1、用HYDRUS-1D模擬剖面變飽和度地下水流簡明手冊(cè)王旭升中國地質(zhì)大學(xué)（北京）1. 女M可獲取 HYDRUS-1D 22. 版權(quán)聲明23. 參考資料24. HYDRUS-1D 的 WINDOWS 界面25. 設(shè)計(jì)模型36. 使用HYDRUS-1D 創(chuàng)建模型 47. 輸入模型控制信息 58. 水流模型一一迭代計(jì)算參數(shù) 69. 水流模型一一土壤水力特性模型 710. 水流模型一一土壤水分特征曲線 711. 水流模型一一邊界條件 812. 水流模型一一定水頭或通量邊界設(shè)置 913. 根系吸水一一吸水模型 914. 根系吸水水分脅迫參數(shù) 1015. 輸入可變邊界條件的信息 1016. 編輯土壤剖面一一

2、使用圖形界面 1117. 編輯土壤剖面一一使用表格 1318. 運(yùn)行模型1419. 觀察結(jié)果1420. 輸出結(jié)果14HYDRUS-1D是一個(gè)共享專業(yè)軟件，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。本手冊(cè)只介紹應(yīng)用HYDRUS1D模擬垂向剖面水流和根系吸水的操作方法。1. 女M可獲取 HYDRUS-1DHYDRUS-1D由位于歐盟捷克的PC-Progress工程軟件開發(fā)公司發(fā)行，用戶可以登錄該公司首頁： pc-progress 。為了下載 HYDRUS-1D，應(yīng)先注冊(cè)成為用戶，然后下載Hydrus-1D的安裝文件：H1D_4_14.exe。這個(gè)文件對(duì)應(yīng)目前 HYDRUS-1D的最

3、高版本。2. 版權(quán)聲明HYDRUS-1D的作者為：(1) J. Simunek, Department of Environmental Sciences, University of California Riverside, Riverside, California, USA.(2) M. Sejna, PC Progress, Prague, Czech Republic.(3) M.Th. van Genuchten, Department of Mechanical Engineering, Federal University of Rio de Jan eiro, Rio de

4、 Jan eiro, Brazil.感謝他們提供了一個(gè)如此精美而又免費(fèi)使用的專業(yè)軟件，幫助我們從事有關(guān)的科學(xué)和教 育工作。當(dāng)你運(yùn)行 H1D_4_14.exe解壓文件后，會(huì)在您的電腦中產(chǎn)生一個(gè)安裝目錄，其中包含 Setup.exe可執(zhí)行文件。運(yùn)行這個(gè)文件即可安裝HYDRUS-1D軟件。當(dāng)您安裝HYDRUS-1D時(shí)，象安裝其它軟件一樣，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)許可協(xié)議，從中可知本共 享軟件也受到美國法規(guī)的保護(hù)。3. 參考資料HYDRUS-1D 安裝之后，在軟件運(yùn)行目錄下有HYDRS-1D Manual.pdf文件。從這個(gè)文件您可以了解到 HYDRUS-1D的一些技術(shù)細(xì)節(jié)，如水流、溶質(zhì)運(yùn)移、熱流的方程、一些處理專

5、 門問題的模型、輸入輸出文件等等。有一個(gè)Examples目錄，包含大量的模擬算例可供參考。用戶還可以參考以下文獻(xiàn)：? ?im?nek, J., M. Th. van Genuchten, and M. ?ejna, Development and applications of the HYDRUS and STANMOD software packages, and related codes, Vadose Zone Journal, doi:10.2136/VZJ2007.0077, Special Issue ” Vadose Zone Modeling ” , 7(-60082008

6、.? Jacques, D., J. ?im?nek, D. Mallants, and M. Th. van Genuchten, Modeling coupled hydrological and chemical processes: Long-term uranium transport following mineral phosphorus fertilization, Vadose Zone Journal, doi:10.2136/VZJ2007.0084, Special Issue” Vadose Zone Modeling -711,7(0!0,8698? ?im?nek

7、, J. and M. Th. van Genuchten, Modeling nonequilibrium flow and transport with HYDRUS, Vadose Zone Journal, doi:10.2136/VZJ2007.0074, Special Issue” Vadose Zone Modeling797：2008), 782這些文獻(xiàn)都可以從：pc-progress 下載。4. HYDRUS-1D 的 WINDOWS 界面運(yùn)行HYDRUS-1D，可以看到一個(gè) Windows的界面如下：圖1所有的前后處理在界面中一目了然，左邊是前處理工具，右邊是后處理工具。

