Hydrus1D简明使用手册

HYDRUS-1D简明手册用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.如何获取HYDRUS-1D....................................................................................................22.版权声明............................................................................................................................23.参考资料............................................................................................................................24.HYDRUS-1D的WINDOWS界面..................................................................................25.设计模型............................................................................................................................36.使用HYDRUS-1D创建模型...........................................................................................47.输入模型控制信息............................................................................................................58.水流模型——迭代计算参数............................................................................................69.水流模型——土壤水力特性模型....................................................................................710.水流模型——土壤水分特征曲线..................................................................................711.水流模型——边界条件..................................................................................................812.水流模型——定水头或通量边界设置..........................................................................913.根系吸水——吸水模型..................................................................................................914.根系吸水——水分胁迫参数........................................................................................1015.输入可变边界条件的信息............................................................................................1016.编辑土壤剖面——使用图形界面................................................................................1117.编辑土壤剖面——使用表格........................................................................................1318.运行模型........................................................................................................................1419.察看结果........................................................................................................................1420.输出结果........................................................................................................................14HYDRUS-1D简明手册2HYDRUS-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.如何获取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：H1D_4_14.exe。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,DepartmentofEnvironmentalSciences,UniversityofCaliforniaRiverside,Riverside,California,USA.(2)M.Sejna,PCProgress,Prague,CzechRepublic.(3)M.Th.vanGenuchten,DepartmentofMechanicalEngineering,FederalUniversityofRiodeJaneiro,RiodeJaneiro,Brazil.感谢他们提供了一个如此精美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H1D_4_14.exe解压文件后，会在您的电脑中产生一个安装目录，其中包含Setup.exe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，会出现一个许可协议，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，在软件运行目录下有HYDRS-1DManual.pdf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、一些处理专门问题的模型、输入输出文件等等。有一个Examples目录，包含大量的模拟算例可供参考。用户还可以参考以下文献：Šimůnek,J.,M.Th.vanGenuchten,andM.Šejna,DevelopmentandapplicationsoftheHYDRUSandSTANMODsoftwarepackages,andrelatedcodes,VadoseZoneJournal,doi:10.2136/VZJ2007.0077,SpecialIssue”VadoseZoneModeling”,7(2),587-600,2008.Jacques,D.,J.Šimůnek,D.Mallants,andM.Th.vanGenuchten,Modelingcoupledhydrologicalandchemicalprocesses:Long-termuraniumtransportfollowingmineralphosphorusfertilization,VadoseZoneJournal,doi:10.2136/VZJ2007.0084,SpecialIssue”VadoseZoneModeling”,7(2),698-711,2008.Šimůnek,J.andM.Th.vanGenuchten,ModelingnonequilibriumflowandtransportwithHYDRUS,VadoseZoneJournal,doi:10.2136/VZJ2007.0074,SpecialIssue”VadoseZoneModeling”,7(2),782-797,2008.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：HYDRUS-1D简明手册3图1所有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下图所示。图25.设计模型在使用HYDRUS-1D之前，您需要对饱和-非饱和水流模拟的基本原理有所了解，并设计出自己想做的模型，准备好数据。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，准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。下面是一个参考模型的设计图:模拟内容选项几何形状参数及剖面方式时间信息输出方式水流——迭代求解控制参数水流——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——化学反应参数溶质运移——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——数据列表前处理工具后处理工具模拟计算HYDRUS-1D简明手册4图36.使用HYDRUS-1D创建模型打开HYDRUS-1D软件，选择”File/new”菜单，新建一个模型。在name一栏中输入本模型的名称”test”，更改模型存放的目录。图4需要注意的是，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一致的目录中。本例中，软件会自动创建一个名称为”test”的目录，而”C\ATOOLS\HYDR1D\Projects”中除了test目录之外，还有一个test.h1d文件。这是一个模型项目(project)文件，告诉软件下次到哪里去寻找模型。模型创建之后，会显示前处理和后处理窗口(图5)。由于是新模型，还没有任何模拟结果，所以后处理窗口是空白的。图5时间E0降水量根系层1.细砂壤土30d2.中砂初始潜水面隔水底板1m1.5m1.5m1mHYDRUS-1D简明手册57.输入模型控制信息首先，在前处理窗口双击MainProcesses，在弹出的对话框中输入模型的描述:atestmodel.然后在Simulate一栏中选中RootWaterUptake，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GeometryInformation，在弹出的对话框中