HYDRUS-2D3D学习手册.doc

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1.022007.05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3.17 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4.6 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6.3 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8.5 HYDRUS菜单9.杂项信息9.1程序选项9.2 HYDRUS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204Introduction to the HYDRUSGraphical User Interface(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。The HYDRUS Graphical User Interface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HYDRUS FORTRAN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Rosetta Lite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。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）、View Window(视图窗口)、Navigator Bar(导航栏)、Tabs（标签）、和Edit bar(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Geometry IMformation（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Navigator Bar（导航栏）中Data Tab安顺序列出预处理与后处理过程命令和过程。在Edit Bar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Edit Bars，许多命令和过程可以选择性的进入。1.Project Manager and Data Management（项目管理人和数据管理）使用Project Manager（命令调用：File-Project Manager, Figs. 2 and 3)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Temporary Working Directory （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Permanent Working Directory（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Temporary Working Directory （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 is deleted after closing the project and Permanent result files are kept in this directory)。指定外部工作目录的位置在Project Description (Fig. 4)和 Program Options对话框窗口 (Fig. 116)。Figure 2. The project Manager with the Project Groups tab.Project Manager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Project Groups (Fig. 2)（即：当地或网络硬盘）。Project Manager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. 2 and 5)。一个Project Group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：Windows Explorer（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，Fig.4）复制工作目录必须与project_name.h3d文件一起。