HYDRUS-2D3D学习手册

HYDRUS(2D/3D)天津城建大学模拟在变饱和介质中水、热、复合溶质的二和三维运动软件包用户手册版本1.022007.051目录摘要HYDRUS图形用户界面介绍1.项目管理和数据管理2.项目几何信息3.水流参数3.1主要过程3.2反向求解3.3时间信息3.4输出信息3.5迭代准则3.6土壤水力模型3.7水流参数3.8神经网络预测3.9在导水率中各向异性3.10溶质迁移3.11溶质迁移参数3.12溶质反应参数3.13溶质迁移参数温度依赖3.14热扩散参数3.15根系吸水模型3.16根系吸水参数23.17根系分布参数3.18时间变量边界条件3.19人工湿地4.迁移域几何4.1边界对象4.1.1点4.1.2线和折线4.1.3弧线和圆4.1.4曲线和样条曲线4.1.5移动、复制、旋转和镜像操作4.1.6附件操作4.2表面4.2.1定义一个二维域的步骤4.2.2几何正确定义几个注意规则4.2.3内部对象4.3打开4.4立体图形4.4.1立方体分为土柱4.4.2立方体分为次层4.4.3在不同厚度矢量上次层不同厚度的各自特征4.4.4定义一个三维层域的步骤4.5厚度34.6辅助对象4.6.1尺寸4.6.2标记4.6.3位图（结构）4.6.4横断面4.6.5网格线4.7对象其它注意事项4.7.1对象编号4.7.2对象间关系4.7.3对象间参考和写一列Index规矩4.8从一文本文件输入几何5.有限元网格5.1有限元网格创建5.2结构的有限元创建5.3非结构的有限元创建5.4有限元网格改良5.5非结构的有限元创建MeshGen2D5.6有限元网格统计5.7有限元网格部分6.域特性、初始与边界条件6.1默认与特性6.2初始条件46.3边界条件6.4域特性7.图形输出7.1结果-图形显示7.1.1显示选项7.1.2编辑Isoband值和彩色光谱7.2结果-其它信息7.2.1转化到ASCII8.图形用户界面部分8.1视图窗口8.1.1屏幕和视图命令8.1.2坐标方格与工作面8.1.3伸缩因子8.1.4渲染模型8.1.5选项和编辑命令8.1.6弹出菜单8.1.7拖拉与放弃8.1.8部分8.2导航栏8.3编辑栏8.4工具栏8.5HYDRUS菜单59.杂项信息9.1程序选项9.2HYDRUS许可证与激活9.2.1请求准则9.2.2安装、移到其它电脑9.3打印选项9.4坐标体系9.5在计算时期DOS窗口9.6可视文件参考文献6IntroductiontotheHYDRUSGraphicalUserInterface(HYDRUS图形用户界面介绍)过去几十年，模拟在地下水流和污染物迁移的复杂数值模型暴增，包括处理在土壤表面与地下水位之间非饱和或渗流区一和多维水流和迁移过程模型。尽管现在有丰富的精确模型可以利用，但它们主要问题是庞大的数据准备、数值网格设计与输出图解表示法限制了最优使用，因此，多维模型广泛使用使得创建、操作和显示大数据文件变得简单并且促进了数据管理间的互动。此技术将会使用者从冗长的人工数据处理解放出来，具体案例的实施会提高效率。为了避免或简化二或三维应用相对复杂输入数据文件的准备和管理，以及图形显示最终模拟结果，我们研发了一个管理系统Windows95、98、NT、ME、XP环境的交互式基于图形用户友好界面HYDRUS。直接连接此界面到计算准则。HYDRUS图形用户界面当前版本1.0代表了HYDRUS-2D的版本2.0完全重写，并拓展它的能力到三维问题。附件信息到此用户手册，广阔的上下文相关的在线帮助为图形用户界面(GUI)的部分。当工作在任何窗口按F1按钮或点击帮助按钮，用户获得关于窗口内容信息。此外，在每一模块使用SHIFT+F1帮助按钮可用上下文相关的帮助。在此模块，鼠标光标变为帮助光标（一组合箭头+问号），用户可以选择一需要帮助特定对象（如：菜单项，工具栏按钮或其它特征）。在那点，将显示一个帮助文件，给出关于用户点击项信息。除了计算模块用FORTRAN写外，用C++写整个GUI。7TheHYDRUSGraphicalUserInterface为定义系统总的计算环境的主要程序单元。此主要模块控制此程序执行和决定特定应用其它优先模块。此模块包括项目管理和预处理、后处理单元。此预处理单元包括指定成功运行HYDRUSFORTRAN准则所有必要参数(模块H2D_CALC,H2D_CLCI,H2D_WETL，H3D_CALC)，相对简单的矩形和六面体迁移域的网格生成器，对于非结构的有限元网格的一个网格生成器适合与更复杂的二维域，一个小的土壤水力特性目录，和从纹理信息生成土壤水力特性的RosettaLite程序，在选择观测节点上特定变量的分布与时间，以及穿过特定类型边界实际或累积的水流与溶质通量。后处理单元也包括以等值线图、网线密度、谱图、速度矢量以及用等值线与谱图制作方式呈现模拟结果选项。8图1显示了HYDRUS图用户界面的主窗口，包括了它的主要组成，如：Menu（菜单）、Toolbars（工具栏）、ViewWindow(视图窗口)、NavigatorBar(导航栏)、Tabs（标签）、和Editbar(编辑栏)。使用这些项贯穿于此整个用户手册。下面文本提供了一个图形用户界面所有主要成分详细描叙。最后此用户手册目录给出此菜单所有易理解的命令（表14）以及采取特定命令行动简洁讨论（表15）通过在线帮助可得到更详细的描叙。通过打开项目管理（看章节1）开始新项目工作，并起个名字和简短描叙此新项目。紧接着出现GeometryIMformation（几何信息）对话框（图6与7）（选择此窗口也可从预处理菜单）。从程序此点通过的输入文件输进过程浏览用户。用户可能从菜单选择特定的命令或允许界面通过选择Next按钮输入的输入数据过程引导他们。点击Previous按钮将返回用户到以前窗口。在NavigatorBar（导航栏）中DataTab安顺序列出预处理与后处理过程命令和过程。在EditBar中绿色箭头引导用户对于一特定命令按顺序或先前输入过程。