Hydrus软件应用PPT课件
Hydrus1D简明使用手册
H y d r u s1D简明使用手册work Information Technology Company.2020YEAR用HYDRUS-1D模拟剖面变饱和度地下水流（简明手册）王旭升中国地质大学(北京)目录1. 如何获取HYDRUS-1D (3)2. 版权声明 (3)3. 参考资料 (3)4. HYDRUS-1D的WINDOWS界面 (4)5. 设计模型 (5)6. 使用HYDRUS-1D创建模型 (6)7. 输入模型控制信息 (7)8. 水流模型——迭代计算参数 (10)9. 水流模型——土壤水力特性模型 (10)10. 水流模型——土壤水分特征曲线 (11)11. 水流模型——边界条件 (12)12. 水流模型——定水头或通量边界设置 (13)13. 根系吸水——吸水模型 (13)14. 根系吸水——水分胁迫参数 (15)15. 输入可变边界条件的信息 (15)16. 编辑土壤剖面——使用图形界面 (17)17. 编辑土壤剖面——使用表格 (20)18. 运行模型 (21)19. 察看结果 (21)20. 输出结果 (22)HYDRUS-1D是一个共享专业软件，用于模拟一维变饱和度地下水流、根系吸水、溶质运移和热运移。
本手册只介绍应用HYDRUS1D模拟垂向剖面水流和根系吸水的操作方法。
1. 如何获取HYDRUS-1DHYDRUS-1D由位于欧盟捷克的PC-Progress工程软件开发公司发行，用户可以登录该公司首页: 。
为了下载HYDRUS-1D，应先注册成为用户，然后下载Hydrus-1D的安装文件：H1D_4_14.exe。
这个文件对应目前HYDRUS-1D的最高版本。
2. 版权声明HYDRUS-1D的作者为:(1) J. Simunek, Department of Environmental Sciences, University of California Riverside, Riverside, California, USA.(2) M. Sejna, PC Progress, Prague, Czech Republic.(3) M.Th. van Genuchten, Department of Mechanical Engineering, Federal University of Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil.感谢他们提供了一个如此精美而又免费使用的专业软件，帮助我们从事有关的科学和教育工作。
Hydrus软件使用实例
Hydrus软件使用实例
天山北麓平原区包气带水分运移机理与数值分析HYDRU S—1D 软件使用手册
一、软件介绍
二、安装指南
三、使用指南
四、实例介绍
、软件介绍
HYDRU—1D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，则一维饱和一非饱和带水分运移基本方程为：
K (― 1) S
t z z
式中：B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；
第二步：选择安装目录;
第三步：修改存放名称;
时?：：峙却叶, —- ?——-―
HTvaf F/arr*h F*LA*r * k
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第四步：安装进度显示条;
第五步：完成安装;
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H - K。
第6章 化工流程模拟软件HYSYS
化学与化学工程学院
化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
稳态模拟的具体步骤: 稳态模拟的具体步骤:
稳态模拟的具体步骤.doc
化学与化学工程学院
化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
6.4.3 精馏
例题6-3.doc
化学与化学工程学院
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泰山医学院 Taishan Medical University
6.4.4 反应
例题6-4.doc
化学与化学工程学院
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化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
图6-14 流体输送例题附图
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化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
针对该问题的模拟步骤如下: 针对该问题的模拟步骤如下:
化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
(2)模拟环境 ) 在模拟基础管理中完成了相关定义后, 就可以点击右下侧的"Enter Simulation Environment"按钮进入模拟环境 .可用的对 象包括物流,能流,设备,调节器,数据 表等,可通过点击->移动->点击的顺序 放置在PFD图上.