Figure 3. The Project Manager with the Projects tab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 water flow, S solute transport, T heat transport, R root water uptake, Inv Inverse problem)，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 Project Manager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）。Project Manager的命令列在表1。从Project Manager 对话框窗口的Project Tab获得New与Rename命令 (Fig. 3)叫Project Information对话框窗口(Fig. 4)，包含项目的名字、描述以及关于Project Group（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）。Figure 4. The Project Information dialog windowFigure 5. General description of the HYDRUS Project GroupHYDRUS-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-Import and Export-Import HYDRUS-2D Project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。用Project Manager（项目管理器）的 Convert（转换）命令可以同时转换复合的项目。首先创建一个项目组文件夹，放置在里面，并选择在Project Manager的Project Tab中的 Show HYDRUS-2D Projects项。然后选择将要转换的项目并点击Project命令。用这种方式创建项目和在project_name.h3d文件中存储所有输入与输出文件。使用图形用户界面（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，输入文件需被保存在工作外部目录中（HYDRUS Solver 的File-Import and Export-Export Data 命令发送这些），和从*.In Files用File-Import与Export-Import Input Data命令输回到HYDRUS project_name.h3d 文件 。Working Directory（工作目录）是一个程序存储临时数据的文件夹。每一次打开项目有他自己的程序存储工作目录，例如：计算模块的输入文件且在那计算模块写输出文件。当保存一个项目时，复制来自工作项目的数据到主项目文件project_name.h3d。当关闭此项目时，此工作目录被删除。仅当用户选择此项“Permanent result files are kept in this directory” (Fig. 4)时，在关闭此项目后不删除此工作目录。在这种情况，临时数据不复制到主项目文件。2. Projects Geometry Information（项目几何信息）HYDRUS可以求解二和三维迁移域的水流、溶质和热迁移。在Geometry Information对话框中选择几何类型（Fig.6与7）。在此对话框，用户指定Type of Geometry（几何类型）、Domain Definition（定义域）、Length Units（长度单位）和Initial Project Group（初始项目组）（迁移域近似尺寸）Figure 6. The Geometry Information dialog window (with 3D preview).Type of Geometry（几何类型）：在用户创建一个新项目后用户碰见的第一个对话框窗口，必须指定是发生在二维还是三维迁移域的流动和迁移问题，二维流动与迁移可以发生在水平或垂直面，或在一轴对称的准三维迁移域。当选择一个三维轴对称的系统，z-坐标必须与系统的垂直轴一致。显示选择的2D或3D几何的典型案例在对话框窗口的预览部分。Figure 7. The Geometry Information dialog window (with 2D axisymmetrical preview).Domain Definition（定义域）：这部分允许用户选择有结构的有限元网格简单几何、或有非结构的有限元网格更普遍几何。根据授权仅能使用简单几何。通过三条直线定义简单的长方形域，一时域的底部二为两边，上边界可能是也可能不是直的。