8、其中前處 理的各項(xiàng)功能如以下圖所示。BHYDRUS ID ROOTUPTK模擬內(nèi)容選項(xiàng)幾何形狀參數(shù)及剖面方式 時(shí)間信息 輸出方式 水流 水流 水流 水流EiLr View Er e -proc e = 5ing C-alcrjlation. E-Sul t 三n R定|劇4|=回匕業(yè)1EOOTUPTKj=iM jin ProceaseaGcoedry InzDTationTlnv Infijj jncti m.PriE-jtWater :W-ster :Wat 世Water -Sol ijt eS ziluteSoluteSoluteR-iQt Water Dpt ike - KadelRzi

9、ot Waler Lfetake- 一 Wai亡r Stress RciuclicnVfi eibl r E'OundaLrir CcniltionESi 1 Pfufilfc - Graph!cjI KditciSoil Profile Wukthf lijfOTffiBt I.QHflc&? - Iteratfan CriierlaFlew Soil fb'dr-5U.ilit Prmrty KodrlFlow - Sail Edraulie Fariai>etersFlow - B jundarF CorzditionsB Transport： TrarLE

10、j-ort： Tr3njET)art? Treneport-'central Infarnation 三 Transport P =jhe I ere -.Far az tiers Bsundary Conditianc迭代求解控制參數(shù) 土壤水分特征模型 土壤水分特征曲線參數(shù) 邊界條件溶質(zhì)運(yùn)移溶質(zhì)運(yùn)移溶質(zhì)運(yùn)移溶質(zhì)運(yùn)移根系吸水根系吸水一般信息 運(yùn)移參數(shù) 化學(xué)反應(yīng)參數(shù) 邊界條件 模型水分脅迫函數(shù)可隨時(shí)間變化的邊界條件土壤剖面圖形界面” 土壤剖面一一數(shù)據(jù)列表F&ir K3tlp? ptesa Fl圖25. 設(shè)計(jì)模型在使用HYDRUS-1D之前，您需要對(duì)飽和-非飽和水流模擬的基本原理有

11、所了解，并設(shè)計(jì) 出自己想做的模型，準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)。一個(gè)剖面水流模型通常包含以下幾個(gè)要素：(1) 土壤剖面從地面算起的深度，準(zhǔn)備模擬那個(gè)時(shí)間段的水分變化。(2) 土壤分幾層，每層土壤的滲透性參數(shù)和水分特征曲線是怎樣的。(3) 根系是怎么分布的。(4) 是否已經(jīng)確定地面降雨入滲、蒸發(fā)蒸騰的信息，特別是它們隨時(shí)間的變化。(5) 是否已經(jīng)確定剖面底部的狀態(tài)屬于哪種類型的邊界條件。F面是一個(gè)參考模型的設(shè)計(jì)圖初始潛水面根系層1細(xì)砂壤2沖砂隔水底板6. 使用HYDRUS-1D創(chuàng)建模型打開HYDRUS-1D 軟件，選擇”File/new ”菜單，新建一個(gè)模型。在name 一欄中輸入本模型的名稱”test”，更改模

12、型存放的目錄。圖4需要注意的是，HYDRUS-1D模型本身在電腦中就表現(xiàn)為一系列的輸入輸出文件，它們存放在與模型名稱一致的目錄中。本例中，軟件會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)名稱為"test”的目錄， 而”CATOOLSHYDR1DProjects ”中除了 test目錄之外，還有一個(gè)test.h1d文件。這是一個(gè)模型項(xiàng)目(project)文件，告訴軟件下次到哪里去尋找模型。模型創(chuàng)建之后，會(huì)顯示前處理和后處理窗口(圖5)。由于是新模型，還沒有任何模擬結(jié)果，所以后處理窗口是空白的。HYDRUS-1D簡明手冊(cè)圖"57. 輸入模型控制信息首先，在前處理窗口雙擊 Main Processes,在彈出