化学与化学工程学院
HYSYS菜单栏
化学工业出版社
泰山医学院 Taishan Medical University
6.3.2 HYSYS使用步骤 使用步骤
Hydrus软件使用实例
天山北麓平原区包气带水分运移机理与数值分析HYDRU S—1D软件使用手册目录一、软件介绍二、安装指南三、使用指南四、实例介绍一、软件介绍HYDRUS —1D 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)h K S t z z θθ∂∂∂⎡⎤=--⎢⎥∂∂∂⎣⎦式中：θ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；第二步：选择安装目录；第三步：修改存放名称；第四步：安装进度显示条；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所示：（二）数据输入及运行1、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5、迭代步长6、土壤水运移方程7、岩性参数8、上、下边界条件确定9、上、下边界条件数据输入10、几何结构确定11、初始条件12、模型运行（三）运行结果1、剖面水头、含水率等计算结果3、参数属性5、水均衡信息四、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：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：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：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：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：第九步：剖面不同岩性层位位置的确定，点击下一步即可。
Hydrus软件模型应用高级培训
Hydrus软件模型应用高级培训HYDRUS软件模型应用高级培训班HYDRUS 是基于微软Windows 环境，分析孔隙介质中水流和溶质运移的模拟软件。
它包括用于解决一维问题的公共区HYDRUS-1D 软件包，以及解决二维和三维问题的HYDRUS 软件包。
模型具有灵活方便的操作界面，能很好模拟土壤水流、热量和溶质运移，深受各国学者推崇，广泛用于生态环境科学问题的研究中。
当前，已有超过1000 篇基于HYDRUS模型模拟的SCI 科技论文发表。
本培训在中国已成功举办四届，深受学员的欢迎。
2017年中国科学软件网和中国科学院生态环境研究中心再次力邀HYDRUS 模型的开发者，美国加州大学河滨分校Jirka Simunek 教授就HYDRUS 2D/3D 模型应用进行现场培训，同时中国科学院生态环境研究中心陈卫平博士就HYDRUS 1D进行现场讲解。
培训结束后，颁发结业证书。
主讲老师Dr. Jirka Simunek is a Professor of Hydrology with the Department of Environmental Sciences of the University of California. He received an M.S. in Civil Engineering from the Czech Technical University, Prague, Czech Republic, and a Ph.D. in Water Management from the Czech Academy of Sciences, Prague. His expertise is in numerical modeling of subsurface water flow and solute transport processes, equilibrium and nonequilibrium chemical transport, multicomponent major ionchemistry, field-scale spatial variability, and inverse procedures for estimating the hydraulic properties of unsaturated porous media. He has authored and coauthored numerous peer-reviewed publications and book chapters, and several books. His numeric models are popularly used by many scientists, students, and practitioners modeling water flow, chemical movement, and heat transport through variably saturated soils and groundwater. Dr. Simunek is a recipient of the Soil Science Society of America’s Don and Betty Kirkham Soil Physics Award, is a Fellow of both SSSA and AGU, and is or was an associate editor of several journals including Vadose Zone Hydrology, the Journal of Hydrology, and Water Resources Research.陈卫平，2009年入选中国科学院生态环境研究中心“百人计划”。
