Hydrus操作技巧

HYDRUS1D和3D使用查元源武汉大学水利水电学院[e-mail]一维Hydrus模型（Hydrus1D1.xx）工程标题前处理框后处理框首先按照步骤，按照前处理框的提示，一步一步的进行操作。当前处理部分完成以后，需要点击“手型工具”或者菜单栏的“运行”进行计算，会出现Dos计算界面，可以观察计算时间步长，迭代等信息。计算完毕后，按回车键，此时输出结果可以在后处理框查看。一前处理框（依次进行）1.主进程：可以选择水流（是否包括气流）；溶质运移；热运动；根系吸水；根系生长；CO2运移；反演模型。根据需要进行复选，可多选，水流运动必选。如果某些进程未选，则后续的相关处理框可能不会出现。例如，不选择根系吸水，则不会出现“根系吸水模型”。运行选项帮助技巧：当对本步骤不够熟悉时，例如不理解参数或模型意义，点击Help,可以获得相关帮助，如果需要对数学模型背景深入了解，可以从菜单help中打开UserManual查看。a应用Help文档(在哪一步点击，即出现哪一步的解释)b，技术help例如，技术文档对根系吸水模型及其参数的解释2几何信息包括单位，土壤质地种类；平衡子区数；与z轴角度；深度提示：长度L,时间T,质量M是三个基本量纲，其它衍生单位均由其决定。例如，速度单位不需要输入，根据长度/时间单位决定。3.时间信息包括时间单位，起始和结束时间，时间步长等。实际模拟中，常常有时变条件（如降雨蒸发等），可勾选该框，并输入数目。由此还可以选择采用气象数据计算ET0，可选PM公式，Hargreaves公式或者能量平衡公式。4.打印时间点信息即在你关心的某些时间输出剖面的信息。5.迭代信息，按默认即可，除非模拟特别难收敛问题，或者需要进行算法比较，可调整。6.水力参数模型，即描述K-h-theta曲线的模型。常见的单孔隙有vG和BC模型。另外存在双孔隙/双传导性模型，另外可选是否考虑磁滞效应。7.对应参数模型的参数，例如下图为vG模型的参数：由于vG模型用途广泛，但参数难以获取，可以通过土壤传递函数进行预测，HYDRUS内嵌了USGS的Rosstta模型。8.边界条件：一维的比较简单，就是上边界和下边界。常见的如1类，二类，大气边界，自由排水，等。其定义可以参见help。初始条件可以以水头或者含水量的形式。由于通常试验数据为含水量，故可选含水量，但注意：非均质土壤不能选取含水量作为初始条件输入，因为可能会有跳跃的负压，造成不收敛。9.根系吸水模型以及根系吸取溶质模型可以指定根系吸水胁迫折减模型；以及溶质胁迫（如盐碱化）导致吸水水分折减模型。可以考虑根系提取盐分的模型（如氮素，少量盐分）。10.Feddes模型的参数（分段线性插值模型，其定义参见手册中的图）11.填写剖面信息：包含初始条件等所有在空间变化而不随时间变化变量（如果随时间变化那极有可能是待求的theta，h），例如初始水头h0，根系密度分布函数，尺度因子（AXZ等），材料质地分布信息（与前述填写的质地种类有关，如果前述质地有3类，那么这里Mat列应该包含1,2,3三种土壤）12提示是否运行？可以直接运行，可以点击工具栏手型工具，可以点击菜单栏计算。13.可能会出现的前处理对话框：(1)时变条件该框输入随时间变化，但不随空间变化的某些物理量，例如蒸腾T。如果选择了大气边界，则还有降雨和蒸发，以及极限蒸发强度负压；如果选择了采用PM公式计算腾发量，还有叶面积指数LAI等参数。选择时变的边界条件也会出现在该框中。(2)复选溶质选项后溶质选项包含溶质数值计算的格式选择，质量单位（默认mmol），非平衡溶质模型，溶质迭代准则等。(3)溶质参数计算溶质D参数(4)溶质反应项参数（5）溶质边界条件（6）剖面编辑可以编辑网格离散，设置观察点，设置节点的初始水头和材料属性等功能。（与剖面信息部分内容重复，但是此处是图示，剖面信息是表格，根据需要选择采用哪一种）二计算Dos框包含计算推进时间t，迭代次数，累计迭代次数，上表面速度vtop等，这样可以查看是否会出问题。