13、的對(duì)話框中輸入模型的描述：a test model.然后在Simulate 一欄中選中 Root Water Uptake，表示想處理根系吸水問題。電擊0K之后，前處理窗口將增加處理根系吸水的工具條。圖6下一步，是輸入模型的幾何信息和土層劃分信息。在前處理窗口雙擊Geometry In formation，在彈出的對(duì)話框中輸入如圖7所示的數(shù)據(jù)。長度單位是cm土壤剖面的深度是300 cm模型有2個(gè)土層岬圖7接下來輸入時(shí)間信息，在前處理窗口雙擊Time Information ,會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框圖 8。時(shí)間單位上邊界是隨時(shí)間變化的，每天一 組數(shù)據(jù)，共 組數(shù)據(jù)時(shí)間步長30騰量在每天24小時(shí)內(nèi)的變化模

14、擬30 d內(nèi)的變化信息自動(dòng)處理蒸圖"8這個(gè)對(duì)話框中提供了一些靈活的選項(xiàng)來處理上邊界條件的變化，下面簡要加以說明：(i) 蒸騰量的每日周期變化HYDRUS-1D可以使用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來處理每天24小時(shí)潛在蒸騰量的變化，設(shè)某天的潛在蒸騰量為Tp例如用Pemman公式獲取的,cm/d，貝U(0 = 0.24,Iday 2t < 0«264dt t > 0.736d(0J64d.0.736d)(2.73)其中Tp(t)是瞬時(shí)潛在蒸騰量，t為時(shí)間。模型假設(shè)早上 6點(diǎn)之前以及晚上18點(diǎn)-24點(diǎn)的蒸騰量 總和只占全天蒸騰量的1%。注意本例中蒸騰量的單位是cm/d。(2) 降水量

15、的周期變化如果在你的模型中降水量是周期性變化的，HYDRUS-1D也可以用一個(gè)公式來處理P=P l+cos-7TI A/f ri nl Qg 11 bxlbd th. slapxi. |1Ft mitifia TfLt.Lrv-1 p!r s F)-i -!. (i iis ivvl £ Iifinpi fer乳OH 羽乍E till Titfrr A' Lbd?可以確定需要輸岀哪些時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果輸出30組結(jié)果，每天1組Fme*JTnbfiT tfTi-iflE |3Q其中P是周期t內(nèi)的平均降雨量。(3) 使用氣象數(shù)據(jù)也可以在HYDRUS-1D中輸入氣象數(shù)據(jù)，它將自動(dòng)利用這些數(shù)

16、據(jù)計(jì)算潛在蒸散量ETp?？梢赃x擇FAO組織推薦的 Penman-Monteith公式，也可以選擇 Hargreaves公式。這些公式需 要輻射、氣溫、濕度之類的氣象數(shù)據(jù)。模型的另一個(gè)控制信息是對(duì)模擬結(jié)果的輸出如何進(jìn)行設(shè)置。在前處理窗口雙擊Print30組模擬結(jié)果，每天輸出 1組。In formation工具條，彈出一個(gè)對(duì)話框。本例中確定輸出8. 水流模型一一迭代計(jì)算參數(shù)HYDRUS-1D是采用迭代法來處理非線性Richards方程的。在前處理窗口雙擊 Water FlowIteration Criteria工具條，彈出一個(gè)設(shè)置迭代參數(shù)的對(duì)話框圖10。迭代控制參數(shù)的設(shè)置具有高度的專業(yè)技術(shù)性，除非

17、特別了解，一般可以使用默認(rèn)值。如果模擬結(jié)果出現(xiàn)不收斂的情況，需要對(duì)最大迭代次數(shù)、迭代精度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但是在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下很難操作。最多迭代次數(shù)含水量迭代精度壓力水頭迭代精度增大步長迭代次數(shù)信號(hào) 縮小步長的迭代次數(shù)信號(hào) 步長增大比例 步長縮小比例圖10最小吸力間距最大吸力間距HYDRUS-1D采用自動(dòng)控制時(shí)間步長的方法來處理迭代的收斂性。對(duì)于每個(gè)時(shí)步，如果 迭代次數(shù)太多，就縮小時(shí)間步長；如果沒經(jīng)過幾次迭代就到達(dá)收斂精度，則適當(dāng)增大時(shí)間步 長。9. 水流模型一一土壤水力特性模型水分特征曲線是非飽和土壤的重要物理性質(zhì)，HYDRUS-1D提供了幾種方法來處理與之有單孔介質(zhì)模型單孔介質(zhì)模型雙重介質(zhì)