注意：在这种情况，沿着上边界线可能有变量x-和z-坐标。然而，下边界线通常必须是水平的（或有一指定斜坡），但左和右必须是垂直的。然后离散化此流域为结构化的三角网格。六面体域必须与长方形域有相似的特性，即：侧面垂为直面，底部边界为水平（或一指定的边坡）面，仅上边界不必是一平面。例如图8所示的简单长方形和普通的二维几何，例如图9给出的一个六面体三维几何。对于二维和三维问题，定义简单几何在Rectangular（长方形的）（Fig.10）或Hexahedral（六面体的）域定义（Fig.11）对话框中。每一个这些窗口，用户必须指定迁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（如果适当，为在x-方向和为y-方向）。显示所有几何参数一个简单案例的对话框中间的预览可以帮助用户指定他们需要的迁移域（尺寸和斜坡）在Geometry Information（几何信息）对话框窗口（Figs.6和7），用户也可选择贯穿此应使用的几何单位（mm、cm、m）和Initial Project Group（初始项目组）的尺寸。当在想输期间或读取输入数据后改变单位时，自动转换所有输入变量为到新的单位。Initial Project Group（初始项目组）：对话框的这部分允许用户定义几何视图窗口的初始尺寸。根据在几何信息对话框窗口（Fig.6和7）中的选择，这里三维迁移域有三种类型（立方体，看4.4部分）3D-Layered Hexahedral:固体这种类型有一个Hexahedral Shape（六面体形状）并用基础尺寸定义。在x和y维度上，此底面可有一定的斜坡（Fig.9）。3D-Layered General:用Base Surface（底面）（看4.2部分）并一或更多Thickness Vectors（厚度向量）（看4.5部分）定义立方体此类型。3D-General:用一组形成立方体边界的表面定义立方体此类型，此选择在HYDRUS当前版本是不可能的。3. Flow Parameters（水流参数）3.1. Main Processes（主要过程）在此Main Processes（主要过程）对话框窗口（Fig.12），用户指定将要模拟的过程，即：水流、复合溶质迁移、热扩散、根系吸水。当选择水流项时，此程序自动考虑瞬时水流。不然，此准则从指定的初始和边界条件计算稳态水流。这样计算的成功根据复杂性和/或问题的非线性。如果成功，那么此模型运行在定边界条件和可能要求长模型时间。如果溶质迁移、热扩散或根系吸水项起初考虑在用户关闭一个存在的项目，此程序发出一个关于将丢失所有关于这些的数据的警告。如果不考虑此丢失，我们推荐用户首先在关闭溶质迁移、热扩散或根系吸水项之前复制当前项目的输入数据到一个新项目。如果求解Direct（正算）或Inverse problem（逆问题），对于二维问题，用户也可以选择。逆算问题涉及从可用的经验数据选择的参数的模拟。3.2. Inverse Solution（逆向求解）对于从测量的瞬时或稳态流动和/或迁移数据，土壤水力、溶质迁移和反应参数的逆向计算，HYDRUS实施了Marquardt-Levenberg类型参数模拟技术(imnek和 Hopmans, 2002)。仅当选择在主要过程对话框窗口（Fig.12）中的Inverse Problem（逆向问题），此Inverse Solution（逆向求解）对话框窗口（Fig.13）出现。用户从指定的经验数据选择将最优化（计算）的参数（土壤水力、溶质迁移和反应、热扩散参数）。也可以在目标函数选择Weighting of Inversion Data（逆向数据的权重）的方法。用户可以选择无权重、平均比率权重、或标准偏差权重。当选择无权重时，需要提供在Data for Inverse Solution（逆向求解数据）对话框窗口（Fig.14）上特定数据点的权重。当选择平均比率权重或标准偏差权重时，此准则以不同数据组（如：含水率、压力水头、浓度）的平均值或标准偏差计算并调整成比例的权重。这些内部权重可能一直乘以从Data for Inverse Solution（逆向求解数据）对话框窗口（Fig.14）的权重。可以用浓度的不同类型定义溶质迁移参数逆向估计的目标函数。可以使用的Concentration Types（浓度类型）是：a）液相固有浓度、b)流出（通量）浓度、d）溶质浓度通量、e）累积浓度（溶质）通量、f）总的固有浓度。总的固有的浓度包括吸附和非均衡相的浓度。在此对话框窗口也指定逆向求解迭代的最大数。如果选择迭代零数，那么仅执行整箱模型。然而，用户可以一直进入测量的数据，在这种情况，此准则比较用测量数据的正向模拟的结果。在Data for Inverse Solution（逆向求解数据）表（Fig.14），用户指定将在参数最优化过程期间分析的测量数据。可以用数据许多不同类型定义目标函数，目标函数将得到简化。