如果该框跳跃非常慢，而迭代次数ItW总是高居11或者50不下（默认最大值），则软件可能达到模拟极限，可能发生不收敛，或者有极大的质量误差。点ENTER该框消失。三、后处理结果1、观察点信息即在剖面上设置节点，观察其物理量变化，xy坐标物理量均可以调节。2.剖面信息，输出整个剖面在设置的打印时间点（包括初始时间和结束时间）的物理量。3.边界通量或水头信息会有时变边界的统计，如实际蒸发/吸水，潜在蒸发/吸水，累计实际蒸发/吸水等随时间变化图像3.参数图即把例如vG模型和其参数化成图形4.时间步长和迭代信息演变结果会反映时间步长的设置是否合理，建模收敛性是否良好。4.水均衡信息列出了不同时间的质量守恒绝对误差和相对误差。例如相对误差小于1%可以接受，而10%则不能接受。四文件存储位置在菜单选项中包含文件存储位置。我们可以复制，查看自己建立的工程文件，在example/direct中。另外的Hp1是C02模型，inverse是反演模型。工程文件后缀为.h1d，并有同名文件夹一个。文件夹里的内容均是前后处理的数值输入和输出，例如，BALANCE.out是均衡信息。Nod_inf.out是剖面信息。selector.in是输入控制文件。当后处理的图像不满足自己的要求时，可以找到对应文件自己画图。工程（可以用H1D中的projectManager扫描打开）。工程文件夹内部内容。三维Hydrus模型该模型是收费的，目前的1.06和1.11版本已经破解。总体界面上有些变化，菜单栏保持不变，但是前后处理框全部整合到左端的导航窗口。中间部分为显示窗口，右端为编辑窗口（均可以选择隐藏）。点击File新建工程，或者通过管理器打开工程。例如我这里，建立了Vaclulin_example.h3d的工程，对应由几何信息，网格，区域信息，初始条件，边界条件等框，根据实际问题还可以具体增加。此时，我们仍然可以一步一步按照提示进行前处理输入。一、前处理1.文件存储位置，文件名2.几何信息可以选择维度，2D，3D，规则区域，非规则区域（这两个在输入网格时差别较大）；3.长宽高（规则区域）4.主程序相比Hydrus1D少一些，正待开发。5.时变条件6.打印时间7.迭代信息8.参数9.模型参数10.各项异性张量11.规则区域离散即长宽高分别的网格。下图为统计的网格数目：12默认区域参数该值可能没有用，例如h是水力平衡状态，节点源汇Q默认为0，根系分布为0.在后面可以修改。此步骤过后，可以进入图像界面操作，以便输入带有分布的参数，边界等。此时，较多的用到选择，以及编辑框命令。先选择节点区域，然后，点击setvalue便可以指定节点的材料属性。由于三维区域较难选择，HYDRUS提供了几种工具方便选择：（1）.视角：可以在x方向，y方向，z方向进行选取。(2)外壳或者分层选择z=2m一层的效果再赋值。ctrol是多重选择热键。shell表示外表面。按照此工具可以进行如下选择：1.区域信息：如源汇项，包括井（-q）；材料信息；观察点等2.初始条件：初始负压，可以根据深度线性分布（得到平衡剖面），可以均匀分布3.边界条件：和一维的一致。二执行和一维一致。三结果查看左端导航可以选择压力，含水量，速度等结果。还可以显示其它统计型结果，如边界累计通量（非分布式的，与一维的一致）。例如时间步长信息：右端编辑可以截取三维区域的某个剖面或者边界，以获取一维图像。时间层为打印时间的累计，可以选择不同的时间，还可以选择动画显示。四非规则网格的变化可以拉伸，局部加密，网格总数控制，划分子区等。有两种方式建立非规则几何，一是从菜单栏导入，如下图所示。另外一种方式是通过编辑框输入点，线，曲线等几何元素，形成封闭框后，将其定义为“surface”，即形成了基本的区域。我们先以二维的为例进行说明：输入点，线，曲线，输入点，线等连接成封闭几何体，然后采用surfaceviaboundary对其进行surface的定义，如果不定义，则该几何体将不作为计算区域。点击下一步后，generategrid可以划分网格。其中，点击gridrefinement可以加密部分点，面的网格，如下图所示的变化。后续步骤与规则区域的是一致的。