18、模型雙重孔隙度雙重滲透性雙重介質(zhì)模型雙重孔隙度雙重滲透性吸濕和疏干滯后過程模型吸濕和疏干滯后過程模型圖11關(guān)的參數(shù)。在前處理窗口雙擊 Water Flow- Soil Hydraulic Properties工具條，彈出一個(gè)設(shè)置水力 特性模型的對(duì)話框圖11。在一般情況下，選擇單孔介質(zhì)模型，并選擇用van Genuchten-Mualem公式處理土壤的水力特性就可以了。如果還要模擬溶質(zhì)運(yùn)移，可能需要考慮雙重介質(zhì)模型。雙重介質(zhì)在同一個(gè)點(diǎn)有兩個(gè)孔隙 度或兩個(gè)滲透率，相當(dāng)于兩種介質(zhì)的混雜。雙重介質(zhì)模型能夠模擬這兩種“介質(zhì)”之間的水 分和鹽分交換。10. 水流模型一一土壤水分特征曲線在前處理窗口雙擊 W

19、ater Flow- Soil Hydraulic Parameters工具條，彈出一個(gè)設(shè)置水分特征曲線參數(shù)的對(duì)話框圖 12。本例中選擇van Genuchten-Mualem公式處理水分特征曲線，g + -纟 27； < 01+如庁&(fl) = JgA>0其中，n, I均為控制因子。HYDRUS-1D軟件中提供了一組土壤經(jīng)驗(yàn)參數(shù)庫，可供用戶參考。 本例中兩層土壤的參數(shù)直接從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出：第1層對(duì)應(yīng)Sandy loam，第二層對(duì)應(yīng)sand。細(xì)砂壤土中砂圖12在輸入?yún)?shù)時(shí)，請(qǐng)注意參數(shù)的單位。11. 水流模型一一邊界條件在前處理窗口雙擊 Water Flow- Bou nda

20、ry Co nditio ns 工具條，彈出一個(gè)設(shè)置邊界條件的對(duì)話框圖13。Water Flow Boundary Condi- . . XLover Jbcuiridfiry Condi tion rfpper Eooridlfirt Condi ti on.廠ant FraEsnure廣 Cali'S£luci'*e BT witl Surftc* L-ser（ Alfflitspheric R二 with. Siirfice gum Jf£C Vir 3 able Frassur e Head廠 Vur ; allt Pr-essurfl Eft4ir

21、Flwr0 3E»地面邊界類型定壓力水頭定水分通量大氣邊界，可積水大氣邊界，產(chǎn)流變水頭變水頭和通量下端邊界類型定壓力水頭定水分通量變地下水位變流量自由下滲排水滲出面水平排水Ct uit Prassur eCoxisiwt Fl©friEsuircVtr i a¥l 4 FI-jjcFreea.± LL-aeUtoriiantal JrainsIni ti ll Condition* Ifik. Pl v Me-In Ha畑 Cnnt 電上 盛 Input FET azd LAIxtincli&n初始條件使用壓力水頭使用含水量大氣邊界基于ETp和L

22、AI消光系數(shù)最大積水厚度圖13上邊界條件有6種類型，下邊界條件有 8種類型。邊界類型確實(shí)定需要考慮實(shí)際條件, 在本算例中，上邊界選擇大氣邊界條件，在降雨量很大時(shí)地表可以產(chǎn)生積水。植被蒸騰量和 土壤蒸發(fā)量分開處理，HYDRUS-1D推薦使用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來把潛在蒸散量分割為蒸騰潛力和 土壤蒸發(fā)潛力：)二 ETpSCFEp = ETpe 二ETpQ-SCF)其中ETp為潛在蒸散量可以使用Pen ma n-Mo nteith公式處理氣象數(shù)據(jù)得到，cm/d，Tp為潛在蒸騰量(cm/d)， Ep為土壤潛在蒸發(fā)量(cm/d)， LAI是葉面積指數(shù)，k為消光系數(shù)，取決于太 陽角度、植被類型及葉片空間分布特征。