根据Type（类型）和Position（位置）值理解在X和Y列的数值。Weight（权重）为与特定数据点联系的权重，目标函数包括如下信息：根据参数Type（类型）的值，第一列（X）包含如下信息：根据参数Type（类型）的值，第二（Y）和第四（Position）列包含如下信息：3.3. Time Information(时间信息)此Time Information对话框窗口（Fig. 15)包含与Time Discretization（时间离散化）、Time Units（时间单位）、以及实施的Boundary Conditions（边界条件）.有关的信息。 Time Units时间单位时间使用贯穿整个应用（日、时、分、秒）。当在数据输入期间或之后改变单位时，那么自动转换所有的输入变量为新单位。Initial Time初始时间即计算的开始时间Final Time结束时间即计算的结束时间Initial Time Step初始时间步长初始时间增量，dt。初始时间步长必须是正在求解问题类型的函数。高压力梯度问题（如：入渗到初始为干燥的土壤。）以及高非线性土壤水力特性土壤要求相对较小的初始时间步长。使用此初始初始时间步长在模拟的开始或无论何时边界条件实质性改变（如：水流通量以25%或更多改变。Minimum Time Step最小时间步长时间增量的最小允许值，。此最小时间步长必须小于 a）初始时间步长，b）显示时间之间间隔，c）时间变量边界条件记录之间的间隔。Maximum Time Step最大时间步长时间增量的最大允许值，。此最大时间步长可以为一个相对较大的数（通过此程序选择此最优化的时间步长），例如除非模拟一天期间的温度要求小的时间步长。Boundary Conditions（边界条件）Time-Variable Boundary Condition 当选择此复选框时，必须指定时间依赖边界记录和时间依赖边界条件的数量。不然，假设边界条件为关于时间为常数。3.4. Output Information（输出信息） 此Output Information（输出信息）对话框窗口（Fig.16）包含HYDRUS计算模块控制输出的信息。在对话框窗口的Print Options（打印项），使用者决定是否一些信息包含平均压力水头与浓度、平均水流与溶质通量、累积水与溶质通量、和在每一时间步长显示的时间与迭代信息(T-Level Information)，在n时间步长（每n时间步长）之后，在一个肯定定义时间间隔（间隔输出），或如果在计算期间发送信息到屏幕（屏 幕输出）。当模拟结束，默认要求用户点击键盘上的Enter键从计算窗口返回到GUI（图形用户界面）。通过取消Hit Enter at the End （最后点击Enter）不能此行为。T-Level Information（T水准信息）：此复选框决定是否关于平均压力水头与浓度、平均水流与溶质通量、累积水流和溶质通量、和时间与迭代信息的一些信息被打印在每一时间步长、n时间步长之后、或仅在预选择的时间（打印时间）或时间间隔。Interval Output（间隔输出）用户可以指定是否关于平均压力水头与浓度、平均水流与溶质通量、累积水流和溶质通量、和时间与迭代信息的信息在一个规定时间间隔被打印。Screen Output（屏幕输出）：复选框决定是否关于模拟运行的信息在HYDRUS计算准则执行期间将打印到屏幕。我们推荐对正向问题使用此复选框，但逆向问题不。在对话框窗口的此Print Times（显示时间）部分，使用者指定显示时间(Count（总数）)的数量，其中将显示关于压力水头、含水率、浓度、温度、通量、和土壤水和溶质平衡的详细信息。点击此Default（默认）命令按钮将导致显示信息在初始和结束时间之间平均分布。最后在此Subregions（子区）部分，使用者选择区域的数量，其中将计算和显示质量平衡到Balance.out输出文件。3.5. Iteration Criteria（迭代标准）Iteration Criteria（迭代标准）对话框窗口 (Fig. 17)包含与用于求解Richards方程迭代过程相关的信息。因为Richards方程非线性性质，必须使用迭代过程获得一般矩阵方程在每一新时间步长的解。对于每一次迭代，首先得到线性代数方程系统，然后要么使用Gaussian elimination（高斯消元法）要么使用共轭梯度法求解。在求解矩阵方程后，使用此方程重新计算此系数并再次求解此新方程。此迭代过程继续直到获得收敛为满意水平，即：直到在饱和（非饱和）区域所有节点在两次成功迭代之间压力水头（含水率）的绝对改变为小于通过强加利用绝对Pressure Head (或 Water Content) Tolerance（压力水头（或含水率）公差决定的么小值。首先通过外推法从在先前两个时间水平的压力水头值获得在每一时间步长不知压力水头的计算（在零迭代）。此对话框窗口的迭代准则部分，用户可以指定在一次时间步长期间迭代最大数、和含水率以及压力水头精确公差。