HYDRUS

(2D/3D)

天津城建大學(xué)

模擬在變飽和介質(zhì)中水、熱、

復(fù)合溶質(zhì)的二和三維運動軟件包

用戶手冊

版本1.02

2007.05

目錄

摘要

HYDRUS圖形用戶界面介紹

1.項目管理和數(shù)據(jù)管理

2.項目幾何信息

3.水流參數(shù)

3.1主要過程

3.2反向求解

3.3時間信息

3.4輸出信息

3.5迭代準(zhǔn)則

3.6土壤水力模型

3.7水流參數(shù)

3.8神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

3.9在導(dǎo)水率中各向異性

3.10溶質(zhì)遷移

3.11溶質(zhì)遷移參數(shù)

3.12溶質(zhì)反應(yīng)參數(shù)

3.13溶質(zhì)遷移參數(shù)溫度依賴

3.14熱擴散參數(shù)

3.15根系吸水模型

3.16根系吸水參數(shù)

3.17根系分布參數(shù)

3.18時間變量邊界條件

3.19人工濕地

4.遷移域幾何

4.1邊界對象

4.1.1點

4.1.2線和折線

4.1.3弧線和圓

4.1.4曲線和樣條曲線

4.1.5移動、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)和鏡像噪作

4.1.6附件操作

4.2表面

4.2.1定義一個二維域的步驟

422幾何正確定義幾個注意規(guī)則

4.2.3內(nèi)部對象

4.3打開

4.4立體圖形

4.4.1立方體分為土柱

4.4.2立方體分為次層

4.4.3在不同厚度矢量上次層不同厚度的各自特征

4.4.4定義一個三維層域的步驟

4.5厚度

4.6輔助對象

4.6.1尺寸

4.6.2標(biāo)記

4.6.3位圖（結(jié)構(gòu)）

4.6.4橫斷面

4.6.5網(wǎng)格線

4.7對象其它注意事項

4.7.1對象編號

4.7.2對象間關(guān)系

4.7.3對象間參考和寫一列Index規(guī)矩

4.8從一文本文件輸入幾何

5.有限兀網(wǎng)格

5.1有限元網(wǎng)格創(chuàng)建

5.2結(jié)構(gòu)的有限元創(chuàng)建

5.3非結(jié)構(gòu)的有限元創(chuàng)建

5.4有限兀網(wǎng)格改良

5.5非結(jié)構(gòu)的有限元創(chuàng)建MeshGen2D

5.6有限元網(wǎng)格統(tǒng)計

5.7有限元網(wǎng)格部分

6.域特性、初始與邊界條件

6.1默認(rèn)與特性

6.2初始條件

6.3邊界條件

6.4域特性

7.圖形輸出

7.1結(jié)果.圖形顯示

7.1.1顯不選項

7.1.2編輯Isoband值和彩色光譜

7.2結(jié)果-其它信息

7.2.1轉(zhuǎn)化至ljASCII

8.圖形用戶界面部分

8.1視圖窗口

8.1.1屏幕和視圖命令

8.1.2坐標(biāo)方格與工作面

8.1.3伸縮因子

8.1.4渲染模型

8.1.5選項和編輯命令

8.1.6彈出菜單

8.1.7拖拉與放棄

8.1.8部分

8.2導(dǎo)航欄

8.3編輯欄

8.4工具欄

8.5HYDRUS菜單

9.雜項信息

9.1程序選項

9.2HYDRUS許可證與激活

9.2.1請求準(zhǔn)則

9.2.2安裝、移到其它電腦

9.3打印選項

9.4坐標(biāo)體系

9.5在計算時期DOS窗口

9.6可視文件

參考文獻(xiàn)

IntroductiontotheHYDRUS

GraphicalUserInterface

（HYDRUS圖形用戶界面介紹）

過去幾十年，模擬在地下水流和污染物遷移的復(fù)雜數(shù)值模型暴

增，包括處理在土壤表面與地下水位之間非飽和或滲流區(qū)一和多維

水流和遷移過程模型。盡管現(xiàn)在有豐富的精確模型可以利用，但它們

主要問題是龐大的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、數(shù)值網(wǎng)格設(shè)計與輸出圖解表示法限制了

最優(yōu)使用，因此，多維模型廣泛使用使得創(chuàng)建、操作和顯示大數(shù)據(jù)文

件變得簡單并且促進了數(shù)據(jù)管理間的互動。此技術(shù)將會使用者從冗長

的人工數(shù)據(jù)處理解放出來，具體案例的實施會提高效率。為了避免或

簡化二或三維應(yīng)用相對復(fù)雜輸入數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備和管理，以及圖形