23、SCF是一個(gè)中間參數(shù)，即土壤覆蓋度 (Soil coverfraction)。在闊葉植被發(fā)育的情況下，消光系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值為。12. 水流模型一一定水頭或通量邊界設(shè)置如果邊界條件中包含定水頭或定通量的邊界，則在前處理窗口雙擊Water Flow- ConstantBC工具條，彈出一個(gè)設(shè)置邊界數(shù)據(jù)的對(duì)話框。本算例模型中，下邊界為定流量邊界，實(shí)際上就是隔水邊界，因此直接輸入0即可。13. 根系吸水一一吸水模型在前處理窗口雙擊 Root Water Uptake- Models工具條，彈出一個(gè)處理根系吸水模型的對(duì)話 框圖14。水分脅迫模型鹽分脅迫模型補(bǔ)償吸水域值 臨界濕潤度根系吸鹽模型圖14HYDRUS

24、-1D使用水分脅迫和鹽分脅迫模型處理根系的吸水。對(duì)于水分脅迫模型，計(jì)算公式為Ta = Tpb(x) dxLrIff(2.19)其中Tp是潛在蒸騰量(cm/d)，Ta是實(shí)際蒸騰量(cm/d)，S(x)是吸水強(qiáng)度函數(shù)(cm/(cm.d)，注意x 坐標(biāo)實(shí)際表示深度)，(h)是水分脅迫函數(shù)，h為土壤壓力水頭(cm)，b(x)是根系吸水分配密 度函數(shù)，Lr為根系層的深度。水分脅迫函數(shù)有 2種經(jīng)驗(yàn)表示方法，即Feddes模型和S-Shape 模型。Feddes模型是一個(gè)梯形函數(shù)，只需要知道h值。而S-Shape模型把水分脅迫和葉片氣孔 的壓力水頭聯(lián)系起來，需要知道氣孔壓力水頭的數(shù)值h。土壤的濕潤度可以表示

25、為Ta/Tp(h,x)b(x)dx(2.22)LR但是如果直接用這種方法來計(jì)算實(shí)際蒸騰量有一定的問題。植被其實(shí)可以調(diào)節(jié)不同深度的水 分脅迫響應(yīng)特征；某個(gè)深度土壤干燥吸不上水，植被可以加大在比較濕潤的土層的吸水量， 以補(bǔ)償不足。這種現(xiàn)象稱為補(bǔ)償吸水。為了模擬根系補(bǔ)償吸水，HYDRUS-1D提供了一種簡化的模型，即如果濕潤度高于某個(gè)臨 界值(> c),植被根系可以通過補(bǔ)償機(jī)制充分吸水到達(dá)潛在蒸騰量。如果濕潤度低于這個(gè)臨界值，補(bǔ)償機(jī)制受到抑制，發(fā)生整體的水分脅迫，根系吸水總量將低于潛在蒸騰量，并正比于 濕潤度。如果不考慮這種補(bǔ)償吸水機(jī)制，可以令c =1。14. 根系吸水水分脅迫參數(shù)在前處理窗口

26、雙擊 Root Water Uptake- Water Stress Reduction工具條，彈出一個(gè)處理水分 脅迫參數(shù)的對(duì)話框圖 15。本算例中直接從數(shù)據(jù)庫中調(diào)入Wheat的經(jīng)驗(yàn)值。=1=0脅迫函數(shù)(cm/d)=0C1!:1P3 P2LP2H Popt P0壓力水頭(pressure head, cm)r2Hr2LP3P2LP2H Popt P0壓力水頭(pressure head, cm)兩個(gè)臨界吸水強(qiáng)度數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫兩個(gè)臨界吸水強(qiáng)度圖15根系水分脅迫Feddes模型參數(shù)15. 輸入可變邊界條件的信息在前處理窗口雙擊 Variable Boundary Conditions工具條，彈出一個(gè)

27、處理時(shí)間序列數(shù)據(jù)的對(duì) 話框圖16。本算例中，在步驟(11)中已經(jīng)把地面處理大氣邊界，同時(shí)又選擇使用消光系數(shù)法劃分植被 蒸騰和土面蒸發(fā)，因此需要輸入每天的降水、潛在蒸散量、葉面積指數(shù)等數(shù)據(jù)。RT還有一個(gè)需要輸入的數(shù)據(jù)是最小壓力水頭值，即地面土壤到達(dá)最干燥狀態(tài)時(shí)的壓力水頭。 從理論上講，當(dāng)土壤十分干燥時(shí)，吸力很大，而液態(tài)孔隙水的壓強(qiáng)很小，與空氣濕度保持平 衡關(guān)系，因此有(272)Mg其中hA為最小壓力水頭，Hr為空氣絕對(duì)濕度，RT/Mg為空氣的摩爾氣體常數(shù)?？諝鉂穸入m然 可以通過氣象數(shù)據(jù)得到，但這里公式需要的是近地面的空氣濕度。一般情況下，取飽和水汽 濕度是可取的，因?yàn)? cm深度以下土壤空氣的濕

