Hydrus1D简明使用手册.docx

用 HYDRUS-1D 模拟剖面变饱和度地下水流〔简明手册〕王旭升中国地质大学(北京)目 录1. 如何猎取 HYDRUS-1D 错误!未定义书签2. 版权声明 错误!未定义书签3. 参考资料 错误!未定义书签4. HYDRUS-1D 的 WINDOWS 界面 错误!未定义书签5. 设计模型 错误!未定义书签6. 使用 HYDRUS-1D 创立模型 错误!未定义书签7. 输入模型把握信息 错误!未定义书签8. 水流模型——迭代计算参数 错误!未定义书签9. 水流模型——土壤水力特性模型 错误!未定义书签10. 水流模型——土壤水分特征曲线 错误!未定义书签11. 水流模型——边界条件 错误!未定义书签12. 水流模型——定水头或通量边界设置 错误!未定义书签13. 根系吸水——吸水模型 错误!未定义书签14. 根系吸水——水分胁迫参数 错误!未定义书签15. 输入可变边界条件的信息 错误!未定义书签16. 编辑土壤剖面——使用图形界面 错误!未定义书签17. 编辑土壤剖面——使用表格 错误!未定义书签18. 运行模型 错误!未定义书签19. 观看结果 错误!未定义书签20. 输出结果 错误!未定义书签。

HYDRUS-1D 是一个共享专业软件，用于模拟一维变饱和度地下水流、根系吸水、溶质运移和热运移本手册只介绍应用HYDRUS1D 模拟垂向剖面水流和根系吸水的操作方法1. 如何猎取 HYDRUS-1DHYDRUS-1D 由位于欧盟捷克的PC-Progress 工程软件开发公司发行，用户可以登录该公司首页: 为了下载 HYDRUS-1D，应先注册成为用户，然后下载 Hydrus-1D 的安装文件：这个文件对应目前HYDRUS-1D 的最高版本2. 版权声明HYDRUS-1D 的作者为:(1) J. Simunek, Department of Environmental Sciences, University of California Riverside, Riverside, California, USA.(2) M. Sejna, PC Progress, Prague, Czech Republic.(3) . van Genuchten, Department of Mechanical Engineering, Federal University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil.感谢他们供给了一个如此精巧而又免费使用的专业软件，帮助我们从事有关的科学和教育工作。

当你运行解压文件后，会在您的电脑中产生一个安装名目，其中包含可执行文件运行这个文件即可安装HYDRUS-1D 软件当您安装 HYDRUS-1D 时，象安装其它软件一样，会消灭一个许可协议，从中可知本共享软件也受到美国法规的保护3. 参考资料HYDRUS-1D 安装之后，在软件运行名目下有 HYDRS-1D 文件从这个文件您可以了解到HYDRUS-1D 的一些技术细节，如水流、溶质运移、热流的方程、一些处理特地问题的模型、输入输出文件等等有一个Examples 名目，包含大量的模拟算例可供参考用户还可以参考以下文献：imnek, J., M. Th. van Genuchten, and M. ejna, Development and applications of the HYDRUS and STANMOD software packages, and related codes, Vadose Zone Journal, doi:, Special Issue ”Vadose Zone Modeling”, 7(2), 587-600, 2023.Jacques, D., J. ?im?nek, D. Mallants, and M. Th. van Genuchten, Modeling coupled hydrological and chemical processes: Long-term uranium transport following mineral phosphorus fertilization, Vadose Zone Journal, doi:, Special Issue ”Vadose Zone Modeling”, 7(2), 698-711, 2023.?im?nek, J. and M. Th. van Genuchten, Modeling nonequilibrium flowand transport with HYDRUS, Vadose Zone Journal, doi:, Special Issue ”Vadose Zone Modeling”, 7(2), 782-797, 2023.这些文献都可以从 下载。

4. HYDRUS-1D 的 WINDOWS 界面运行 HYDRUS-1D，可以看到一个Windows 的界面如下：2模拟计算前处理工具 后处理工具图 1全部的前后处理在界面中一目了然，左边是前处理工具，右边是后处理工具其中前处理的各项功能如以以下图所示模拟内容选项几何外形参数及剖面方式时间信息输出方式水流—— 迭代求解把握参数水流—— 土壤水分特征模型水流—— 土壤水分特征曲线参数水流—— 边界条件溶质运移—— 一般信息溶质运移—— 运移参数溶质运移—— 化学反响参数溶质运移—— 边界条件根系吸水—— 模型根系吸水—— 水分胁迫函数可随时间变化的边界条件土壤剖面—— 图形界面土壤剖面—— 数据列表图 25. 设计模型在使用HYDRUS-1D 之前，您需要对饱和-非饱和水流模拟的根本原理有所了解，并设计出自己想做的模型，预备好数据一个剖面水流模型通常包含以下几个要素：(1) 土壤剖面从地面算起的深度，预备模拟那个时间段的水分变化2) 土壤分几层，每层土壤的渗透性参数和水分特征曲线是怎样的3) 根系是怎么分布的4) 是否已经确定地面降雨入渗、蒸发蒸腾的信息，特别是它们随时间的变化5) 是否已经确定剖面底部的状态属于哪种类型的边界条件。