顯示最終模擬結(jié)果，我們研發(fā)了一個管理系統(tǒng)Windows95.98>NT、

ME、XP環(huán)境的交互式基于圖形用戶友好界面HYDRUSo直接連接此

界面到計算準(zhǔn)則。HYDRUS圖形用戶界面當(dāng)前版本1.0代表了

HYDRUS-2D的版本2.0完全重寫，并拓展它的能力到三維問題。

附件信息到此用戶手冊，廣闊的上下文相關(guān)的在線幫助為圖形用戶

界面（GUI）的部分。當(dāng)工作在任何窗口按F1按鈕或點擊幫助按鈕,用

戶獲得關(guān)于窗口內(nèi)容信息。此外，在每一模塊使用“SHIFT+F1”幫助按

鈕可用上下文相關(guān)的幫助。在此模塊，鼠標(biāo)光標(biāo)變?yōu)閹椭鈽?biāo)（一組

合箭頭+問號），用戶可以選擇一需要幫助特定對象（如：菜單項，工

具欄按鈕或其它特征）。在那點，將顯示一個幫助文件，給出關(guān)于用戶

點擊項信息。除了計算模塊用FORTRAN寫外，用C++寫整個GUI。

TheHYDRUSGraphicalUserInterface為定義系統(tǒng)總的計算環(huán)境的主

要程序單元。此主要模塊控制此程序執(zhí)行和決定特定應(yīng)用其它優(yōu)先模

塊。此模塊包括項目管理和預(yù)處理、后處理單元。此預(yù)處理單元包括

指定成功運行HYDRUSFORTRAN準(zhǔn)則所有必要參數(shù)(模塊

H2D_CALC,H2D_CLCI,H2D_WETL,H3D_CALC),才目對簡單的

矩形和六面體遷移域的網(wǎng)格生成器，對于非結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格的一

個網(wǎng)格生成器適合與更復(fù)雜的二維域，一個小的土壤水力特性目錄,

和從紋理信息生成土壤水力特性的RosettaLite程序，在選擇觀測節(jié)

點上特定變量的分布與時間，以及穿過特定類型邊界實際或累積的

水流與溶質(zhì)通量。后處理單元也包括以等值線圖、網(wǎng)線密度、譜圖、

速度矢量以及用等值線與譜圖制作方式呈現(xiàn)模擬結(jié)果選項。

□JOflIHRnW@茍區(qū):

Figure1.TheHYDRUSGraphicalUserinterface(themainwindow).