Max. Number of IterationsWater Content TolerancePressure Head Tolerance在任何时间步长期间允许的迭代最大数，尽管使用修改的Picard方法求解非线性Richards方程，推荐和默认值为10。在流域非饱和部分节点的绝对含水率公差-。当在特殊时间步长期间两次成功迭代之间的含水率小于此参数时，此迭代过程停止且数值求解过程进入新的时间步长。推荐和默认值为0.001。在流域饱和部分节点的绝对压力水头公差L。当在特殊时间步长期间两次成功迭代之间的压力水头小于此参数时，此迭代过程停止且数值求解过程进入新的时间步长。推荐和默认值为1cm。指定在对话框窗口的Time Step Control（时间步长控制）部分中的信息与在计算期间时间步长的自动调整有关。在HYDRUS中介绍四种不同时间离散化：（1）与数值求解联系的时间离散化，（2）与边界条件实施联系的时间离散化，（3）与使用在逆问题中的数据点联系的时间离散化，（4）提供计算结果显示输出的时间离散化（如：依赖变量、水流、溶质质量部分、以及关于流态的其他信息的节点值）。离散化2、3、4是相互独立的；当描述在输入文件时，它们一般涉及变时间步长（Time-Variable Boundary Conditions（可变时间边界条件）, Fig. 32 和Output Information（输出信息）, Fig. 16)。离散化1随规定的初始时间增量开始。根据如下规则在每一时间水平自动调整此时间增量：a）.离散化1必须与离散化2、3、4得到的时间值保持一致。b）.时间增量不能小于规定的最小时间步长，也不能大于最大时间时间步长（即：）。c）.在特殊时间步长期间，如果迭代数必须收敛是3，通过乘以预定常数来增加下一时间步长的时间增量。如果迭代数，下一时间水平乘以一个常数1（通常在0.3与0.9之间）。d）.在特殊时间步长期间，如果在任何时间水平的迭代数大于规定的最大数（通常在10与50之间），决定那时间水平的迭代过程。时间步长随后重设为/3，且迭代过程重新开始。我们注意：在对于溶质迁移通过采用的解决方案也影响执行期间，最优时间步长的选择。表6.时间步长控制变量Lower Optimal Iteration Range（最低优化迭代范围）当对于水流迭代数必须达收敛小于此数时，时间步长乘以最低时间步长乘法因子（增加时间步长）。推荐和默认值为3。Upper Optimal Iteration Range（最高优化迭代范围）当对于水流迭代数必须达收敛大于此数时，时间步长乘以最高时间步长乘法因子（减小时间步长）。推荐和默认值为7。Lower Time Step Multiplication Factor（最低时间步长乘法因子）如果对于水流迭代数必须达收敛小于最小优化迭代范围时，时间步长乘以此数（增加时间步长）。推荐和默认值为1.3。Upper Time StepMultiplication Factor（最高时间步长乘法因子）如果对于水流迭代数必须达收敛大于最高优化迭代范围时，时间步长乘以此数（减小时间步长）。推荐和默认值为0.7。Internal Interpolation Tables（内部内插表）.在数值计算的开始，在流域对于每一土壤类型，HYDRUS生成关于含水率、导水率，以及从水力参数指定的组指定水能力的表。然后，在迭代求解过程期间在进入表之间使用线性内插计算水力特性的值。如果在某些节点上压力水头h落在规定的区间(ha, hb)之外，从水力函数直接计算在那节点水力特性（即：无内插）。发现以上内插技术比压力水头在整个范围上的水力函数直接计算更快。通过设置ha和 hb都为零可以避免使用表的内插。那么常常从水力函数直接计算土壤水力特性（即：无内插）。对于区间(ha, hb)也将给出土壤水力特性的输出图形。Lower limit of the tension interval(张力区间的下限)压力水头区间下限的绝对值L，对此每一种物质将内部生成水力特性的表。Upper limit of thetension interval(张力区间的上限)压力水头区间下限的上值L，对此每一种物质将内部生成水力特性的表。最后，在对话框窗口的Initial Conditions（初始条件）部分，用户是否以压力水头或含水率方式指定水流计算的初始条件。3.6. Soil Hydraulic Model（土壤水力模型）在Soil Hydraulic Model（土壤水力模型）对话框窗口(Fig. 18)，用户选择Hydraulic Model（土壤水力模型）用于描述土壤水力特性，并指定在计算期间是否考虑Hysteresis（滞后作用）。