3下面是一个参考模型的设计图:降水量E0m m 根系层.5 1130 d时间1. 细砂壤m 初始潜水面52. 中砂1. m1隔水底板图 36. 使用 HYDRUS-1D 创立模型翻开HYDRUS-1D 软件，选择”File/new”菜单，建一个模型在name 一栏中输入本模型的名称”test”，更改模型存放的名目图 4需要留意的是，HYDRUS-1D 模型本身在计算机中就表现为一系列的输入输出文件，它们存放在与模型名称全都的名目中本例中，软件会自动创立一个名称为” test”的名目， 而”C\ATOOLS\HYDR1D\Projects”中除了 test 名目之外，还有一个文件这是一个模型工程(project)文件，告知软件下次到哪里去查找模型模型创立之后，会显示前处理和后处理窗口(图 5)由于是模型，还没有任何模拟结果， 所以后处理窗口是空白的4图 57. 输入模型把握信息首先，在前处理窗口双击 Main Processes，在弹出的对话框中输入模型的描述: a test model. 然后在 Simulate 一栏中选中 Root Water Uptake，表示想处理根系吸水问题。

电击OK 之后，前处理窗口将增加处理根系吸水的工具条图 6下一步， 是输入模型的几何信息和土层划分信息在前处理窗口双击 Geometry Information，在弹出的对话框中输入如图7 所示的数据模型有 2 个土层长度单位是 cm土壤剖面的深度是 300 cm图 7接下来输入时间信息，在前处理窗口双击Time Information，会弹出一个对话框〔图8〕模拟30 d 内的变化时间单位上边界是随时间变化的，每天一组数据，共 30 组数据时间步长信息自动处理蒸腾量在每天24 小时内的变化5图 8这个对话框中供给了一些灵敏的选项来处理上边界条件的变化，下面简要加以说明：(1) 蒸腾量的每日周期变化HYDRUS-1D 可以使用一个阅历公式来处理每天24 小时潜在蒸腾量的变化，设某天的潜在蒸腾量为T 〔例如用Pemman 公式猎取的, cm/d〕，则pp其中 T (t)是瞬时潜在蒸腾量，t 为时间模型假设早上 6 点之前以及晚上 18 点-24 点的蒸腾量总和只占全天蒸腾量的 1%留意本例中蒸腾量的单位是 cm/d2) 降水量的周期变化假设在你的模型中降水量是周期性变化的，HYDRUS-1D 也可以用一个公式来处理其中 P 是周期?t 内的平均降雨量。

3) 使用气象数据也可以在HYDRUS-1D 中输入气象数据，它将自动利用这些数据计算潜在蒸散量ETp可以选择 FAO 组织推举的Penman-Monteith 公式，也可以选择Hargreaves 公式这些公式需要辐射、气温、湿度之类的气象数据模型的另一个把握信息是对模拟结果的输出如何进展设置在前处理窗口双击 Print Information 工具条，弹出一个对话框本例中确定输出30 组模拟结果，每天输出 1 组可以确定需要输出哪些时间点的结果输出 30 组结果，每天 1 组图 98. 水流模型——迭代计算参数HYDRUS-1D 是承受迭代法来处理非线性Richards 方程的在前处理窗口双击 Water Flow- Iteration Criteria 工具条，弹出一个设置迭代参数的对话框〔图 10〕迭代把握参数的设置具有高度的专业技术性，除非特别了解，一般可以使用默认值假设模拟结果消灭不收敛6的状况，需要对最大迭代次数、迭代精度等参数进展调整，但是在缺乏阅历的状况下很难操作最多迭代次数 含水量迭代精度 压力水头迭代精度增大步长迭代次数信号 缩小步长的迭代次数信号步长增大比例步长缩小比例最小吸力间距最大吸力间距用于生成水分特征曲线的散点值图 10HYDRUS-1D 承受自动把握时间步长的方法来处理迭代的收敛性。

对于每个时步，假设迭代次数太多，就缩小时间步长；假设没经过几次迭代就到达收敛精度，则适当增大时间步长9. 水流模型——土壤水力特性模型水分特征曲线是非饱和土壤的重要物理性质，HYDRUS-1D 供给了几种方法来处理与之有关的参数在前处理窗口双击 Water Flow- Soil Hydraulic Properties 工具条，弹出一个设置水力特性模型的对话框。