Hydrus软件应用PPT课件.pptx

HYDRUS模型介绍与实例演练 报告人 易军导师 邵明安研究员赵英副教授 2020 3 20 1 报告提纲 模型的概念Hydrus模型的基本结构Hydrus1D模拟农田水分运动实例Hydrus1D 3D模拟坡面水分运动实例 2020 3 20 2 模型的概念 研究对象为原型 客观存在性 模型是研究对象的替代物 是客观存在的简化 抽象和类比表示 物理模型 数学模型 实物 模型 2020 3 20 3 物理模型 以模型和原型之间的物理相似性或几何相似性为基础 渗流研究 原型 山坡 物理模型 土槽 2020 3 20 4 数学模型 以模型和原型之间在数学形式上的相似为基础 渗流研究 数学模型 Hydrus 2D模型 原型 山坡 2020 3 20 5 为何使用模型 减少精力 金钱的花费 更加直观的了解整个系统的状态和过程 更强的可控性和目的性 模型的缺陷 与真实情况有一些差异 很难完全的代表实际情况 2020 3 20 6 数学模型模拟的过程 选着合适的研究对象进行模拟构建模型 输入控制方程 边界条件 初始条件以及其它需要的数据 信息得到需要的输出对比模型输出结果和实际测定结果参数调整和优化拿另一段时间的实测数据进行检验 正向模拟Predict 逆向拟合Inverse 检验 2020 3 20 7 HYDRUS模型的基本结构 控制方程 水 热 溶质运移方程边界条件 第一类 第二类输入 初始值 剖面理化参数等输出 不同时间 不同位置的水 热 溶质信息 参数优化结果等 System BlackBox Input Output 控制方程 边界条件 泛定方程 定解条件 解方程的必须要素 2020 3 20 8 以Hydrus1D为例 控制方程的选择 2020 3 20 9 边界条件的选择 Dirichlet边界条件 Neumann边界条件 直接给出含水量 溶质浓度 温度在边界上随时间变化的值 直接给出水 溶质 温度在边界上随时间变化的通量 非系统依耐性边界 系统依耐性边界 特殊梯度边界条件 2020 3 20 10 输入信息 需要准备的数据资料 土壤水力参数 边界条件需要的数据 剖面结构和初始条件 时间信息 空间信息 根系生长 叶面积指数 株高等其它数据 2020 3 20 11 输出结果 观测点信息 剖面信息 通量信息 土壤水力学特性信息 运算时间信息 物质平衡信息 2020 3 20 12 实例1 农田水分的1D模拟 模拟玉米生育期农田水分动态剖面基本信息土壤水力参数蒸散发数据初始含水量4个深度的实测水分数据 模拟 拟合 调参 依据以上信息开展模型模拟 2020 3 20 13 结果 正向模拟 为什么模型得到的输出和实测相差这么大 需要调整模型输入 2020 3 20 14 2020 3 20 15 调参结果1 2020 3 20 16 调参结果n 调参结果可以继续进行 以获取更好的结果 2020 3 20 17 对模拟结果的定量判断标准 误差Difference偏差Bias均方根MSE Meansquareerror 绝对误差MAE Meanabsoluteerror RRMSE RMAE EF Correlationcoefficient WillmottDindex等 2020 3 20 18 实例2 Hydrus1D 3D模拟坡面水分运动 ShaleHills 1D 2D 3D 垂直剖面 2维坡面 3维坡面 2020 3 20 19 1D 2D 3D 点 面 立体 2020 3 20 20 现有数据信息坡面长度 高度 土壤在坡面的大致分布 土壤中有大量的页岩风化残留物气象数据有树木生长 地表有落叶覆盖从上坡到下坡4个位点共18个深度的土壤水分监测数据和质地 石头和有机质含量 缺少数据信息根系分布 蒸散发实测数据 下边界 落叶分布 降雨截留时空分布 土壤水力参数等 依据以上信息开展模型模拟 2020 3 20 21 5years 1D 2D 2020 3 20 22 VGandDLModel 2020 3 20 23 Stonyandnon stony2D 2020 3 20 24 土壤水 热 溶质运移模拟成功的必要条件 对研究对象的水热溶质运移的基本过程有很好的感性和理性认知合理的研究对象 控制方程 边界条件优质的监测数据符合实际的参数坚实的土壤物理学基础知识 2020 3 20 25 借助Hydrus软件可进行的工作 在常规分析的基础上借助于模型模拟得到细化的过程 散点连续过程 通过模型设定各种情形 单独比较不同因子 土壤类型 分布 地下水位等 对水热溶质运移过程的影响 现实很难实现实验设计前期利用模型进行初步模拟 保证实验设计的合理性 减少不必要投入 Hydrus可用之处非常多 根据各自实际研究寻找结合点 2020 3 20 26 借助模型模拟的一些个人看法 对研究对象进行的各种实际监测研究工作是最基础 最重要的工作 对研究对象的认知水平对模拟工作有很大的影响 模型不是万能的 但却可以更好的提升研究工作的质量 大大的充实和完善研究工作 各