圖1顯示了HYDRUS圖用戶界面的主窗口，包括了它的主要組成,

如：Menu（菜單）、Toolbars（工具欄）、ViewWindow（視圖窗口）、

NavigatorBar（導(dǎo)航欄）、Tabs（標(biāo)簽）、和Editbar（編輯欄）。使用這些

項貫穿于此整個用戶手冊。下面文本提供了一個圖形用戶界面所有主

要成分詳細(xì)描敘。最后此用戶手冊目錄給出此菜單所有易理解的命令

（表14）以及采取特定命令行動簡潔討論（表15）通過在線幫助可

得到更詳細(xì)的描敘。

通過打開項目管理（看章節(jié)1）開始新項目工作，并起個名字和

簡短描敘此新項目。緊接著出現(xiàn)GeometryIMformation（幾何信息）

對話框（圖6與7）（選擇此窗口也可從預(yù)處理菜單）。從程序此點通

過的輸入文件輸進過程瀏覽用戶。用戶可能從菜單選擇特定的命令或

允許界面通過選擇Next按鈕輸入的輸入數(shù)據(jù)過程引導(dǎo)他們。點擊

Previous按鈕將返回用戶到以前窗口。在NavigatorBar（導(dǎo)航欄）中

DataTab安順序列出預(yù)處理與后處理過程命令和過程。在EditBar中

綠色箭頭引導(dǎo)用戶對于一特定命令按順序或先前輸入過程。使用

Toolbars和Menus,或Navigator與EditBars,許多命令和過程可以選

擇性的進入。

1.ProjectManagerandDataManagement

（項目管理人和數(shù)據(jù)管理）

使用ProjectManager（命令調(diào)用：File->ProjectManager,Figs.2and3）管

理正存在的項H數(shù)據(jù)，和幫助定位、打開、復(fù)制、刪除、重命名所需項FI

或他們的輸入或輸出數(shù)據(jù)。Project代表用HYDRUS求解的任何特定問，購。

項目名字，項目簡短的描敘（Fig.4）,幫助定位一個特定問題。當(dāng)使用

TemporaryWorkingDirectory（臨時工作目錄）項（Fig.4）時，通過

project_name.h3d文件代表包含所有輸入與輸出數(shù)據(jù)的項目。當(dāng)選擇

PermanentWorkingDirectory（永久「作目錄）項吐僅包含輸入數(shù)據(jù)。從

project_name.h3d文件選取HYDRUS輸入文件（計算模塊使用）到一工作子

目錄；通過計算模塊創(chuàng)建輸出數(shù)據(jù)送到同一文件夾。當(dāng)保存一個項目時，也

包含輸出文件（計算模塊創(chuàng)建）到project_name.h3d文件（當(dāng)使用Temporary

WorkingDirectory（臨時工作目錄）項）。輸入和輸出文件可永久保存在

外部工作目錄，或保存在此文件夾僅在計算期間（Fig.4,單選按鈕

Temporary-isdeletedafterclosingtheprojectandPermanent-result

filesarekeptinthisdirectory）。指定外部工作目錄的位置在Project

Description（Fig.4）和ProgramOptions對話框窗口（Fig.116）o

■ProjectManager

PropelGroupePrqeds

CWtl'fll^dOwp

Nw3D_T"!5

O^tcrtpttw

DractaryC\USSL^YDRUSX)UD_Tast￡

NameO??cn(XionPahA

20_T??toTwoQime陰mWCg和力d欣0

2D_tests

'、30]。山7hra?-Drn6nson3Exarrplas

[301890______________■

,SSfiMYDRUSaDpemoB

DintilCVUSSL\HYDRUSlDPraiecn?ifectl

TuconolsC片ydn^2(XTifcnals

N€^r|[BH|[Rynw]|SGCWM]|CkW

Figure2.TheprojectManagerwiththeProjectGroupstab.

ProjectManager給用戶在組織他們項目相當(dāng)大的自由。此項目被分組為在可

訪問存儲器中任何位置可被代替的ProjectGroups（Fig.2）（即：當(dāng)?shù)鼗蚓W(wǎng)絡(luò)硬盤）。

ProjectManager服務(wù)組織項目到用戶定義的邏輯組。每個項目組有自己的名字、

描述和路徑（Figs.2and5）o一個ProjectGroup可以是任何存在的可理解的子目錄

（文件夾）。安裝HYDRUS與兩個默認(rèn)項目組2D_Tests與3D_Tcsts一起，他

們在HYDRUS3D文件夾。此2D_Tests與3D_Tests包含二和三維問題檢測案

例。我們建議用戶創(chuàng)建他們自己項目組（如：My_2D_Direct,My_2DJnverse,和

My_3D_Direct項目組），和保持提供的完整案例僅備落來參考。血戶可以用標(biāo)準(zhǔn)

文件管理軟件復(fù)制項目組（或與同行和客戶端分享他們HYDRUS項目）之間項

目，如I：WindowsExplorer（Windows資源管理器）。在那情況必須僅復(fù)制

project_name.h3d文件（當(dāng)關(guān)閉使用的項目后單選按鈕臨時■被刪除，F(xiàn)ig.4）。當(dāng)

永久保存臨時數(shù)據(jù)在工作目錄（即：單選按鈕永久-結(jié)果文件被保存在此目錄，

Fig.4）復(fù)制1：作目錄必須與projeejname.h3d文件一起。

ProjectManager

Figure3.TheProjectManagerwiththeProjectstab

用一個名字與一個簡潔的描述一個項目，此項目管理也顯示特定問

題（類型）的規(guī)模，其過程涉及（W-waterflow,S-solutetransport,

T-heattransport,R-rootwateruptake,Inv-Inverseproblem）,

項目尺寸（MB）,當(dāng)創(chuàng)建此項目（Date）和無論結(jié)果是否存在（Fig.3）

時。此ProjectManager也可顯示Project的圖形預(yù)演（看在Fig.3中

顯示的項目預(yù)演復(fù)選框）。ProjectManager的命令列在表1。

Group"Command"Description^

ProjectGroupNew^R能說髏X嫉譏J煩皴助眼血ifeR或歌蜘蜩金…

EdituRenamestheselectedProjectGroup,andchangesitsdescription4-1

飄煙ocation*,..

RemoveRemovesregistrationofaselectedProjectGroupfromtheProject"

Set代CuirentSetsaselectedProjectGroupastheactiveProjectGroup，

CloseClosestheProjectManager/

Project^New”CreatesanewprojectinthecurrentProjectGroup*

Copy，通儂dp詠氏就頗以蛇舄3上喙鼠龕蝴丫

Rename*-1R翎靜始A居1戰(zhàn)政R明煦卅

Delete^Deletesaselectedpioicct.

