Hydrus-1D(水環(huán)境模擬軟件) v4.16.0110官方版

Hydrus-1D官方版是由位于歐盟捷克的PC-Progress工程軟件開(kāi)發(fā)公司發(fā)行的一款運(yùn)行于Windows系統(tǒng)下的水環(huán)境模擬軟件，主要可用于模擬一維變飽和度地下水流、根系吸水、溶質(zhì)運(yùn)移和熱運(yùn)移。

Hydrus-1D包含一個(gè)一維(1D)HYDRUS有限元模型，用于模擬變化飽和介質(zhì)中水，熱和多種溶質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，支持交互式圖形界面，用于數(shù)據(jù)預(yù)處理，土壤剖面的離散化以及結(jié)果的圖形顯示，功能強(qiáng)大，生動(dòng)真實(shí)，有需求的用戶請(qǐng)下載使用！

軟件功能

1、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算模型

Hydrus-1D是模擬變量飽和多孔介質(zhì)下的水、熱和多溶質(zhì)二維和三維運(yùn)動(dòng)的有限元計(jì)算模型。HYDRUS數(shù)值求解飽和非飽和水流的Richards方程和熱傳遞和溶質(zhì)運(yùn)移的對(duì)流擴(kuò)散型方程。

水流方程包含一個(gè)下沉期，可導(dǎo)致植物根系吸水。熱傳遞方程考慮了水流傳導(dǎo)和對(duì)流運(yùn)動(dòng)。對(duì)流擴(kuò)散的溶質(zhì)運(yùn)移方程的管理是一個(gè)非常普遍的形式，包括固體和液態(tài)非線性非平衡反應(yīng)的規(guī)定以及液體和氣體的線性平衡反應(yīng)。因此，不管是吸附溶質(zhì)還是揮發(fā)溶質(zhì)（如殺蟲(chóng)劑）都已經(jīng)考慮到了。溶質(zhì)運(yùn)移方程還包括了零階生產(chǎn)的影響、其他溶質(zhì)的獨(dú)立一級(jí)降解以及一階衰減和生產(chǎn)反應(yīng)，以便提供連續(xù)一級(jí)鏈中溶質(zhì)間所需的耦合。運(yùn)移模擬也會(huì)引起液相對(duì)流和擴(kuò)散、氣相擴(kuò)散，因此次模型在液態(tài)和氣態(tài)條件下可同時(shí)模擬溶質(zhì)運(yùn)移。目前HYDRUS最多可考慮15種溶質(zhì)，在單向鏈中耦合或溶質(zhì)間獨(dú)立運(yùn)移。物理非平衡溶質(zhì)運(yùn)移由雙區(qū)和雙重孔隙公式引起， 并把液相分成移動(dòng)和不可移動(dòng)區(qū)域。附著和分離理論，包括過(guò)濾理論，病毒、膠質(zhì)和細(xì)菌運(yùn)移的模擬也包含在其中。

2、附加模塊

UNSATCHem模塊主要是用來(lái)模擬運(yùn)移和主要離子的反應(yīng)。UNSATCHEM模塊模擬變飽和多孔介質(zhì)中主要離子的運(yùn)移（如鈣、鎂、鈉、鉀、SO4、碳酸氣和Cl)，包括主要離子平衡和非平衡化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。生成的代碼可用于預(yù)測(cè)土壤在瞬變流動(dòng)中的主要離子化學(xué)、水和溶質(zhì)通量。 

Wetlands模塊是用來(lái)模擬人工濕地反應(yīng)的。人工濕地水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能優(yōu)化自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的處理過(guò)程。HYDRUS濕地模塊包括兩個(gè)biokinetic模型公式。而在原始濕地CW2D模塊中，考慮到了有機(jī)物、氮和磷需氧和缺氧的轉(zhuǎn)換和降解過(guò)程，以及對(duì)新的CWM1模塊中需氧、缺氧和厭氧過(guò)程的有機(jī)物，氮和硫的考慮。