Hydrus软件应用ppt课件
实物
• 物理模型&数学模型。
模型
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
物理模型：土槽
原型：山坡
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
原型：山坡
数学模型：
Hydrus-2D模型
5
• 为何使用模型？
• 减少精力、金钱的花费；
Shale Hills
1D 垂直剖面 2D 2维坡面 3D 3维坡面
18
点 面
立体 1D
2D
3D
19
• 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
Site_51
M
2008/1/1
S_1D
2009/1/1
date
S_2D
S_3D 10 cm
22 cm
73 cm
2010/1/1
80
123 cm
60 40 20 0 2011/1/1
Precipitation (mm) Volumetric moisture content (cm3 cm-3)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 2007/1/1
Precipitation (mm)
VG and DL Model
22
HYSYS培训-1
何 愈 歆 郑贤英
2012年5月
1
内容提要
HYSYS软件功能 工艺单元及设备模拟 天然气饱和含水量的模拟计算 然气低温分离脱水脱烃工艺模拟 冷剂制冷+膨胀机制冷凝液回收工艺模拟 三甘醇脱水工艺模拟 Selexol脱碳工艺模拟
2
HYSYS软件功能
Aspen HYSYS软件是面向油气生产、气体处理和炼油工业
PR方程适用范围和SRK方程相当，在预测液体饱和体积时，其精度比SRK方程
有所提高。
BWR方程对烃类化合物较为适用。它是第一个能同时应用于汽液两相的状态方
程。1970年，K.E.斯塔林对BWR方程作了改进，提出了包括11个参数的BWRS 方程，应用范围比BWR方程更广。
4
HYSYS软件功能
天 然 气 脱 碳 方 法
物 理 溶 剂
MEA,DEA, DIPA, MDEA、DGA, SNPA-DEA, Flexsorb SE Selexol,NHD H2S及CO2等 Flour 有高溶解 Solvent, 度而烃溶 Rectisol, 解度低的 IF-Pexol, 有机溶剂 Purisol, Morphysorb
冷却水
-50℃ -30℃ -57℃
LC
不凝气 去放空
-20℃
56℃
LC
30℃
液化石油 气外输
来自脱水单 元的天然气
丙烷
-40℃
LC
-65℃
LC LC LC
40℃
34℃ 34℃
146℃
62℃
024-D-01 一级分离器 024-D-02 二级分离器 024-P-01/1,2 脱乙烷塔进料泵 025-E-04 脱乙烷塔进料换热器 025-A-02 塔底轻烃空冷器
HYDRUS公开课-第一部分
汇报提纲
1 软件介绍 2 饱和/非饱和土壤水分运动 3 非稳定流中的溶质运移 4 热量传导过程模拟 5 物理问题描述 6 程序输入与输出文件的解读与说明
3
1.软件介绍
软件开发者
University of California Riverside教授 Czech Technical University and Czcch Academy of Sciences（布拉格，捷克） 研究方向：土壤水溶质运移过程，平衡/非平衡物 质转化迁移，田间尺度空间变异，土壤参数估算方 法等 已发表200余篇论文 Vadose Zone Journal，Journal of Hydrological Sciences，Journal of Hydrology等期刊副主编
① ②
离散1的时间必须能对应上离散2、3的时间点 时间步长必须介于预先给定的一个范围之内
45
5.1 时间控制
③
在某一时间层，若达到收敛时的迭代次数少于3次，则下一时间层的时间 步长σ t必须乘以一个预先指定的大于1的常数（通常在1.1和1.5之间）， 相应地，如果迭代次数大于7，则下一时间层的时间步长 σ t必须乘以一 个小于1的常数（通常在0.3和0.9之间） 在任何一个时间层如果迭代数大于一个给定的最大值（通常在10和50之 间），该时间层的迭代将终止，并将步长设置为σ t /3 再重新开始进行该 时间层的迭代过程
47
5.2 有限单元网格划分
有限元网格单元的大小应该根据实际问题来进行相应调整。在水力梯度 比较大的区域单元的尺寸应划分的相对小一些。水力梯度较大的区域通 常位于内部源汇项的附近、土壤表面。因此我们建议在土壤表面或附近 划分较小的网格单元。一般随着深度的增加压力水头变化减小，单元大 小可划分的相对大一些。此外，单元大小也决定于土壤水力参数，例如 ，粗糙的土壤比均匀质地的土壤有较高的 值和较小的 值，因此要求更细 致的单元划分。HYDRUS软件建议使用近似大小的单元划分以减少数值 误差。对于轴对称形式的三维流，对称轴必须是网格的左边界，或者位 于左边界的左边。对于作物根系区土壤的单元划分，没有特别的要求
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报告人：易 军 导 师：邵明安 研究员
赵 英 副教授
2020/1/11
1
报告提纲
• 模型的概念 • Hydrus模型的基本结构 • Hydrus 1D 模拟农田水分运动实例 • Hydrus 1D-3D模拟坡面水分运动实例
2020/1/11
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