Open，念哪發(fā)然k恭dMoi球

Close”Ch哪jhcR媒亂M狎gw”

Convert^

Calculate*-1Ohto點蛔虱出寐盤期廢源Thiscommandallows”

爐質(zhì)tocalculatemultipleselectedprojectssimultaneously.^

從ProjectManager對話框窗口的ProjectTab獲得New與Rename命令（Fig.3）

叫ProjectInformation對話框窗口（Fig.4）,包含項目的名字、描述以及關(guān)于Project

Group（項目組）信息（名字、描述、路徑）到它的項目屬。也包括無論是否永

久保存在外部目錄中的輸入與輸出數(shù)據(jù)的信息、（此單選按鈕在關(guān)閉此項目后刪除

臨時和保存在此目錄中永久結(jié)果文件,Fig.4）。

ProjectInformation區(qū)

Figure4.TheProjectInformationdialogwindow

Figure5.GeneraldescriptionoftheHYDRUSProjectGroup

HYDRUS-2D以前版本2.0創(chuàng)建的項目可以用兩種方式輸入到HYDRUS當(dāng)前版

本：

A.用此命令File->lmportandExport->lmportHYDRUS-2DProject可

以轉(zhuǎn)換各自項目。第一次創(chuàng)建一新的Project時做，然后選擇以上命令

并瀏覽用HYDRUS-2D以前版本創(chuàng)建的項目位置。轉(zhuǎn)換老的項目的輸入

數(shù)據(jù)到新的HYDRUS板式。當(dāng)需要修改或重新計算項目時，用HYDRUS

新的版本可以看見老的項目的結(jié)果。

B.用ProjectManager（項El管理器）的Converl（轉(zhuǎn)換）命令可以同時轉(zhuǎn)換

復(fù)合的HYDRUS—2D項目。首先創(chuàng)建一個HYDRUS項目組文件夾，H

YDRUS—2D放置在里面，并選擇在ProjectManager的ProjectTab中的

ShowHYDRUS-2DProjects?o然后選擇將要轉(zhuǎn)換的項目并點擊Project命令。用

這種方式HYDRUS創(chuàng)建HYDRUS項目和在projeejname.h3d文件中存儲

所有輸入與輸出文件。

使用HYDRUS圖形用戶界面（此直接修改project」1ame.h3d文件）或手

工修改輸入文件來編輯輸入數(shù)據(jù)。在此情況，HYDRUS輸入文件需被保存在

工作外部目錄中（HYDRUSSolver的File->ImporlandExport->ExportData命令

發(fā)送這些），和從*.InFiles用Filc->Import與Export->ImportInputData命令輸回到

HYDRUSproject_name.h3d文件。

WorkingDirectory（T作目錄）是一個程序存儲臨時數(shù)據(jù)的文件夾c每一次

打開項目有他自己的程序存儲工作目錄，例如：計算模塊的輸入文件且在那計算

模塊寫輸出文件。當(dāng)保存一個項目時，復(fù)制來自工作項目的數(shù)據(jù)到主項目文件

project_name.h3do當(dāng)關(guān)閉此項目時，此工作目錄被刪除。僅當(dāng)用戶選擇此項

“Permanent-resultfilesarckeptinthisdirectoryn（Fig.4）時,在關(guān)閉此項目后

不刪除此工作目錄。在這種情況，臨時數(shù)據(jù)不復(fù)制到主項目文件。

2.ProjectsGeometryInformation（項目幾何信息）

HYDRUS可以求解二和三維遷移域的水流、溶質(zhì)和熱遷移。在Geometry

Information對話框中選擇幾何類型（Fig.6與7）。在此對話框,用戶指定Typeof

Geometry（幾何類型）、DomainDefinition（定義域）、LengthUnits（長度單位）

和InitialProjectGroup（初始項目組）（遷移域近似尺寸）

Figure6.iheGeometryInformationdialogwindow(with3Dpreview).

TypeofGeometry（幾何類型）：在用戶創(chuàng)建一個新項目后用戶碰見的第一個對

話框窗口，必須指定是發(fā)生在二維還是三維遷移域的流動和遷移問題，二維流動

與遷移可以發(fā)生在水平或垂直面，或在一軸對稱的準(zhǔn)三維遷移域。當(dāng)選擇一個三

維軸對稱的系統(tǒng),z-坐標(biāo)必須與系統(tǒng)的垂直軸一致。顯示選擇的2D或3D幾何的

典型案例在對話框窗口的預(yù)覽部分。

Figure7.ThcGeometryInformationdialogwindow(with2Daxisymmetricalpreview).

DomainDefinition（定義域）：這部分允許用戶選擇有結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格簡

單幾何、或有非結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格更普遍幾何。根據(jù)授權(quán)僅能使用簡單幾何。通

過三條直線定義簡單的長方形域，一時域的底部二為兩邊，上邊界可能是也可能

不是直的。注意：在這種情況，沿著上邊界線可能有變量x-和z-坐標(biāo)。然而，下

邊界線通常必須是水平的（或有一指定斜坡），但左和右必須是垂直的。然后離

散化此流域為結(jié)構(gòu)化的三角網(wǎng)格。六而體域必須與長方形域有相似的特性，即:

側(cè)面垂為直面，底部邊界為水平（或一指定的邊坡）面，僅上邊界不必是一平面。

例如圖8所示的簡單長方形和普通的二維幾何，例如圖9給出的一個六面體三維

幾何。

■

管

■管■■■■■■■

有

一S

SSS之S

■aS之

之

之

Ss之

多

一■S

%第S

S之

N之

專

saWS叁

勿N

之

之

言s

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之

之

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s之

〃SS

Sm居

之

s之

之

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s宴

SISSS為

之

Z多

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之

之

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sN多S

SS之

Sls之

之

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ga之S

g之

w之S

N之

iNNRS之

之

s言

之

gs多N

g之

S之

之

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之

N之/S

sS之

--分sN

之

ss?S之

二

言

之

Ss?S之

之S

之

，

之gazSS

第

多

zla之

SS之

一

二SW

:?第

之

gs_m之NN

?■

?.