28、度往往都是飽和的，只不過隨溫度發(fā)生變化。，再換算成壓因此，可以根據(jù)近地面氣溫的變化來推算地表土壤的空氣濕度飽和水汽濕度 力水頭。HYDRUS-1D中需要輸入的是最小壓力水頭的絕對(duì)值，缺省值為hCritA=| hA|=106 cm=104 m這個(gè)數(shù)值只會(huì)對(duì)土壤蒸發(fā)起作用。HYDRUS-1D 建議：hCritA所對(duì)應(yīng)的土壤含水量應(yīng)該至少比殘余含水量大0.005，在模擬根系吸水的情況下，hA還應(yīng)該低于圖15中的P3。否則hA>P3, 當(dāng)根系吸水的臨界值壓力水頭(P3)和地面蒸發(fā)的最小壓力水頭(hA)滿足時(shí)，會(huì)導(dǎo)致回流(inflow)現(xiàn)象，這是不合理的。除非存在特別干燥的情況，模型一般不需要仔細(xì)

29、處理這些問題。11IM松d靜t町MfHA llFOMdDJLiJ21*»0罪*31aQ-4I EHUD2 J>4 1095oom221iQ99氐Ea0=5icurnD21津0時(shí)lOOOM)4flOT1QOQQD21?今fla-4iCODD21rt0a-5T (Will21ll11QlOHRD2J121?0oialOOOdD2彳iAUj丨屜.Ma曬fEHED21-B-'» II| FTITiL-'| ikLifrldLinTrittk" Variiiblf Rdiinjury Conditi-on?5 3525 1 5 o3 2o 量通IB I

30、I 19 *19 1 P 1 F15913降水量(cm/d)LAI沖 ETp(cm/d)1 F '1 B 11!*1 F 1 F *1172121/F Ll R 1 R529Time (d)圖16時(shí)間(d)降水量(cm/d)ETp(cm/d)hCritA(cm)LAI時(shí)間(d)降水量(cm/d)ETp(cm/d)hCritA(cm)LAI100.51000002.11600.41000002.1200.61000002.11700.61000000.3300.41000002.21800.71000000.3400.51000002.21900.71000000.3500.510000

31、02.22000.71000000.3600.51000002.22100.71000000.3700.31000002.32200.61000000.380.70.11000002.32300.51000000.3900.41000002.3240.30.21000000.31000.51000002.3252.30.11000000.31100.61000002.2261.10.11000000.31200.41000002.2270.50.11000000.31330.11000002.22800.41000000.31400.51000002.12900.71000000.3150.5

32、0.21000002.113000.71000000.3數(shù)據(jù)可以先在 Excel中準(zhǔn)備好，如表 1。這些數(shù)據(jù)可以拷貝到圖16的電子表格中。這些數(shù)據(jù)顯示的降水量、蒸散潛力和葉面積指數(shù)變化特征如圖16右圖所示。在第17日由于莊稼收割，葉面及指數(shù)大幅度下降。16. 編輯土壤剖面一一使用圖形界面在前處理窗口雙擊 Soil Profile- Graphical Editor工具條，程序?qū)棾鲆粋€(gè)處理土壤剖面的 軟件圖17。這個(gè)圖形軟件的使用比較簡單，我們需要注意的是在Conditions菜單下面有很多子菜單，包含處理各種問題的功能菜單。首先要做的事情，是確定把土壤剖面離散化為多少個(gè)節(jié)點(diǎn)。本算例土壤模型深

33、度為3 m,我們希望節(jié)點(diǎn)間距到達(dá) 1 cm,因此需要301個(gè)節(jié)點(diǎn)。選擇菜單 Conditions/ Profile Discretization， 在下拉工具條中把 Number修改為301 。Conditions Profile Discretization Material Distribution Root Distribution Scaling factor Initial ConditionsSubregionsObservation PointsJ圖17土壤剖面分 成31個(gè)節(jié)點(diǎn)， 則節(jié)點(diǎn)間距為 10 cmConditions 菜單剖分節(jié)點(diǎn)土壤巖性分層根系分布尺度因子初始條件子區(qū)分