Hydraulic Model（水力模型）:对于土壤水力特性，此准则允许用户选择六种类型模型：a）van Genuchten-Mualem 模型 van Genuchten, 1980, b) 进空气值为-2 cm的van Genuchten-Mualem模型, c) 修改的van Genuchten 型方程Vogel and Cislerova, 1988, d) Brooks and Corey方程 1964, e) Kosugi 的对数分布模型1996, 以及f) 二元多孔模型 Durner, 1994。用户可以选择假设用g）含水率还是h）压力水头按比例在可动与不可动区之间支浪迁移两个二元多孔非均衡水流模型。至于这些模型的详细描叙查看HYDRUS的技术手册。在HYDRUS当前版本两个其它方式（渗透性模型和查表）是不可用的。Hysteresis（滞后作用）:当使用van Genuchten模型时，可以使用要么a）非滞后描述（无滞后作用），b）仅在持水曲线滞后描述（滞后作用在持水曲线），或c）在持水曲线和导水率曲线都滞后描述（滞后作用在持水曲线和导水率）。当假设滞后作用在土壤水力特性时，用户必须指定初始条件是与主吸湿持水曲线联系(Initially Wetting Curve（初始吸湿曲线)）还是主脱湿(Initially Drying Curve（初始脱湿曲线）) 持水曲线联系。通过使用by Scott et al. 1983的经验模型，HYDRUS准则合并滞后作用Kool and Parker 1987 也使用此模型，他修改此公式来计算滞留空气。尽管事实相对简单，已发现以上模型有时遭受所谓的泵浦效应，在那滞后作用循环可以移动到持水函数物理非现实部分。在HYDRUS中，我们也可以合并通过保持历史反转点的追踪计算泵浦Lenhard et al 1991 和Lenhard and Parker 1992的滞后作用模型。3.7. Water Flow Parameters(水流参数) 在Water Flow Parameters(水流参数) 对话框窗口(Fig. 19)指定土壤水力模型的参数。在所有模型(即：Brooks and Corey, 1964; van Genuchten, 1980; Vogel and Cislerova, 1988; Kosugi, 1996, and Durner, 1994)和代表残留和饱和含水率，为饱和导水率，l为联通性参数。参数 (Alpha) L-1 和 n -是影响水力函数形状的经验系数。修改的van Genuchten模型有四个附加参数：(Q)：小于或等于的含水率，(Q)：大于或等于的含水率，：在含水率上的非饱和导水率，(Q)：与Kk联系的含水率。Durners 1994 模型有三个附加的参数: w2 (w2), 2 (Alpha2) L-1, 和n2 (n2)，其中w2为第二重叠区的权重因子，2和n2为第二区的经验参数。滞后模型也有三个附加参数：sw (QsW):主吸湿枝饱和含水率， (AlphaW) L-1：主吸湿枝的形状参数，Ksw (KsW) LT-1：与主吸湿枝联系的饱和导水率（假设滞后作用也发生在传导函数中）。Temperature Dependence（温度依赖）：如果水力特性考虑温度依赖，选择此框。使用毛细管理论，然后，从温度对表面张力的影响定量预测温度对土壤水压力水头的影响，尽管从温度对粘性和水的密度的影响预测温度对导水率影响。Soil Catalog（土壤目录）:选择土壤的水力参数包括进一个目录，从这用户可以进行选择。采取Carsel and Parrish 1988 (Table 7)的参数。由于它们仅代表不同质地组很近似平均值，当使用这些参数值，小心是必要的。通过使用RETC的van Genuchtens 1980的模型的Carsel and Parish 1988参数生成的适合的滞留曲线得到Kosugi模型在此目录中的土壤水力参数。在土壤水力目录中代表如下土壤质地组：Sand （沙）Loamy Sand （壤质砂土）Sandy Loam （砂壤土）Loam （壤土）Silt Loam （粉砂壤土）Sandy Clay Loam （砂质粘壤土）Clay Loam （粘壤土）Silty Clay Loam （粉砂黏壤土）Sandy Clay （砂质粘土）Silty Clay （粉质粘土）Clay （粘土）Neural Network Prediction（神经网络预测）:此程序根据神经网络使用土壤转换函数(PTFs)预测van Genuchten 1980的水滞留参数和根据质地信息预测饱和导水率(Ks)，（查看下面章节3.8）。当选择参数计算选项时，那么用户必须提供优化的土壤水力参数的初始估计，指定优化的参数（选择适当的复选框），以及提供约束优化的参数。最大值和最小值为零（默认值）表示不约束参数。表7.根据Carsel and Parish 1988USDA土壤质地三角形的 12个质地组的van Genuchten 1980分析函数的土壤水力参数表8. 根据 Rosetta Lite程序Schaap et al., 2001USDA土壤质地三角形的12个质地组的van Genuchten 1980分析函数的土壤水力参数表9. 