三

?S■

la之

wsl嗯■

3:■M?M.

一

N，

一

一ls

ls

Figure8.Examplesofreclangular(top)andgeneral(bottom)Iwodimensionalgeometries.

Figure9.Exampleofahexahedralthree-dimensionalgeometry.

對于二維和三維問題，定義簡單幾何在Rectangular(長方形的)

(Fig.lO)或Hexahedral(六面體的)域定義(Fig.ll)對話框中。每

一個這些窗口，用戶必須指定遷移域的垂直和水平尺寸，以及底面在

不同方向上可能的斜坡（如果適當(dāng)，為在x-方向和為y一方向）。顯示

所有幾何參數(shù)一個簡單案例的對話框中間的預(yù)覽可以幫助用戶指定

他們需要的遷移域（尺寸和斜坡）

Figure10.IheRectangularDomainDefimtjondialogwindow.

Dunensaon?0K

Lx：100000[cm]

Ly：(:丁nno[cm]

Lz:I20000(cm]

Stope

a.000門

B000門

Previous...

Figure11.TheHexahedralDomainDefinitiondialogwindow.

在GeometryInformation（幾何信息）對話框窗口（Figs.6和7）,

用戶也可選擇貫穿此應(yīng)使用的幾何單位（mm、cm、m）和InitialProject

Group（初始項目組）的尺寸。當(dāng)在想輸期間或讀取輸入數(shù)據(jù)后改變

單位時，自動轉(zhuǎn)換所有輸入變量為到新的單位。

InitialProjectGroup（初始項目組）：對話框的這部分允許用戶定義幾何視

圖窗口的初始尺寸。

根據(jù)在幾何信息行話框窗口（Fig.6和7）中的選擇，這里三維遷移域有三種

類型（立方體，看4.4部分）

?3D-Layered-Hexahedral:固體這種類型有一個Hexahedral

Shape（六面體形狀）并用基礎(chǔ)尺寸定義。在x和y維度上，此底面

可有一定的斜坡（Fig.9）o

?3D-Layered-General:用BaseSurface（底面）（看4.2部分）并一或更

多ThicknessVectors（厚度向量）（看4.5部分）定義立方體此類型。

用一組形成立方體邊界的表面定義立方體此類

型此選擇在當(dāng)前版本是不可能的。

3.FlowParameters（水流參數(shù)）

3.1.MainProcesses（主要過程）

在此MainProcesses（主要過程）對話框窗口（Fig.12）,用戶指定將要模擬

的過程，即：水流、復(fù)合溶質(zhì)遷移、熱擴散、根系吸水。

當(dāng)選擇水流項時，此程序自動考慮瞬時水流。不然，此準(zhǔn)則從指定的初始和

邊界條件計算穩(wěn)態(tài)水流。這樣計算的成功根據(jù)復(fù):雜性和/或問題的非線性。如果

成功，那么此模型運行在定邊界條件和可能要求長模型時間。

如果溶質(zhì)遷移、熱擴散或根系吸水項起初考慮在用戶關(guān)閉一個存在

的項目，此程序發(fā)出一個關(guān)于將丟失所有關(guān)于這些的數(shù)據(jù)的警告。如果不考慮此

丟失，我們推薦用戶首先在關(guān)閉溶質(zhì)遷移、熱擴散或根系吸水項之前復(fù)制當(dāng)前項

目的輸入數(shù)據(jù)到一個新項目。

如果求解Direct（正算）或Inverseproblem（逆問題）,對于二維問

題，用戶也可以選擇。逆算問題涉及從可用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)選擇的參數(shù)的模擬。

Figure12.TheMainProcessesdialogwindow.

