram（柱状图） Histogram 柱状图主要用来检验给定 数据区域内总体的数目。该图对水样的数 有具体要求，其主要缺点是没有单个 采样点的大部分信息 里给 Histogram 柱状图增加了这样一 种方法：在记录表里点击一个水样，各自 对应的 x 轴上就会画出一个红色的三角 形。在图中点击一个长条就会在记录表里 选中包含在该区域内的所有样品。 图 9-3 Histogram xes 坐标和 Option 选项输入窗口 9.4 Ludwig Langelier 图 Ludwig Langelier 图是在同一个图中表示出大量样品的好几个参数，它与 Durov 图的 投影矩形非常相似。但是由于 Ludwig Langelier 图是一个简单的分布图，对于非水化学工 作者来说，它比复杂的 Durov 图要容易理解得多。它的优点是能够对大量的样品进行同时 计，也能够进行初步的可视化统计学评价以及对其趋势和分组的描绘。 9.5 MAP 图 该图块在笛尔坐标糸中显示了采样点的位置，该图块能导入一个 AUTOCAD.dxf 文本 并与之合图，作为该地点或研究区范围的底图，以使其主要的物理的和地理的界限以及地 质特征明确化。该图类可以用来简单的显示出整个研究区范围内的采样点的位置，或者用 图块显示的采样点的位置来说明其物理的或化学的特征的空间趋势，通过采用不同的图块 类型如用具有比例的尺寸长度表示或切割成小饼块或折线图放射图等。（标注：为了能形成 一个图块，你在 X-Y 坐标系中至少应有一个数据点的记录。） 估 图 9-4 Ludwing-Langelier 图坐标和选项输 31 图 9-5 Map 图坐标和选项输入窗口 9.6 Pie 饼图 选择饼图菜单生成饼图且为在记录表内所选上的每个样品生成一个饼图（对 10 个所选 记录中的最大值而言）。在使用该选项之前要确保你要进行分块的样品被选上。 图 9-6 Pie 图参数和选项输入窗口 32 9.7 Piper plots（piper 三线图） 在 piper 模块中，由于阳离子和阴离子的毫克当量百分比在两个基础三角形中将主要离 子分成小块, 阴阳离子总数用 100％表示，两个三角形中的数据点形成平行格便显示了所有 离子的关系的某些特性。每个采样点用三个数据点来表示每个三角形上一个点，另一个数 据点在平行网格线上。该三线图可以对大量样品进行两两比较。象所有三线图一样，piper 三线图没有描述纯离子含量问题，其主要目的是用来展示成束样品。通过改变每个三角形 上的成分的方向，有助于强化整体差异性。 代品。 9.8 Radial diagram（放射图） 放射图与指印图相似，只显示一个样品的离 子浓度。各种离子在图上等分表示，他们的间隔 线连起来后代表水含量。作为饼图、stiff 折线图 和放射图在分割图块显示水的组分的空间变化方 面是有用的。当没有离子参数可用时或需要对数 选择时，它可以作为诸多通常所用的折线图的替 图 9-7 Piper plots 三线图参数和选项输入窗口 图 9-8 RadialDiagram 图参数和选项输入窗口 33 9.9 Scatter map (散点图) X－y 分块是最简明的了，最早用来分析水化学数据的那些单个离子间关系和那些具有 较大意义的参数的模块，是很容易就能制成的。还可以向散点模块添加线性功能。例如： 退行线，1:1、1/10、1/100 关系等等。 图 9-9 Scatter map 散点图坐标和选项输入窗口 9.10 Schooler plot（指印图） 半对数曲线最早是由 scholler 发明的，用于表示以 meq/L 表示的主要离子的分析和在 同一条曲线上演示不同水化学性质的水类型。由于直线一次可以被例证的水分析数据是有 图 9-10 Scholler plot 指印图坐标和选项输入窗口 34 限制的，该图具有能够显示真实参数含量的优点，这又与三线图不同。 9.11 各分块用来表示不同水面的地理分布时，这种表示 法是很有用的，它经常出现在油田水处理的文章中。 Stiff 尽量为记录表格中每一个被选的样品建立一个折线图，但是一次却不能多于 10 个。在使用该选项前要确保只有要被分块的样品被选。 图 9-11 Stiff 折线图参数和选项输入窗口 Stiff （折线图） Stiff 折线图属于所谓的图案图，它是通过再计算 meq/L 分析进而将阴阳离子在三个（或 更多）不同轴上进行分块而建成的。当 9.12 Ternary diagram （三线图） Ternary 图较 piper 和 Durov 更易于理解，但这种图所包含的信息也较少且具有不能描 述真实离子含量的缺点。 35 36 9.13 Time series plot（时间序列图） 作为特定采样点的化学和物理参数的演 变时间功能来说，说明天然水的水化学和水 文地质过程而言是一种的技术。 切的采样日期不知道， 输入一个虚拟的日期例如：01.01.1961。如果 你使日期栏为空白，你的样品便不会出现在 时间序列图上。在输入窗口，日期必须以正 确的格式被输入，如果数据是从文本文件中 输入的，文本文件中的日期也必须已经是正 确的格式了。日期的格式是在控制窗口中建 成的。 图 9-13 Time series plot 时间序列图 Axes 坐标和 Option 选项输入窗口 如果确 如：1961 年，你需要 图 9-12 Ternary 三线图参数和选项输入窗口 练习：某地区地下水 化学分 下列数据是某流域地下水取样简分析结果，试根据该数据，进行地下水类型划分、绘制各种水化学表示图。 NO NO 水 析结 ID site pH Cl SO4 3 2 K Mg Ca Fe NH4 果 HCO3 F Na QS1 47 7.76 95.2 120.1 4.76 86.63 45.49 0.11 <0.052 47.28 <0.01 517.58 0.2 121.24 QS2 48 9.26 109.33 71.89 45.61 5.86 8.37 0.5 <0.05 40.88 4.54 78.06 0.34 116.93 QS3 49 7.51 743.79 344.2 7.83 67.73 104.86 0.18 <0.059 14.54 <0.01 611.24 0.58 642.46 QS4 33 7.54 10.67 30.01 1 1 1.61 13.42 64.04 0.02 <0.05 9.26 <0.01 216.16 0.19 2.8 QS5 50 7.38 50.4 67.91 4 6 4.5 27.68 118.46 0.45 <0.05 56.98 <0.01 344.05 0.36 2.4 QS6 51 7.32 57.91 86.56 5 2 3.25 27.68 98.1 <0.01 <0.05 15.29 <0.01 332.64 0.34 6.