根据Carsel and Parish 1988USDA土壤质地三角形的12个质地组的Brooks and Corey 1964分析函数的土壤水力参数表9. USDA土壤质地三角形的12个质地组的Kosugi 1996分析函数的土壤水力参数3.8. Neural Network Predictions（神经网络预测）HYDRUS准则与Rosetta Lite DLL (动态链接库D) (Fig.20)一起实施，它是Marcel Schaap在美国盐度试验室独立发展的() Schaap et al., 2001。 Rosetta实施从土壤质地组以分层的方式预测van Genuchten 1980的水滞留参数和饱和导水率（）的土壤转换函数(PTFs)，土壤质地分布、密度、和作为输出一个或两个水滞留点。Rosetta提供USDA土壤质地三角形的12个质地组的van Genuchten 1980分析函数的土壤水力参数（表8）。3.9. Anisotropy in the Hydraulic Conductivity(在导水率中的各向异性)对于二维问题，用户可能必须指定各向异性张量的主成分K1A和 K2A以及在K1A的主要方向角度和每一个元一般坐标系统的x轴（Fig. 21)。对于三维问题以及实施这了，在那用户可以指定一个或更多Tensors of Anisotropy（各向异性张量）(Fig. 22)，可以安排它到迁移域的不同部分。使用三个主要部分K1A (ConAX), K2A (ConAY), K3A (ConAZ)和六个代表张量KA在第i主方向和一般坐标系统的j坐标之间角的余弦的系数aij(即：Cos(X-x), Cos(Y-y), Cos(Z-y), Cos(X-y), Cos(X-z), Cos(Y-z)。3.10. Solute Transport（溶质迁移）在Solute Transport（溶质迁移）对话框窗口(Fig. 23)进入定义溶质迁移问题需要的基础信息。在此窗口，用户指定Space（空间）Time Weighting Scheme（时间权重方案）, Iteration Criteria（迭代准则）（对于非线性问题），以及如质量单位的附加Solute Information（溶质信息），脉冲持续时间（如果可能），和溶质数。a) Time Weighting Scheme（时间权重方案）Time Weighting Scheme（时间权重方案）定义使用在迁移区域的数值求解的时间权重系数，。对于显格式，时间权重系数为0.0；对于Crank-Nicholson time-centered implicit scheme 为0.5；对于fully implicit scheme（完全隐格式），为1.0。根据时间权重因子的值在控制对流弥散方程空间和时间离散化之后获得线性方程最终组的结构G c = g。显(和完全隐（=1）格式要求仅在一个时间水平（先前或当前时间水平）计算总矩阵和矢量g。其它两个格式要求在两个时间水平计算。同样，Crank-Nicholson和隐格式得到一个非对称带状矩阵，相反，显格式(得到一个比更容易求解（但一般要求更小的时间步长）的对角矩阵。基于求解精度推荐Crank-Nicholson中心格式。完全隐格式也导致数值弥散，但在避免数值不稳定方面更好。显格式更易于产生不希望振荡的数值不稳定（当前不能用）。b) Space Weighting Scheme（空间权重方案）对于Space Weighting Scheme（空间权重方案），HYDRUS提供三个选项，即：正规的Galerkin Finite Elements 表达, Upstream Weighting Finite Elements 表达，Galerkin Finite Elements formulation with Artificial Dispersion.（人工弥散伽辽金有限元表达）。尽管基于求解精度推荐Galerkin Finite Elements（伽辽金有限元）表达，当计算相对梯度大的浓度方面时，在HYDRUS中提供Upstream Weighting作为一个选项来最小化一些数值振荡问题。为了这个目的，、不通过正规线性基本函数加权对流弥散方程的第二（通量）项，但使用非线性函数Yeh and Tripathi, 1990代替。权重函数确保相对大的权重在元的上游边节点的流速上。附加的Artificial Dispersion（人工弥散）也可能加到稳定数值求解和限制或避免在伽辽金有限元结果中的不希望的振荡。增加人工弥散是为了满足涉及Pe.Cr (Peclet 数的生成和Curant数)Perrochet and Berod, 1993的Stability Criterion（稳定性准则）。Pe.Cr的推荐值为2.0.c) Solute Information（溶