3.2.InverseSolution（逆向求解）

對于從測量的瞬時或穩(wěn)態(tài)流動和/或遷移數(shù)據(jù)，土壤水力、溶質(zhì)遷移

和反應(yīng)參數(shù)的逆向計算，HYDRUS實施了Marquadt-Levenbcrg類型參數(shù)模擬技術(shù)

（Simfinek和Hopmans,2002）□僅當(dāng)選擇在主要過程對話框窗口（Fig.12）中的

InverseProblem（逆向問題），此InverseSolution（逆向求解）對話框窗口（Fig.13）

出現(xiàn)。用戶從指定的經(jīng)驗數(shù)據(jù)選擇將最優(yōu)化（計算…）的參數(shù)（土壤水力、溶質(zhì)

遷移和反應(yīng)、熱擴散參數(shù)）。

也可以在目標(biāo)函數(shù)選擇WeightingofInversionData（逆向數(shù)據(jù)的權(quán)

重）的方法。。用戶可以選擇無權(quán)重、平均比率權(quán)重、或標(biāo)準(zhǔn)偏差權(quán)重。當(dāng)選擇

無權(quán)重時，需要提供在DataforInverseSolution（逆向求解數(shù)據(jù)）對話框窗口

（Fig.14）上特定數(shù)據(jù)點的權(quán)重。當(dāng)選擇平均比率權(quán)重或標(biāo)準(zhǔn)偏差權(quán)重時，此準(zhǔn)

則以不同數(shù)據(jù)組（如：含水率、壓力水頭、濃度…）的平均值或標(biāo)準(zhǔn)偏差計算并

調(diào)整成比例的權(quán)重。這些內(nèi)部權(quán)重可能一直乘以從DataforInverseSolution（逆

向求解數(shù)據(jù)）對話框窗口（Fig.14）的權(quán)重。

InverseSolution

Estimate...

回HydraufccP?amdef$

團SoMeTransportParameters

□HeaTransportParameters

ConcenbattonType

ORe?idenlConcenUabom

OLofl.ResidentConcentrations

OOmfowConcentrations

?|(^entrationFk?j

OCumulativeConcerrtrabonFlux

OTotdResidenlConcentration

WeighiiigdInvertionData_______

@NointernalWeighting

OWeightingbyMeanRatio

OWeightingbyStandardDeviation

A

OtherParametefs

MaxNumbetofIterations10

NumbeolD&aPontsnthe

251

ObiedrzeFunctiorrBeviou$…

Figure13.TheInverseSolutiondialogwindow.

可以用濃度的不同類型定義溶質(zhì)遷移參數(shù)逆向估計的目標(biāo)函數(shù)。可以使用的

ConcentrationTypes（濃度類型）是:a）液相固有濃度、b）流出（通量）濃度、d）

溶質(zhì)濃度通量、e）累枳濃度（溶質(zhì)）通量、f）總的固有濃度。總的固有的濃度

包括吸附和非均衡相的濃度。

在此對話框窗口也指定逆向求解迭代的最大數(shù)。如果選擇迭代零數(shù)，那么僅

執(zhí)行整箱模型。然而，用戶可以一直進入測量的數(shù)據(jù)，在這種情況，此準(zhǔn)則比較

用測量數(shù)據(jù)的正向模擬的結(jié)果。

Figure14.TheDataforInverseSolutiondialogwindow.

在DataforInverseSolution（逆向求解數(shù)據(jù)）表（Fig.14）,用戶指定將在參

數(shù)最優(yōu)化過程期間分析的測量數(shù)據(jù)?？梢杂脭?shù)據(jù)許多不同類型定義目標(biāo)函數(shù)，目

標(biāo)函數(shù)將得到簡化。根據(jù)Type（類型）和Position（位置）值理解在X和Y列的數(shù)

值。

Weight（權(quán)重）為與特定數(shù)據(jù)點聯(lián)系的權(quán)重，目標(biāo)函數(shù)包括如下信息:

Table2.DataTypesfbrtheobjectivefunction（InverseProblem）.

TypeDataPoint

()Cumulativeboundaryfluxesacrossaspecifiedboundary

1Pressureheadmeasurementsatselectedobsenationpoint(s)

2Watercontentmeasurementsatselectedobservationpoint(s)

3Boundaryfluxacrossaspecifiedboundary

4Concentrationortemperaturemeasurementsatobservationpoint(s)

5/?(份measurements;soilwaterretentiondata

6K(h)measurements;hydraulicconductivitydatapoint

7Priorknowledgeofparametera

8Priorknowledgeofparametern

9Priorknowledgeofparameter0r

10Priorknowledgeofparameter0s

11PriorknowledgeofparameterKs

根據(jù)參數(shù)Type(類型)的值，第一列(X)包含如下信息：

Table3.DefinitionofthecolumnXinFig.14basedonDataType(InverseProblem)

XType

Time0,1,2,3,4

Pressurehead5,6

Dummyvariable7,8.9,10,11

根據(jù)參數(shù)Type（類型）的值,第二（Y）和第四（Position）列包含如下信息:

Table4.DefinitionofthecolumnYinFig.14basedonDataType(InverseProblem).

YTypePosition

Cumulativeboundaryfluxacrossaspecified0Codeforthespecifiedboundary

boundary

Pressurehead1Obsenationnodenumber

Watercontent2Observationnodenumber

Averagedwatercontentoftheentireflowdomain20

Averagedwatercontentofthesubregion2Negativesubregionnumber

Concentrations/temperatures4Obsenationnodenumber

Concentrationsfbrthesecondsolute4Negativeobservationnode

number

Totalamountofsoluteintheentireflowdomain40

?

