HYDRUS_2D中文教程：二维土壤水流模拟详解

HYDRUS_2D是一款专用于模拟地下滴灌土壤水流和溶质二维运动的有限元计算软件，特别适用于初学者理解和操作。该软件基于轴对称三维等温饱和-非饱和达西水流模型，忽略了空气对土壤水流的影响。核心的水流控制方程采用Richards方程的改进版本，考虑了作物根系的吸水效应，通过嵌入汇源项来精确反映这一过程。 程序设计非常灵活，支持各种边界条件的处理，如定水头、变水头、流量给定、渗水、自由排水、大气边界以及排水沟等，能够适应不规则的水流区域，甚至处理非均质土壤。网格划分采用不规则三角形方法，对时间和空间采用隐式差分离散，非线性控制方程则通过迭代法线性化求解。 在非饱和土壤水力学特性方面，HYDRUS_2D采用了VG模型，并结合了Scott [1983]和Kool-Parker [1987]的经验模型，通过用户定义的水力传导曲线与参考土壤的比较，实现线性比例变换，以提供更准确的模拟。 程序的核心功能模块包括： 1. 主程序HYDRUS2D：作为核心引擎，负责系统初始化、设置参数（如模拟选项、时空单位、土壤水力参数和边界条件）、执行计算和输出结果。它能输出土壤水力特性曲线、含水率或负压水头随时间的变化曲线，以及实际或累计水通量信息，同时提供了质量平衡分析和逆向优化结果。 2. ProjectManager模块：用于工程数据管理，支持打开、删除、重命名和保存项目，将不同问题的工程数据独立存储，便于组织和维护。 3. GEOMETRY模块：图形用户界面工具，允许用户交互式地绘制和编辑水流区域，支持导入二进制文件，能够处理复杂的边界形状，如直线、圆、弧、多义线和内部曲线等，如排水沟和井。 HYDRUS_2D以其强大的功能和易用性，为地下水管理和农业灌溉提供了一种高效而精确的数值模拟手段，尤其适合那些需要深入理解土壤水动力学过程的研究人员和工程师。通过学习和实践这款软件，用户可以掌握如何模拟和优化滴灌系统，以提高水资源利用效率和作物生长效益。