博文
环境土壤物理Hydrus1D2D模型实践技术应用
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前言
Hydrus-1D是求解该方程，模拟该类一维问题的最简单、最高效的工具。将模型参数拓展到二维和三维，基于Hydrus-2D/3D还可以模拟污染物在水平方向和任意复杂地形条件下的迁移问题。对于有效预测点源、面源污染物迁移扩散范围，具有重要意义。
Hydrus是基于Windows系统界面开发的环境土壤物理模拟软件，是用于模拟一维和多维变饱和多孔介质的水分运动、溶质（污染物等）运移、根系吸水和溶质吸收、以及热量传导等方面的强有力工具。Hydrus还包括一个参数优化算法，用于各种土壤的水力学、溶质运移和热传递参数的反演估计。该模型具有灵活方便的图形操作界面，深受各国学者推崇，广泛应用于环境、水文地质、农业、水利等领域。
HydrusHydrus界面和功能
土壤物理基础知识
土壤水流 | 溶质运移 | 热量传输 |
土壤物理性质 土壤水的能量状态 土壤水分特征曲线 饱和土壤中的水流 非饱和土壤中的水流 Richards方程 土壤水力学特性的缩放 土壤水分入渗 土壤水分蒸发 滞后现象 根系吸水 水分胁迫和盐分胁迫 双孔隙度/双渗透率模型 | 土壤溶质及其迁移转化形式 对流弥散方程（CDE） 土壤溶质穿透曲线 溶质在土壤中的反应 非吸附溶质的迁移 吸附性溶质的迁移 平衡吸附 双点位吸附 双动力学吸附（胶体运移） 双孔隙度/双渗透率模型 土壤溶质运移的初始条件和边界条件 温度和土壤含水量对模型参数的影响 根系对溶质的吸收 | 土壤热量状况 土壤表面热平衡 土壤热力学性质 土壤热流 对流传导方程 土壤热流的初始条件和边界条件 土壤温度的周期性变化
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建模步骤
Hydrus-1D | Hydrus-2D/3D |
土壤水流运动的初始条件 几何信息、时间信息与输出信息 迭代参数设置 土壤水力特征模型及参数设置 Rosetta模型 土壤水流运动的边界条件水头边界条件（Dirichlet type） 通量边界条件（Neumann type） 梯度边界条件（Gradient） 大气边界（Atmospheric BC） 深层排水（Deep Drainage） 渗透面（Seepage Face） 积雪边界（Snow） 根系吸水模型 土壤剖面参数设置 双孔隙度（Dual-Porosity）模型 双渗透率（Dual-Permeability）模型 水蒸气流（Vapor Flow） 土壤水力学特性与温度的关系 溶质运移模型参数和边界条件设置 热量传输模型参数和边界条件设置 模型结果输出与解读 | 模型建立与模块选取 几何信息、时间信息与输出信息 迭代参数设置 土壤水流模型及参数设置 根系吸水模型及参数设置 溶质运移模型及参数设置 2D/3D结构绘图 有限元网格划分及参数设置 有限元网格细化与拉伸 域特性设置 土壤质地分布 根系密度分布函数 各向异性问题 非刚性问题 观测点设置 流动粒子设置 初始条件设置 2D/3D边界条件设置 图形结果输出与解读 视频文件制作 曲线结果输出与解读 |
练习1：积水入渗水流模型
（单层土壤，多层土壤，边界条件的设置）
练习2：根系吸水和溶质吸收模型
（大气边界条件，可变边界条件，降雨，蒸散发，彭曼模型，根系分布密度函数的设置等）
练习3：溶质运移模型
（单一溶质运移，链反应，胶体运移，挥发性溶质，土壤污染物扩散等）
练习4：水汽热传输模型
练习5：双孔隙度/双渗透率模型
！！！反演求解！！！
Ÿ模型反演求解与参数估计
Ÿ反演问题类型定义
Ÿ参数设置
练习7：模型参数反演求解（！！！技巧！！！）
（水流问题，根系吸水问题，溶质运移问题）
附：污染物运移动态视频
贾老师：17732660520（微电）
https://blog.sciencenet.cn/blog-3595493-1446148.html
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