Boundaryfluxacrossaspecifiedboundary3Codeforthespecifiedboundary

Watercontent5Materialnumber

Hydraulicconductivity6Materialnumber

Particularparameter7-11Materialnumber

1-constantpressureheadorfluxboundary;2-seepageface;3-variabepressureheadorfluxboundary1;4-

atmosphericboundary;5-drains;6-freeordeepdrainageboundary;7,8,and9-variablepressureheadorflux

boundaries2,3,or4,respectively.

3.3.TimeInformation（時間信息）

此TimeInformation對話框窗口（Fig.15）包含與TimeDiscretization（時間離散

化）、TimeUnits（時間單位）、以及實施的BoundaryConditions（邊界條件）.

有關(guān)的信息。

Figure15.TheTimeInformationdialogwindow.

TimeUnits時間使用貫穿整個應(yīng)用（日、時、分、秒）。當(dāng)在數(shù)據(jù)輸入期間

時間單位或之后改變單位時，那么自動轉(zhuǎn)換所有的輸入變量為新單位。

InitialTime即計算的開始時間

初始時間

FinalTime即計算的結(jié)束時間

結(jié)束時間

初始時間增量,dto初始時間步長必須是正在求解問題類型的函

InitialTime數(shù)。高壓力梯度問題（如：入滲到初始為干燥的土壤。）

Step初始時以及高非線性土壤水力特性土壤要求相對較小的初始

間步長時間步長。使用此初始初始時間步長在模擬的開始或

無論何時邊界條件實質(zhì)性改變（如：水流通量以25%

或更多改變。

Minimum時間增量的最小允許值，。此最小時間步長必須小于a）初始時間

TimeStep最步長，b）顯示時間之間間隔，c）時間變量邊界條件記錄之間的間

小時間步長隔。

Maximum時間增量的最大允許值，。此最大時間步長可以為一個相對較大的

TimeStep最數(shù)（通過此程序選擇此最優(yōu)化的時訶步長），例如除非模擬一天期

大時間步長間的溫度要求小的時間步長。

BoundaryConditions（邊界條件）

Time-VariableBoundaryCondition-當(dāng)選擇此復(fù)選框時，必須指定時間

依賴邊界記錄和時間依賴邊界條件的數(shù)量。不然，假設(shè)邊界條件為關(guān)于時間為常

數(shù)。

3.4.OutputInformation（輸出信息）

此OutputInformation（輸出信息）對話框窗口（Fig.16）包含HYDRUS計

算模塊控制輸出的信息。

Figure16.TheOutputInformationdialogwindow.

在對話框窗口的PrintOptions（打印項），使用者決定是否一些信息包含平

均壓力水頭與濃度、平均水流與溶質(zhì)通量、累積水與溶質(zhì)通量、和在每一時間步

長顯示的時間與迭代信息（T-LevelInformation）,在n時間步長（每n時間步長）之

后，在一個肯定定義時間間隔（間隔輸出），或如果在計算期間發(fā)送信息到屏幕

（屏幕輸出）。當(dāng)模擬結(jié)束，默認(rèn)要求用戶點擊鍵盤上的Enler鍵從計算窗口返

回到GUI（圖形用戶界面）。通過取消HitEnterattheEnd（最后點擊Enter）不

能此行為。

T-LevelInformation（T—水準(zhǔn)信息）：此復(fù)選框決定是否關(guān)于平均壓力水

頭與濃度、平均水流與溶質(zhì)通量、累積水流和溶質(zhì)通量、和時間與迭代信息的

一些信息被打印在每一時間步長、n時間步長之后、或僅在預(yù)選擇的時間（打印

時間）或時間間隔。

IntervalOutput（間隔輸出）用戶可以指定是否關(guān)于平均壓力水頭與濃度、

平均水流與溶質(zhì)通量、累積水流和溶質(zhì)通量、和時間與迭代信息的信息在一個規(guī)

