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1、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：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
2、, Department of Environmental Sciences, University ofCalifornia 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.感谢他们提供了一个如此精美而又免费使用的专业软件，帮助我
3、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目录，其中包含可执行文件。 运行这个文件即可安装HYDRUSTD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-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：imnek, J., M. Th. van Ge
4、nuch ten, and M. ejna, Developme nt and applica tions of the HYDRUS and STANMOD soft ware packages, and rela ted codes, Vadose Zone Journal, doi:, Special Issue Vadose Zone Modeling”， 7(2), 587-600, 2008.Jacques, D., J. imnek, D. Malla nts, and M. Th. van Genuch ten. Modeling coupled hydrological an
5、d chemical processes: Long-term uranium transport following mineral phosphorus fertilization, Vadose Zone Journal, doi:, Special Issue Vadose Zone Modeling, 7(2), 698-711, 2008.imnek, J. and M. Th. van Genuchten. Modeling nonequilibrium flow and t ranspor t with HYDRUS, Vadose Zone Journal, doi:, Sp
6、ecial Issue Vadose Zone Modeling, 7(2), 782-797, 2008.这些文献都可以从 下载。4. HYDRUS-1D 的 WINDOWS 界面口凶Obseryatian PaintsFrofiLe InformstianWater Fl aw - Boundary Flu/ts and MeadsSolute Transport - Actual and Cumulativrr B口undary FluxesSoiL fiydraulic ProtertiEEfiun TLire InfornaticmVass Balance Infarnjalion运
7、行HYDRUS-1D,可以看到一个Windows的界面如下：Eilc 亡旳 Er 亡-processing Calculation Resulls Qplions JSLndow HelpIWOTUPTK HYDRUS-1D - ROOTUFTKfr总-pr口亡i ngMain Eocesscs pZ Geometry InfoTiTation 骨Timr Infcmriati on El# Print Information lj Water Flow - Iteration Criteria Il Water Flow - Soi 1 Hydraulie Property HcdelWat
8、er Flow - Soil Hrdraulix Paramelers 亡二I Water Flew - Boujidary Conditinns Ivl Solute Transport - General Informatiijn EZ1 Solute TEanspciEi： 一 Transp口匸上 ParametersSolute 丁匚anspciirt: 一 Ruhcti口 PsramEtETE |w| Solute Transport - Eciundary Comiitions 0 Root WaitT Uptake - NadrlsV Root Waler Lfetake 一 W
9、ater Stress Re-duclion Variable Boundary Conditio ns卜曹I Soi 1 Profile - Graphical Editor I删1 Soil Profile - Sunrrary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。 HYDRUS-1D - ROOTUFTKEile 亡阳 Er 亡-pr 口右亡mming C&1 匚D|诫|唱I LI司 裁罔|刨|罚|模拟内容选项ROOTUPTK宁-pr 亡总吕i ngMain EocesscspZ Geometry InfoTiTation骨T
10、imr Infcmriati onEl# Print InformationWater Flow - Iteration CriteriaIl Water Flow - Soi 1 Hydraulie Property HcdelCHI Water Flow - Soil Hrdraulix Paramelers 匸J Water Flew - Boujidary ConditinnsIwl Solute Transport - General InformatiijnEZ1 Solute TEanspciEi： 一 Transp口匸上 Parameters Solute 丁匚anspciir
11、t: 一 Ruhcti口 PsramEtETE|w| Solute Transport - Eciundary ComiitiDns0 Root WaitT Uptake - NadrlsV Root Waler Lfetake 一 Water Stress Re-duclion Variable Boundary Conditio ns卜曹I Soi 1 Profile - Graphical Editor1删1 Soil Profile - Nummary 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5. 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
12、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。面是一个参考模型的设计图: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
13、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” CATOOLSHYDRlDProjects”中除了 test目录之外，还有 一个文件。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 57. 输入模型控制信息首先，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Simula
14、te 栏中选中Root Wat er Up take，表示想处理根系 吸水问题。电击0K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，在弹出的对话框中输入如图7所示的数据。Geometry InformationX书DOplh. of Ul Sail ttdfilw土壤剖面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）。Tl：.1Tine-Vari able Boxmdsry Condi t l onshblc* B DHndury 匚and
15、iiL ansNunber of Tluc-Vir L-able BD：irid4Tr Elec ar ils (e. f.上边界是自动处理随时间变蒸腾量在or ologi c al Do+-iologi柑 Fonthc: th. Kauit:这个对话框中提供了一些灵活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 可以使用一个经验公式来处理每天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公式获取的，cm/d),则p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 p点的蒸腾量总和只占全天蒸腾量的1%。注意本例中蒸腾量的单位是cm/d。(2) 降水量的周期变化如果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组织推荐的Penman-Monteith公式，也可以选择Ha
