HYDRUS软件：非饱和带水盐运移与土壤水动力学模拟详解

HYDRUS软件是一款专门用于模拟土壤水动力学过程的强大工具，它在处理变饱和流、根系吸水、溶质运移、非线性吸附、2点平衡吸附以及动水和不动水的转换等方面表现出色。该软件特别关注土壤水盐运移在非饱和带的模拟，这在水资源管理和环境工程中至关重要。 HYDRUS-1D软件包，作为其核心部分，是基于一维运动的模拟，能够模拟水、热量和多种溶质在变异性饱和介质中的运动。其应用广泛，包括地下水的流动和 advective transport 的模拟，对于理解和预测土壤中水和养分的动态变化具有重要意义。 书中引用了多本权威著作，如《The HYDRUS-1D Software Package for Simulating the One-Dimensional Movement of Water, Heat, and Multiple Solutes in Variably-Saturated Media》（2008年），以及《Applied Groundwater Modeling: Simulation of Flow and Advective Transport》（1992年），这些书籍为软件的理论基础提供了深入讲解。此外，雷志栋的《土壤水动力学》（1988年）和薛禹群的《地下水数值模拟》（2007年）也提供了关于土壤水动力学的实践指导，而Hill的《Effective Groundwater Model Calibration, with Analysis of Sensitivities, Predictions, and Uncertainty》（2007年）则强调模型校准和不确定性分析的重要性。 在使用HYDRUS软件时，一个基本的数值模拟过程通常涉及模型建立、参数估计和验证。通过RETSC（RETention Curve）软件，可以估计土壤水分特征曲线，这是理解土壤含水量与负压关系的关键。土壤水分特征曲线描绘了土壤含水量θ随负压h变化的规律，常用如Brooks-Corey模型或Van Genuchten模型来描述，其中λ、a、b、m、n等参数是经验性系数，m=1-1/n，ha表示土壤进气值，r代表凋萎含水量，s则是饱和含水量。 在实际操作中，用户会通过新项目创建功能（Project->New）导入数据，设置土壤参数，并进行一系列的计算和模拟，包括但不限于2点平衡吸附过程。上机实践环节，如在第10周和第11周的三次实验课中，学生将有机会在105机房通过实际操作掌握软件应用，完成水分特征曲线试验报告和数值模拟报告。 通过这个课程，学生不仅可以深化理解土壤水动力学原理，还能掌握如何用HYDRUS软件解决实际问题，提升数据分析和模型预测的能力。土壤水分特征曲线的研究与模拟是地下水管理中必不可少的环节，而软件提供的这些功能使得复杂土壤水动力学问题的处理更为便捷和精确。