定時間間隔被打印。

ScreenOutput（屏幕輸出）：復(fù)選框決定是否關(guān)于模擬運行的信息在

HYDRUS計算準(zhǔn)則執(zhí)行期間將打印到屏幕。我們推薦對正向問題使用此復(fù)選框,

但逆向問題不。

在對話框窗口的此PrintTimes（顯示時間）部分，使用者指定顯示時間（Count

（總數(shù)））的數(shù)量，其中將顯示關(guān)于壓力水頭、含水率、濃度、溫度、通量、和土

壤水和溶質(zhì)平衡的詳細(xì)信息.點擊此Defanh（默認(rèn)）命令按鈕將導(dǎo)致顯示信息在

初始和結(jié)束時間之間平均分布。

最后在此Subregions（子區(qū)）部分，使用者選擇區(qū)域的數(shù)量，其中將計算和顯

示質(zhì)量平衡到Balance.oul輸出文件。

3.5.IterationCriteria（迭代標(biāo)準(zhǔn)）

IterationCriteria（迭代標(biāo)準(zhǔn)）對話框窗口（Fig.17）包含與用于求解

Richards方程迭代過程相關(guān)的信息。因為Richards方程非線性性質(zhì)，必須使用迭

代過程獲得一般矩陣方程在每一新時間步長的解。對于每一次迭代，首先得到

線性代數(shù)方程系統(tǒng)，然后要么使用Gaussianelimination（高斯消元法）要么使

用共枕梯度法求解。在求解矩陣方程后，使用此方程重新計算此系數(shù)并再次求

解此新方程。此迭代過程繼續(xù)直到獲得收斂為滿意水平，即：直到在飽和（非

飽和）區(qū)域所有節(jié)點在兩次成功迭代之間壓力水頭（含水率）的絕對改變?yōu)樾?/p>

于通過強加利用絕對PressureHead（或WaterContent）Tolerance（壓力水頭

（或含水率）公差決定的么小值。首先通過外推法從在先前兩個時間水平的壓

力水頭值獲得在每一時間步長不知壓力水頭的計算（在零迭代）。

IterationCriteria

IterationCnteoa

l四|

InternalIntetpotebonT出。6

LfiwetUm。dtheTensionIrtervd00001

Uppet5。dheTemionImervd10000

InitialCondkion________________________________

@InthePressureHead

OIntheWaterContent|pevious

Figure17.TheItcrat沁nCriteriadialogwindow.

此對話框窗口的迭代準(zhǔn)則在任何時間步長期間允許的迭代最大數(shù)，盡管使用

部分，用戶可以指定在一次修改的Picard方法求解非線性Richards方程，推薦

時間步長期間迭代最大數(shù)、和默認(rèn)值為10。

和含水率以及壓力水頭精在流域非飽和部分節(jié)點的絕對含水率公差［-］。當(dāng)在

確公差。特殊時間步長期間兩次成功迭代之間的含水率小

Max.NumberofIterations于此參數(shù)時，此迭代過程停止且數(shù)值求解過程進入

新的時間步長。推薦和默認(rèn)值為0.001。

在流域飽和部分節(jié)點的絕對壓力水頭公差［L］,當(dāng)

WaterContentTolerance在特殊時間步長期間兩次成功迭代之間的壓力水

頭小于此參數(shù)時，此迭代過程停止且數(shù)值求解過程

進入新的時間步長。推薦和默認(rèn)值為1cm。

在流域飽和部分節(jié)點的絕對壓力水頭公差［L］,當(dāng)

PressureHeadTolerance在特殊時間步長期間兩次成功迭代之間的壓力水

頭小于此參數(shù)時，此迭代過程停止且數(shù)值求解過程

進入新的時間步長。推薦和默認(rèn)值為1cm。

指定在對話框窗口的TimeStepControl（時間步長控制）部分中的信息與在

計算期間時間步長的自動調(diào)整有關(guān)。在HYDRUS中介紹四種不同時間離散化：（1）

與數(shù)值求解聯(lián)系的時間離散化，（2）與邊界條件實施聯(lián)系的時間離散化，13）

與使用在逆問題中的數(shù)據(jù)點聯(lián)系的時間離散化，（4）提供計算結(jié)果顯示輸出的

時間離散化（如：依賴變量、水流、溶質(zhì)質(zhì)量部分、以及關(guān)于流態(tài)的其他信息的

節(jié)點值）。

離散化234是相互獨立的；當(dāng)描述在輸入文件時，它們一般涉及變時間步長

（Time-VariableBoundaryConditions（可變時間邊界條件），F(xiàn)ig.32和Output

Information（輸出信息），F(xiàn)ig」6"離散化1隨規(guī)定的初始時間增量開始.根據(jù)如

下規(guī)則在每一時間水平自動調(diào)整此時間增量：

a）.離散化1必須與離散化2.3.4得到的時間值保持一致。

b）.時間增量不能小于規(guī)定的最小時間步長,，也不能大于最大時間時間步長

（即：）。

c）.在特殊時間步長期間，如果迭代數(shù)必須收斂是3,通過乘以預(yù)定常數(shù)來增

加下一時間步長的時間增量。如果迭代數(shù)，下一時間水平乘以一個常數(shù)1（通常

在0.3與0.9之間）。

d）.在特殊時間步長期間，如果在任何時間水平的迭代數(shù)大于規(guī)定的最大數(shù)

（通常在10與50之間），決定那時間水平的迭代過程。時間步長隨后重設(shè)為/3,且

迭代過程重新開始。

我們注意：在對于溶質(zhì)遷移通過采用的解決方案也影響執(zhí)行期間，最優(yōu)時間