34、布觀察點(diǎn)接下來，確定土層的分布, 中的細(xì)砂壤土層。選擇菜單本模型有2個(gè)土層。缺省的土層編號(hào)為index=1，就是圖12Conditions/ Material Distribution，在下拉工具條中使用EditHYDRUS-1D簡明手冊(cè)圖18再就是確定根系隨深度的分布，根系分布函數(shù)b(x)是一個(gè)很特殊的函數(shù)，它滿足以下條件LRMb(x)dx 1bn zn 1其中LR為根系層厚度，x是深度；z是節(jié)點(diǎn)間距，bn是每個(gè)間距中的根系分布函數(shù)值，M是根系層占節(jié)點(diǎn)數(shù)。本算例中根系層的厚度為 1m，假設(shè)根系分布函數(shù)為線性，并有b(x) 2x, x 1容易證明上式滿足積分為 1的條件。設(shè)置方法為，選擇菜單

35、Conditions/ Root Distribution，在 在下拉工具條中使用 Edit condition，劃定根系層范圍(100 cm)，把頂部數(shù)值設(shè)置為 0，底部數(shù) 值設(shè)置為2,讓程序自動(dòng)進(jìn)行線性差值。=I 口 H ydSnuj | P -九1心 T nf-Ito X幻2 區(qū)叮oh Ue-f衛(wèi)Hi必Q使用工具條Conditions Root Distribution根系分布函數(shù)根系分布 函數(shù)圖19下一步處理初始條件，選擇菜單 Conditions/Initial Condition。本算例中初始地下水位高于底板100 cm，假設(shè)土壤剖面初始狀態(tài)是靜力平衡態(tài)，則模型底部的壓力水頭為+1

36、00 cm，地面的壓力水頭為200 cm。使用Edit Condition工具條，分別設(shè)置頂部和底部的壓力水頭，并讓程序自動(dòng)插值形成初始條件。最后，選擇菜單 Conditions/ Observation Points，使用Insert工具條添加假設(shè)干觀察點(diǎn)，有 必要在靠近模型底部的位置加一個(gè)觀察點(diǎn)以判斷地下水位的變化。關(guān)閉圖形程序退回主程序。17. 編輯土壤剖面一一使用表格在前處理窗口雙擊 Soil Profile- Summary工具條，程序?qū)棾鲆粋€(gè)表格圖20。在這個(gè)表格中可以進(jìn)一步修改土壤剖面數(shù)據(jù)。圖2018. 運(yùn)行模型我們已經(jīng)把所有需要的數(shù)據(jù)都輸入了模型中，下面就可以運(yùn)行模擬計(jì)算程序

37、了。選擇菜單Calculation/Execute Hydrus，在彈出的對(duì)話框中選擇OK，則會(huì)進(jìn)入模擬計(jì)算模塊。軟件將-ax調(diào)用HYDRUS-1D的核心程序進(jìn)行計(jì)算，并輸出有關(guān)的信息，見圖21。HydiruiE-1 D Calculation: te t嘰昕1133VW.1JF*W-9MT-44W1曲弊，1電！ Wif .frtlfiikka, i1SM7BLl證晡40at,MW?f-K«<a8TaWre3«.17E*W-4sf-ine工朋21XE+BI W»1 嗚卓申1S4E+S1¥4E*LS4E*ihMEtjki-a .ME+in-B.ME+

38、W-9事初舗«h緬聲ffiMr i F L I E L Tr* *f*JLQT!nE ltx-k z 1TI 斗 MMIruiih vT*m1 vH*ACh“P Mum hKk<即W口2B.E*«!-«.S4E+frla.ML+lh3V1MlVuM>F+»11s2A«af.MEtAvzt-tiMi孔10£巒1上皿1mmKM?0 .訂吐桿恥棚卜科FliST Jtm 7 .34E+&11工IUZ BullEW tt.lJQkiM BbH4|*|i3a_anu4a. ii.t4»-«.5J£

