1、天山北麓平原区包气带水分运移机理与数值分析HYDRUS1D 软件使用手册目 录一、软件介绍二、安装指南三、使用指南四、实例介绍1一、软件介绍HYDRUS1D 是国际地下水模型中心公布的，计算包气带水分、盐分运移规律的软件，用它可以解算在不同边界条件制约下的数学模型。若将坐标原点选在地面，取 z 轴向下为正，则一维饱和非饱和带水分运移基本方程为： (1)hKStzz式中： 为含水率；h 为负压水头；S 为植物根系吸水量，对裸露区为0。二、安装指南第一步：安装界面；2第二步：选择安装目录；第三步：修改存放名称；3第四步：安装进度显示条；4第五步：完成安装；三、使用指南（一）初始界面软件开始界面如图
2、所示：（二）数据输入及运行51、选择计算模块2、模型几何结构属性3、时间信息4、选择输出结果65、迭代步长6、土壤水运移方程77、岩性参数8、上、下边界条件确定89、上、下边界条件数据输入10、几何结构确定911、初始条件12、模型运行10（三）运行结果1、剖面水头、含水率等计算结果112、边界流量信息3、参数属性124、运行时间信息5、水均衡信息13四、实例操作流程介绍1、实例介绍对奎屯原位试验场包气带裸露区非均质水分运移规律进行模拟。剖面岩性结构从上到下共 7 层；包括：壤土、粉壤土、粉质黏壤土以及砂质壤土 4 种岩性类型；水位埋深最大不超过 9m；模型运行期为 4 月 1 号至 11 月
3、 20 号，共234 天。选择万方程作为模型计算的方程；上边界为变化的负压边界，下边界为变化的水头边界；初始条件以 4 月 1 号观测的负压为准输入模型进行计算；输出每月最后一天的结果信息。2、软件操作流程：第一步：软件可以进行计算的模块包括水分运移模块、溶质运移模块、热传导模块、植物根系吸收水分模块以及植物根系生长模块等，本次模拟只对包气带水分运移规律进行模拟，故选择水流模块，操作如下图所示：14第二步：选定计算长度单位 m，剖面岩性类型 4 种，从上到下共分为 7 层，计算深度为 9m，操作如下图所示：第二步：选定计算时间单位 Days，计算时间从 4 月 1 号至 11 月 20 号，共
4、234 天，边界条件随时间变化记录的最小间隔为 1 天，故随时间变化的边界条件记录数为 234 天，操作如下图所示：15第三步：要求输出每月最后一天的计算结果，统计共有 9 天的计算结果，操作如下图所示：第四步：迭代误差限的选择以模型默认的为主，如果软件在运行的过程中出现计算不收敛的情况，可以通过适当调整误差限来达到计算收敛的目的，操作如下图所示：16第五步：土壤水力传导模块选择土壤水计算中普遍认可的且通用的 wan 方程作为本次计算的拟合方程，计算中不考虑水分运移滞后现象，操作如下图所示：第六步：包气带 4 种不同类型土壤岩性参数，可以通过输入实验室土壤颗粒分析结果获得，操作如下图所示：17
5、第七步：水流运移模块上边界条件据实际情况选择随时间变化的水头边界，下边界选择随时间变化的水头边界，以变化的地下水位确定，初始条件选择压力水头来确定，操作如下图所示：第八步：输入随时间变化的上、下边界压力水头值，操作如下图所示：18第九步：剖面不同岩性层位位置的确定，点击下一步即可。第十步：根据奎屯原位试验场剖面开挖实际情况，设置包气带不同岩性层，设置结果如下图所示：19第十一步：包气带剖面按间隔 5cm 进行剖分计算，观测数据以线性插值的方式获得，如下图所示：第十二步：软件运行的准备工作设置就绪，点击 OK 软件进行运行计算，如下图所示：20第十三步：下图为软件运行完毕对话框，从下图中可以看出
6、不同时间的计算结果。第十四步：不同埋深点包气带剖面压力水头随时间的变化曲线，如下图所21示：第十五步：不同埋深点包气带剖面含水率随时间的变化曲线，如下图所示：22第十六步：包气带剖面压力水头变化曲线，如下图所示：第十七步：包气带剖面含水率变化曲线，如下图所示：23第十八步：模型上边界流量随时间的变化曲线，如下图所示：第十九步：剖面含水率与压力水头关系曲线，如下图所示：24第二十步：模型运行时间和时间步长变化关系曲线，如下图所示：第二十一步：模型计算结果水均衡信息表，其中包括上、下边界通量的变化值，如下图所示：25注意事项：1、参数的初值可以通过试验室测定结果来给出，但最终参数的确定需要通过对模型的识别与验证才能确定。2、单一包气带岩性结构且不同埋深的情况可以通过改变下边界条件来实现。3、上边界的给出可以按照大气边界处理，也可以按负压的方式给出。4、初始条件的确定关键在于地表值得确定，常常需要反复计算，才可以得到较为满意的效果。
