Hydrus軟件的基本功能

1、Hydrus 軟件的基本功能HY DRUS是 一個(gè)可用來(lái)模擬膜下滴灌土壤水流及溶質(zhì)二維運(yùn)動(dòng)的有限元計(jì)算 機(jī)模型。該模型的水流狀態(tài)為二維或軸對(duì)稱三維等溫飽和一非飽和達(dá)西水流， 忽略空氣對(duì)土壤水流運(yùn)動(dòng)的影響，水流控制方程采用修改過(guò)的Richards方程，即嵌入?yún)R源項(xiàng)以考慮作物根系吸水。程序可以靈活處理各類水流邊界，包括定 水頭和變水頭邊界、給定流量邊界、滲水邊界、自由排水邊界、大氣邊界以及 排水溝等。水流區(qū)域本身可以是不規(guī)則水流邊界，甚至還可以由各向異性的非 均質(zhì)土壤組成。通過(guò)對(duì)水流區(qū)域進(jìn)行不規(guī)則三角形網(wǎng)格剖分，控制方程采用伽 遼金線狀有限元法進(jìn)行求解。無(wú)論飽和或非飽和條件，對(duì)時(shí)間的離散均采用隱

2、式差分。采用迭代法將離散化后的非線性控制方程組線性化。對(duì)于非飽和土壤水力特性，HYDRUS-2D采用VG模型進(jìn)行描述，嵌入了Scot， Kool 和 Parke：經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械募俣ǎ杭次鼭?（脫濕）掃描線與主吸濕 （脫濕）曲線成比例變化。并運(yùn)用一個(gè)比例程 序，將用戶定義的水力傳導(dǎo)曲線與參考土壤相比較，通過(guò)線性比例變換，在給 定的土壤剖面近似水力傳導(dǎo)變量該程序有以下七個(gè)基本模塊：1，HYDRUSfc程序模塊該模塊定義系統(tǒng)的整個(gè)計(jì)算機(jī)環(huán)境。它控制整個(gè)程序的運(yùn)行過(guò)程，根據(jù)需 要調(diào)用相應(yīng)的子程序模塊。程序執(zhí)行前，首先需選定模擬選項(xiàng)，包括水流、溶 質(zhì)運(yùn)移、熱運(yùn)移或是否考慮根系吸水等；然后給定時(shí)空單位、土壤

3、水力參數(shù)以 及用來(lái)模擬的邊界條件。程序執(zhí)行后，可輸出一系列土壤水力特性曲線、設(shè)定 觀測(cè)點(diǎn)處隨時(shí)間變化的含水率或負(fù)壓水頭曲線，以及沿邊界的實(shí)際或累積水通 量。輸出文件還可提供質(zhì)量平衡信息和逆向最優(yōu)結(jié)果。2， Project Manager 模塊該模塊用來(lái)管理已建立的工程數(shù)據(jù)，包括打開(kāi)、刪除、重命名工程和保存 工程的輸入輸出數(shù)據(jù)等。每個(gè)工程可能是針對(duì)不同的具體問(wèn)題， Project Manager 會(huì)自動(dòng)將每個(gè)工程單獨(dú)建立一個(gè)以工程名命名的文件夾保存相應(yīng)的工程數(shù)據(jù)。3, GEOMETRY模塊該模塊是一個(gè)可用鼠標(biāo)或鍵盤圖繪水流區(qū)域并輸出的CAD程序，也可通過(guò)導(dǎo)入二進(jìn)制文件的方式實(shí)現(xiàn)。水流邊界可以由直

4、線、圓、弧或多義線等不同曲線組成；內(nèi)部邊界也可由 內(nèi)部曲線給定，如排水溝、井等。另外，還可以對(duì)已繪區(qū)域進(jìn)行修改，如刪除、復(fù)制、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等操作。4，MESHGEN模塊該模塊用來(lái)將二維的水流區(qū)域離散成不規(guī)則的三角形網(wǎng)格。第一步：邊界離散化，邊界結(jié)點(diǎn)數(shù)和其密度可由用戶自行確定。第二步：整個(gè)水流區(qū)域的基于 Dela ney規(guī)則的三角形離散化。按照默認(rèn)的光滑因子， 可以將指定的水流區(qū)域自動(dòng)生成最優(yōu)的三角形有限元網(wǎng)格，例如對(duì)于指定的邊 界結(jié)點(diǎn)，它可以生成最小的三角形單元剖分。5，BOUNDARY模塊該模塊用來(lái)讓用戶給定特定情況的初始和邊界條件，以及取定觀測(cè)點(diǎn)等。6，HYDRUS2模塊該模塊是一個(gè)可用來(lái)模

5、擬二維非飽和土壤水運(yùn)動(dòng)的FORTRAN程序。模型可求解含根系吸水源匯項(xiàng)的 Richards方程，可以靈活處理各類水流邊界，包括定 水頭和變水頭邊界、給定流量邊界、滲水邊界、自由排水邊界、大氣邊界以及 排水溝等。針對(duì)離散化控制方程后的系數(shù)矩陣的不同形式，采用了不同的求解 方法，例如帶狀矩陣對(duì)應(yīng)高斯消去法；對(duì)稱矩陣對(duì)應(yīng)共軛梯度法：非對(duì)稱矩陣，對(duì)應(yīng)ORTHOMIN法。另外，該程序升級(jí)版本還包含了一個(gè)參 數(shù)最優(yōu)算法，可對(duì)各種土壤水力參數(shù)從幾個(gè)觀測(cè)的數(shù)據(jù)出發(fā)進(jìn)行逆向估計(jì)。對(duì)于土壤含水率或負(fù)壓水頭數(shù)據(jù)，采用了 Marquardt-Levenberg 非線性最優(yōu) 化技術(shù)估算土壤水分特征曲線中的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)；對(duì)于持水或?qū)蕯?shù)據(jù)，則將待 優(yōu)參數(shù)通過(guò)冪函數(shù)約束在某個(gè)可行區(qū)域 （貝葉斯估計(jì) ）