39、*fcfail tMM=p - £3EJE ww»-jw »,f II; til： -fifi ,Ub -B-*»HWi«-WW fr,jrlp 解i Z JE VF - ” me zue罰+卄i 加E-BE a- 暑Mmltnrl* K “TS 9n2 ua3HdoAl 111 1J.£'!lE-TWItE'g農(nóng)£MM.£r*9v.± 1 i * 1 I 1 w i =:5:3: 3HJ3 4-fl snA2圖21一般情況下，如果迭代計(jì)算的收斂性較好，模擬時(shí)期又不是很長，將很快計(jì)算完畢。

40、但 是，一旦出現(xiàn)難以收斂的情況，則可能等待很長時(shí)間才有結(jié)果，或者非正常中斷。本算例模型在很短的時(shí)間內(nèi)就能夠完成計(jì)算。19.觀察結(jié)果模擬運(yùn)算完畢之后，模擬結(jié)果可以通過后處理窗口中的各個(gè)工具條來觀察，見圖22。圖22模型模擬的結(jié)果包括土壤含水量、壓力水頭、實(shí)際根系吸水蒸騰量、實(shí)際地表通量、 土壤水分存貯總量等的變化。20.輸出結(jié)果如果我們想把模擬結(jié)果保存為其它文件格式，用其它軟件進(jìn)行后處理，則可以做進(jìn)一步 的轉(zhuǎn)換。Edit Chart Data 菜單，用HYDRUS-1D的結(jié)果圖包含曲線信息，點(diǎn)擊右鍵，會(huì)看到有一個(gè)這個(gè)菜單可以通過電子表格輸出模擬結(jié)果，見圖23。這個(gè)電子表格的個(gè)別數(shù)據(jù)可以修改后重新

41、顯示圖像。圖像可以打印。Boundary Wutcr F I nxe s and " XD6 4 2 o Data Grid Editor- X1015 X 2530Tima_一 十Frsvi-fiTiEt | PrihtoEdit Insert DeleteB.L!. 1c. Duran謎f mzc. is和想HI/i N4n. «罰碎14卜聊時(shí)4 M砂轉(zhuǎn)11 £/ a wiMTQW4. W2飢啊Q常a liiU. 0EFQ9SILHm di*c. Emranl.t<D. Al IL電.皿詒Gl«'Qr-.q-阿CJTTV. Fk 町Ac

42、tual Root Water Uptaket i_D GSnl ov1 Q-jh JLirefiT- iLnvsrct* ln*Ttfh 口 FfPtl Dqt 4114c ffe Q_PrfWrctsINHSELFCWR. INaHL'DKUSin. MT 畐F亂肌' D3XEUFT. TKT備饗文寸 半IHINclJOUTr H B E h B p K- E ML K K 兀434茁|可以用記事本打開的結(jié)果文件33 kt airr 文牛 關(guān)ke err丈牛L90 Ef CUT 文煒1 壯 veil 視jOHH 冏1SD VCLi陽兀社1 EB文本文梢圖23然而，圖23中的

43、電子表格不具備輸出數(shù)據(jù)的功能。為此，你可以打開模型目錄文件夾，找到以O(shè)UT為后綴的文件，圖 24。這些文件都可以用記事本打開觀察數(shù)據(jù)。文件述：鏑楫血 吉看加蠟 訕工具幫助tH>"；存放模型的目錄更索巴文件夬匸I Settings<><>ii< a -f1,45 ra圖24有大量的計(jì)算結(jié)果保存在 T_LEVEL.OUT文件中，查閱HYDRUS-1D的用戶手冊(cè)，就知 道文件保存了那些結(jié)果變量，例如根系吸水強(qiáng)度vROOT等等。附表13.1給出了變量縮寫名稱的含義。Table 13.1. T_LEVEL、QUT - pressure heads and f

44、luxes on the bomidanes and iti the loot zone.Titne Time. t. dt ciirrtDt tuue-lepel T.i TopPotential surface flux LT (iiifiItratioiVevaporatiaii: -'-).rRootPotential transpiration late LT.vTopActual surface flux (LT - (mfiltrationTipoi'ation:-丄).vRoorActual transpiration rate LT1.丫跖Acmal flux across the bottom of the soil profile LTl (inflow outflow -)sumtrTop)Ciumilnti e value of the potential surface flux L (iiifiki'atioiL epapcn'ation: - +).sujnirRoot) Qmnilatn e value of the