2020/1/11
依据以上信息开展模型模拟
21
Volumetric moisture content (cm3 cm-3)
Volumetric moisture content (cm3 cm-3)
0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.3 0.2 0.1 0.0 0.3 0.2 0.1 0.0 0.3 0.2 0.1 0.0 2007/1/1
简化、抽象和类比表示。
实物
• 物理模型&数学模型。
2020/1/11
模型
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
物理模型：土槽
原型：山坡
2020/1/11
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
原型：山坡
数学模型：
2020/1/11
Hydrus-2D模型
根系生长、叶面积指数、 株高等其它数据。
11
• 输出结果
观测点信息
剖面信息
通量信息
土2壤020水/1/力11 学特性信息
运算时间信息
物质平衡信息 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
模拟
4个深度的实测水分数据
拟合/调参
2020/1/11
Site_51
M
2008/1/1
S_2D
S_3D 10 cm
22 cm
73 cm
2010/1/1
80
123 cm
60 40 20 0 2011/1/1
Precipitation (mm) Volumetric moisture content (cm3 cm-3)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 2007/1/1
泛定方程 定解条件
解方 程的 必须 要素
• 输出：不同时间、不同位置的水-热-溶质信 息；参数优化结果等
控制方程
Input
System/Black Box
Output
2020/1/11
边界条件
8
以Hydrus1D为例 • 控制方程的选择
2020/1/11
9
• 边界条件的选择
2020/1/11
Dirichlet 边界条件
Site_74
M
2008/1/1
S_1D
2009/1/1
date
Site_53
M
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
0.3
0.2
0.1
0.0
0.3
0.2
0.1
0.0
0.3
0.2
0.1
0.0
20027/01/120/1/11 2008/1/1
S_1D
2009/1/1
date
5 years-1D&2D
S_2D
直接给出含水量/溶质浓度/温度在边
界上随时间变化的值
非
系
统 Neumann 边界条件
依 耐 性
直接给出水/溶质/温度在边界上随时 间变化的通量
边
界
特殊梯度 边界条件
系
统
依
耐
性
边
界
10
• 输入信息-需要准备的数据资料
空间信息
时间信息
土壤水力参数
剖2面020结/1/构11 和初始条件
边界条件需要的数据Site_15来自M2008/1/1
S_1D
2009/1/1
date S_1D
2009/1/1
date
S_2D
S_3D 18 cm
40cm
92 cm
2010/1/1
80
162 cm 60
• 绝对误差 MAE (Mean absolute error)
• RRMSE、 RMAE、 EF、Correlation coefficient、
Willmott D index 等
2020/1/11
18
实例2-Hydrus 1D-3D模拟坡面水分运动
2020/1/11
Shale Hills
1D 垂直剖面 2D 2维坡面 3D 3维坡面
19
1D
2020/1/11
点 面
2D 3D
立体
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
S_3D 5 cm
10 cm
17 cm
2010/1/1
80
37 cm
60 40 20 0 2011/1/1
Precipitation (mm) Volumetric moisture content (cm3 cm-3)
0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.3 0.2 0.1 0.0 0.3 0.2 0.1 0.0 0.3 0.2 0.1 0.0 2007/1/1
初始条件以及其它需要的数据/信息 Predict • 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
2020/1/11
逆向拟合 Inverse （检验）
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
依据以上信息开展模型模拟
13
结果-正向模拟
2020/1/11
为什么模型得到的输出和实测相差这么大？
14
需要调整模型输入？
2020/1/11
15
调参结果1
2020/1/11
16
调参结果n
2020/1/11
调参结果可以继续进行…..以获取更好的结果
17
对模拟结果的定量判断标准
• 误差 Difference • 偏差 Bias • 均方根 MSE (Mean square error)
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。
2020/1/11
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、 正向模拟