3、圖形用戶界面

一個(gè)基于微軟Windows圖形用戶界面(GUI)管理的運(yùn)行HYDRUS的輸出需求，以及網(wǎng)格設(shè)計(jì)和編輯、參數(shù)配置、問(wèn)題執(zhí)行和結(jié)果可視化。HYDRUS還包括一組控件，允許用戶創(chuàng)建一個(gè)流和運(yùn)移模型，并對(duì)運(yùn)行中的圖形進(jìn)行分析。使用空間和橫截面查看和線圖來(lái)檢查輸入和輸出。HYDRUS圖形用戶界面的主程序單元定義了系統(tǒng)整體的計(jì)算環(huán)境。這個(gè)主模塊控制程序的執(zhí)行并確定哪些其他可選的工具是必要的。該模塊還包含一個(gè)項(xiàng)目管理器和兩個(gè)預(yù)處理和后處理單元。預(yù)處理單元包括所有必要的參數(shù)規(guī)格,如成功運(yùn)行HYDRUS FORTRAN語(yǔ)言代碼、相對(duì)簡(jiǎn)單的矩形和六面體傳輸域的網(wǎng)格生成器、用于非結(jié)構(gòu)化有限元網(wǎng)格的復(fù)雜二維和三維域的網(wǎng)格生成器、一個(gè)小目錄的土壤水力屬性和從土壤結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的Rosetta Lite程序生成土壤水力屬性。

4、自動(dòng)生成有限元網(wǎng)格

數(shù)據(jù)預(yù)處理涉及二維流動(dòng)區(qū)域規(guī)范，具有任意形狀連續(xù)的折線、圓弧、樣條函數(shù)、域邊界的離散化和一個(gè)非結(jié)構(gòu)化的有限元網(wǎng)格的下一個(gè)版本。HYDRUS（標(biāo)準(zhǔn)版）帶有一個(gè)可選的網(wǎng)格生成程序，Meshgen可以生成一個(gè)非結(jié)構(gòu)化有限元網(wǎng)格的二維域。HYDRUS基于Delaunay推論，已經(jīng)被無(wú)縫集成到HYDRUS環(huán)境里了。在沒(méi)有Meshgen程序的情況下，HYDRUS GUI提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的自動(dòng)構(gòu)建選項(xiàng)(Lite版本)。三維版本是在Lite和Standard版本下添加了指定的相同或不同厚度的層數(shù)。HYDRUS 3D專(zhuān)業(yè)版有一個(gè)三維網(wǎng)格生成程序(GENEX和T3D)，為通用三維域生成非結(jié)構(gòu)化有限元網(wǎng)格。

5、后處理

輸出圖形包括水含量、流速、濃度、溫度在空間或橫斷面視圖的2D等高線（等值線或彩色光譜）。圖形輸出還包括速度矢量圖、彩色邊緣、顏色的點(diǎn)、連續(xù)的時(shí)間步的圖形顯示和動(dòng)畫(huà)以及選定的邊界或內(nèi)部截面線圖。用戶可以將感興趣的區(qū)域縮放，橫截面視圖的垂直刻度也可以放大。網(wǎng)格還可以展示邊界和編號(hào)的三角形、邊緣和點(diǎn)。觀察點(diǎn)可以添加到網(wǎng)格的任何地方。網(wǎng)格和/或空間分布結(jié)果(壓力頭、水含量、速度、濃度和溫度)的視圖都使用高分辨率彩色或灰階值。界面還包括一個(gè)內(nèi)容豐富的在線幫助菜單。

6、域和有限元網(wǎng)格區(qū)域

為了簡(jiǎn)化復(fù)雜的運(yùn)移幾何圖形的工作，這些圖形可以劃分為簡(jiǎn)單的部分稱為Section. 只有這些簡(jiǎn)單的部分可以在視圖窗口中顯示,而剩下的部分被隱藏。一共有兩種類(lèi)型的Section:基于幾何對(duì)象的和基于有限元網(wǎng)格的?？梢酝瑫r(shí)顯示多個(gè)section。使用各種命令可以切斷和隱藏不需要的運(yùn)移區(qū)域部分。

軟件特色

1、Hydrus-1D官方版可用于分析非飽和，部分飽和或完全飽和的多孔介質(zhì)中的水和溶質(zhì)運(yùn)動(dòng)。

2、流動(dòng)區(qū)域本身可能由不均勻的土壤組成。流動(dòng)和運(yùn)輸可以發(fā)生在垂直，水平或大致傾斜的方向上。模型的水流部分可以處理(恒定或時(shí)間變化的)規(guī)定的頭部和通量邊界，由大氣條件控制的邊界以及自由排水邊界條件。在從規(guī)定的通量到規(guī)定的頭部類(lèi)型條件的模擬過(guò)程中，土壤表面邊界條件可能會(huì)發(fā)生變化(反之亦然)。

