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工程軟件開發(fā)公司發(fā)行的一款運行于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)運移和熱運移。

Hydrus-1D包含一個一維(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)的運動，支持交互式圖形界面，用于數(shù)據(jù)預處理，土壤剖面的離散化以及結(jié)果的圖形顯示，功能強大，生動真實，有需求的用戶請下載使用！

軟件功能

1、標準計算模型

Hydrus-1D是模擬變量飽和多孔介質(zhì)下的水、熱和多溶質(zhì)二維和三維運動的有限元計算模型。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)運移的對流擴散型方程。

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

2、附加模塊

UNSATCHem模塊主要是用來模擬運移和主要離子的反應。UNSATCHEM模塊模擬變飽和多孔介質(zhì)中主要離子的運移（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反應動力學。生成的代碼可用于預測土壤在瞬變流動中的主要離子化學、水和溶質(zhì)通量。 

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

3、圖形用戶界面

一個基于微軟Windows圖形用戶界面(GUI)管理的運行HYDRUS的輸出需求，以及網(wǎng)格設計和編輯、參數(shù)配置、問題執(zhí)行和結(jié)果可視化。HYDRUS還包括一組控件，允許用戶創(chuàng)建一個流和運移模型，并對運行中的圖形進行分析。使用空間和橫截面查看和線圖來檢查輸入和輸出。HYDRUS圖形用戶界面的主程序單元定義了系統(tǒng)整體的計算環(huán)境。這個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。該模塊還包含一個項目管理器和兩個預處理和后處理單元。預處理單元包括所有必要的參數(shù)規(guī)格,如成功運行HYDRUS FORTRAN語言代碼、相對簡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)格的復雜二維和三維域的網(wǎng)格生成器、一個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、自動生成有限元網(wǎng)格

數(shù)據(jù)預處理涉及二維流動區(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非結(jié)構(gòu)化的有限元網(wǎng)格的下一個版本。HYDRUS（標準版）帶有一個可選的網(wǎng)格生成程序，Meshgen可以生成一個非結(jié)構(gòu)化有限元網(wǎng)格的二維域。HYDRUS基于Delaunay推論，已經(jīng)被無縫集成到HYDRUS環(huán)境里了。在沒有Meshgen程序的情況下，HYDRUS GUI提供了一個簡單、結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的自動構(gòu)建選項(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專業(yè)版有一個三維網(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、連續(xù)的時間步的圖形顯示和動畫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的三角形、邊緣和點。觀察點可以添加到網(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

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

2、流動區(qū)域本身可能由不均勻的土壤組成。流動和運輸可以發(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)定的頭部類型條件的模擬過程中，土壤表面邊界條件可能會發(fā)生變化(反之亦然)。

3、對于溶質(zhì)運輸，代碼支持(恒定和變化的)規(guī)定濃度(狄利克雷或第一類)和濃度通量(柯西或第三類)邊界條件。分散系數(shù)包括反映分子擴散和曲折效應的術語。

4、使用van Genuchten [1980]，Brooks和Corey [1964]和改進的van Genuchten型分析函數(shù)描述了非飽和土壤的水力特性。進行了修改以改善對接近飽和度的水力特性的描述。 HYDRUS代碼通過使用Scott等人介紹的經(jīng)驗模型來結(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，并且濕潤掃描曲線是來自主潤濕曲線。

5、HYDRUS還通過一套線性縮放變換實現(xiàn)了一個縮放程序，用于估算給定土壤剖面中的水力變率，該變換將單個土壤水力特性與參考土壤的水力特性相關聯(lián)。

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

7、使用Galerkin型線性有限元方案對控制流動和傳輸方程進行數(shù)值求解。在飽和和不飽和條件下使用隱式(向后)有限差分格式實現(xiàn)時間積分。采取其他措施來提高瞬態(tài)問題的解決方案效率，包括自動時間步調(diào)整和遵守Courant和Peclet數(shù)的預設范圍。使用Celia等人提出的質(zhì)量保守方法評估含水量項。 [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包括上游稱重，人造分散和/或性能索引。

8、HYDRUS實施Marquardt-Levenberg型參數(shù)估算技術，用于根據(jù)測得的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)流量和/或輸送數(shù)據(jù)對所選土壤水力和/或溶質(zhì)運移和反應參數(shù)進行反演估算。該過程允許根據(jù)觀測到的水含量，壓力水頭，濃度和/或瞬時或累積的邊界通量(例如滲透或流出數(shù)據(jù))來估計幾個未知參數(shù)。額外的保留率或水力傳導率數(shù)據(jù)以及用于限制優(yōu)化參數(shù)保留在某個可行區(qū)域的懲罰函數(shù)(貝葉斯估計)可以可選地包括在參數(shù)估計過程中。

軟件亮點

1、開發(fā)工具（數(shù)值模型）來研究這些過程。

2、通過用戶友好的軟件包提供模型。

3、開發(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實驗中識別土壤水力參數(shù)。

5、土壤和地下水中的水流和溶質(zhì)運移過程。

6、分析和數(shù)值模擬。

7、非飽和土壤水力特性的表征和測量。

8、用于反演方法來估計流量和溶質(zhì)運移參數(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。

11、污染物的非平衡運輸。

注意事項

1、水流量通量（結(jié)果菜單，邊界信息子菜單）。

2、橫跨上下邊界的實際和累積水通量和壓頭的時間變化圖。

3、用戶可以選擇以下任何獨立變量。

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、實際上限通量（滲透或?qū)嶋H蒸發(fā)率）。

7、實際根系吸水率。

8、下限通量。

9、累積潛在上限通量。

10、累積潛在根系吸水率。