使用Toolbars和Menus，或Navigator与EditBars，许多命令和过程可以选择性的进入。91.ProjectManagerandDataManagement（项目管理人和数据管理）使用ProjectManager（命令调用：File-ProjectManager,Figs.2and3)管理正存在的项目数据，和帮助定位、打开、复制、删除、重命名所需项目或他们的输入或输出数据。Project代表用HYDRUS求解的任何特定问题。项目名字，项目简短的描叙（Fig.4），帮助定位一个特定问题。当使用TemporaryWorkingDirectory（临时工作目录）项(Fig.4)时，通过project_name.h3d文件代表包含所有输入与输出数据的项目。当选择PermanentWorkingDirectory（永久工作目录）项时，仅包含输入数据。从project_name.h3d文件选取HYDRUS输入文件（计算模块使用）到一工作子目录；通过计算模块创建输出数据送到同一文件夹。当保存一个项目时，也包含输出文件（计算模块创建）到project_name.h3d文件(当使用TemporaryWorkingDirectory（临时工作目录）项)。输入和输出文件可永久保存在外部工作目录，或保存在此文件夹仅在计算期间(Fig.4,单选按钮Temporary–isdeletedafterclosingtheprojectandPermanent–resultfilesarekeptinthisdirectory)。指定外部工作目录的位置在ProjectDescription(Fig.4)和ProgramOptions对话框窗口(Fig.116)。10Figure2.TheprojectManagerwiththeProjectGroupstab.ProjectManager给用户在组织他们项目相当大的自由。此项目被分组为在可访问存储器中任何位置可被代替的ProjectGroups(Fig.2)（即：当地或网络硬盘）。ProjectManager服务组织项目到用户定义的逻辑组。每个项目组有自己的名字、描述和路径(Figs.2and5)。一个ProjectGroup可以是任何存在的可理解的子目录（文件夹）。安装HYDRUS与两个默认项目组2D_Tests与3D_Tests一起，他们在HYDRUS3D文件夹。此2D_Tests与3D_Tests包含二和三维问题检测案例。我们建议用户创建他们自己项目组(如：My_2D_Direct,My_2D_Inverse,和My_3D_Direct项目组)，和保持提供的完整案例以备将来参考。用户可以用标准文件管理软件复制项目组（或与同行和客户端分享他们HYDRUS项目）之间项目，如：WindowsExplorer（Windows资源管理器）。在那情况必须仅复制project_name.h3d文件（当关闭使用的项目后单选按钮临时-被删除，Fig.4）。当永久保存临时数据在工作目录（即：单选按钮永久-结果文件被保存在此目录，11Fig.4）复制工作目录必须与project_name.h3d文件一起。Figure3.TheProjectManagerwiththeProjectstab用一个名字与一个简洁的描述一个项目，此项目管理也显示特定问题（类型）的规模，其过程涉及(W–waterflow,S–solutetransport,T–heattransport,R–rootwateruptake,Inv–Inverseproblem)，项目尺寸（MB），当创建此项目（Date）和无论结果是否存在（Fig.3）时。此ProjectManager也可显示Project的图形预演（看在Fig.3中显示的项目预演复选框）。ProjectManager的命令列在表1。12从ProjectManager对话框窗口的ProjectTab获得New与Rename命令(Fig.3)叫ProjectInformation对话框窗口(Fig.4)，包含项目的名字、描述以及关于ProjectGroup（项目组）信息（名字、描述、路径）到它的项目属。也包括无论是否永久保存在外部目录中的输入与输出数据的信息（此单选按钮在关闭此项目后删除临时和保存在此目录中永久结果文件，Fig.4）。13Figure4.TheProjectInformationdialogwindowFigure5.GeneraldescriptionoftheHYDRUSProjectGroupHYDRUS-2D以前版本2.0创建的项目可以用两种方式输入到HYDRUS当前版本：A.用此命令File-ImportandExport-ImportHYDRUS-2DProject可以转换各自项目。第一次创建一新的Project时做，然后选择以上命令并浏览用HYDRUS-2D以前版本创建的项目位置。转换老的项目的输入数据到新的HYDRUS板式。当需要修改或重新计算项目时，用HYDRUS新的版本可以看见老的项目的结果。Ｂ．用ProjectManager（项目管理器）的Convert（转换）命令可以同时转换复合的ＨＹＤＲＵＳ－２Ｄ项目。首先创建一个ＨＹＤＲＵＳ项目组文件夹，14ＨＹＤＲＵＳ－２Ｄ放置在里面，并选择在ProjectManager的ProjectTab中的ShowHYDRUS-2DProjects项。然后选择将要转换的项目并点击Project命令。用这种方式ＨＹＤＲＵＳ创建ＨＹＤＲＵＳ项目和在project_name.h3d文件中存储所有输入与输出文件。使用ＨＹＤＲＵＳ图形用户界面（此直接修改project_name.h3d文件）或手工修改输入文件来编辑输入数据。在此情况，ＨＹＤＲＵＳ输入文件需被保存在工作外部目录中（HYDRUSSolver的File-ImportandExport-ExportData命令发送这些），和从*.I