3、對(duì)于溶質(zhì)運(yùn)輸，代碼支持(恒定和變化的)規(guī)定濃度(狄利克雷或第一類(lèi))和濃度通量(柯西或第三類(lèi))邊界條件。分散系數(shù)包括反映分子擴(kuò)散和曲折效應(yīng)的術(shù)語(yǔ)。

4、使用van Genuchten [1980]，Brooks和Corey [1964]和改進(jìn)的van Genuchten型分析函數(shù)描述了非飽和土壤的水力特性。進(jìn)行了修改以改善對(duì)接近飽和度的水力特性的描述。 HYDRUS代碼通過(guò)使用Scott等人介紹的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)結(jié)合滯后。 [1983]和Kool和Parker [1987]。該模型假定干燥掃描曲線是從主干燥曲線中縮放的，并且濕潤(rùn)掃描曲線是來(lái)自主潤(rùn)濕曲線。

5、HYDRUS還通過(guò)一套線性縮放變換實(shí)現(xiàn)了一個(gè)縮放程序，用于估算給定土壤剖面中的水力變率，該變換將單個(gè)土壤水力特性與參考土壤的水力特性相關(guān)聯(lián)。

6、通過(guò)邏輯增長(zhǎng)函數(shù)模擬根系生長(zhǎng)。根據(jù)Feddes等人提出的功能可以定義水和鹽度脅迫響應(yīng)函數(shù)。 [1978]或van Genuchten [1987]。

7、使用Galerkin型線性有限元方案對(duì)控制流動(dòng)和傳輸方程進(jìn)行數(shù)值求解。在飽和和不飽和條件下使用隱式(向后)有限差分格式實(shí)現(xiàn)時(shí)間積分。采取其他措施來(lái)提高瞬態(tài)問(wèn)題的解決方案效率，包括自動(dòng)時(shí)間步調(diào)整和遵守Courant和Peclet數(shù)的預(yù)設(shè)范圍。使用Celia等人提出的質(zhì)量保守方法評(píng)估含水量項(xiàng)。 [1990]。用于使傳輸解決方案中的數(shù)字振蕩最小化的可能選項(xiàng)包括上游稱重，人造分散和/或性能索引。

8、HYDRUS實(shí)施Marquardt-Levenberg型參數(shù)估算技術(shù)，用于根據(jù)測(cè)得的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)流量和/或輸送數(shù)據(jù)對(duì)所選土壤水力和/或溶質(zhì)運(yùn)移和反應(yīng)參數(shù)進(jìn)行反演估算。該過(guò)程允許根據(jù)觀測(cè)到的水含量，壓力水頭，濃度和/或瞬時(shí)或累積的邊界通量(例如滲透或流出數(shù)據(jù))來(lái)估計(jì)幾個(gè)未知參數(shù)。額外的保留率或水力傳導(dǎo)率數(shù)據(jù)以及用于限制優(yōu)化參數(shù)保留在某個(gè)可行區(qū)域的懲罰函數(shù)(貝葉斯估計(jì))可以可選地包括在參數(shù)估計(jì)過(guò)程中。

軟件亮點(diǎn)

1、開(kāi)發(fā)工具（數(shù)值模型）來(lái)研究這些過(guò)程。

2、通過(guò)用戶友好的軟件包提供模型。

3、開(kāi)發(fā)HYDRUS規(guī)范的各種新模塊。

4、從瞬態(tài)二維和三維可變飽和流動(dòng)實(shí)驗(yàn)中識(shí)別土壤水力參數(shù)。

5、土壤和地下水中的水流和溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程。

6、分析和數(shù)值模擬。

7、非飽和土壤水力特性的表征和測(cè)量。

8、用于反演方法來(lái)估計(jì)流量和溶質(zhì)運(yùn)移參數(shù)。

9、作物耐鹽性，根系吸水。

10、大孔土和不飽和裂隙巖優(yōu)先流動(dòng)。

11、污染物的非平衡運(yùn)輸。

注意事項(xiàng)

1、水流量通量（結(jié)果菜單，邊界信息子菜單）。

2、橫跨上下邊界的實(shí)際和累積水通量和壓頭的時(shí)間變化圖。

3、用戶可以選擇以下任何獨(dú)立變量。

4、潛在的上限通量（降水，灌溉或潛在蒸發(fā)）。

5、潛在的根系水分吸收速率。

6、實(shí)際上限通量（滲透或?qū)嶋H蒸發(fā)率）。

7、實(shí)際根系吸水率。

8、下限通量。

9、累積潛在上限通量。

10、累積潛在根系吸水率。