HP2模块(2.02版本及以上)综合了HYDRUS(其二维部分)与PHREEQC地球化学代码[1999年的Parkhurst和Appelo]开发了这个新综合仿真工具(HP2—HYDRUS-PHREEQC-2D缩写),主要是区别于一个类似的一维模块HP1。这个模块可以考虑各种混合平衡/动力生物地球化学反应。
图形用户界面
一个基于微软Windows图形用户界面(GUI)管理的运行HYDRUS的输出需求,以及网格设计和编辑、参数配置、问题执行和结果可视化。HYDRUS还包括一组控件,允许用户创建一个流和运移模型,并对运行中的图形进行分析。使用空间和横截面查看和线图来检查输入和输出。HYDRUS图形用户界面的主程序单元定义了系统整体的计算环境。这个主模块控制程序的执行并确定哪些其他可选的工具是必要的。该模块还包含一个项目管理器和两个预处理和后处理单元。预处理单元包括所有必要的参数规格,如成功运行HYDRUS FORTRAN语言代码、相对简单的矩形和六面体传输域的网格生成器、用于非结构化有限元网格的复杂二维和三维域的网格生成器、一个小目录的土壤水力属性和从土壤结构数据的Rosetta Lite程序生成土壤水力属性。
自动生成有限元网格
数据预处理涉及二维流动区域规范,具有任意形状连续的折线、圆弧、样条函数、域边界的离散化和一个非结构化的有限元网格的下一个版本。HYDRUS(标准版)带有一个可选的网格生成程序,Meshgen可以生成一个非结构化有限元网格的二维域。HYDRUS基于Delaunay推论,已经被无缝集成到HYDRUS环境里了。在没有Meshgen程序的情况下,HYDRUS GUI提供了一个简单、结构化网格的自动构建选项(Lite版本)。三维版本是在Lite和Standard版本下添加了*的相同或不同厚度的层数。HYDRUS 3D专业版有一个三维网格生成程序(GENEX和T3D),为通用三维域生成非结构化有限元网格。
HYDRUS是一个运行于Windows系统下的环境模拟软件,主要用于变量饱和多孔介质的水流和溶质运移。HYDRUS包括用于模拟变量饱和多孔介质下的水、热和多溶质运移的二维和三维有限元计算,包括一个参数优化算法,用于各种土壤的水压和溶质运移参数的逆向估计。该模型互动的图形界面,可进行数据前处理、结构化和非结构化的有限元网格生成以及结果的图形展示。
图形用户界面
一个基于微软Windows图形用户界面(GUI)管理的运行HYDRUS的输出需求,以及网格设计和编辑、参数配置、问题执行和结果可视化。HYDRUS还包括一组控件,允许用户创建一个流和运移模型,并对运行中的图形进行分析。使用空间和横截面查看和线图来检查输入和输出。HYDRUS图形用户界面的主程序单元定义了系统整体的计算环境。这个主模块控制程序的执行并确定哪些其他可选的工具是必要的。该模块还包含一个项目管理器和两个预处理和后处理单元。预处理单元包括所有必要的参数规格,如成功运行HYDRUS FORTRAN语言代码、相对简单的矩形和六面体传输域的网格生成器、用于非结构化有限元网格的复杂二维和三维域的网格生成器、一个小目录的土壤水力属性和从土壤结构数据的Rosetta Lite程序生成土壤水力属性。
自动生成有限元网格
数据预处理涉及二维流动区域规范,具有任意形状连续的折线、圆弧、样条函数、域边界的离散化和一个非结构化的有限元网格的下一个版本。HYDRUS(标准版)带有一个可选的网格生成程序,Meshgen可以生成一个非结构化有限元网格的二维域。HYDRUS基于Delaunay推论,已经被无缝集成到HYDRUS环境里了。在没有Meshgen程序的情况下,HYDRUS GUI提供了一个简单、结构化网格的自动构建选项(Lite版本)。三维版本是在Lite和Standard版本下添加了*的相同或不同厚度的层数。HYDRUS 3D专业版有一个三维网格生成程序(GENEX和T3D),为通用三维域生成非结构化有限元网格。
后处理
输出图形包括水含量、流速、浓度、温度在空间或横断面视图的2D等高线(等值线或彩色光谱)。图形输出还包括速度矢量图、彩色边缘、颜色的点、连续的时间步的图形显示和动画以及选定的边界或内部截面线图。用户可以将感兴趣的区域缩放,横截面视图的垂直刻度也可以放大。网格还可以展示边界和编号的三角形、边缘和点。观察点可以添加到网格的任何地方。网格和/或空间分布结果(压力头、水含量、速度、浓度和温度)的视图都使用高分辨率彩色或灰阶值。界面还包括一个内容丰富的在线帮助菜单。
域和有限元网格区域
为了简化复杂的运移几何图形的工作,这些图形可以划分为简单的部分称为Section. 只有这些简单的部分可以在视图窗口中显示,而剩下的部分被隐藏。一共有两种类型的Section:基于几何对象的和基于有限元网格的。可以同时显示多个section。使用各种命令可以切断和隐藏不需要的运移区域部分。
使用应用到三角元素网络中的Galerkin的线性有限元方法来求解控制方程。饱和和不饱和的状态是通过有限差分格式集成实现的。结果方程是以迭代方式求解的,通过线性化和随后的高斯消元法对带状矩阵、对称矩阵的共轭梯度法或不对称矩阵正交较小化方法。额外的措施来提高瞬态问题的求解效率,包括自动时间步调整和确保Courant和 Peclet数字不**过预设水平。使用1990年Celia et al.提出的质量守恒法来评估水的含量。减少数值振荡上行重量作为求解运移方程的选项包含在里面。
HYPAR是标准二维和三维HYDRUS计算模块的并行版本。(h2d_calc.exe and h3d_calc.exe)
HYPAR使用并行计算工具和技术来有效利用多核以及多处理器计算机的优势并且显著加快耗时的模拟,尤其是那些需要大量的有限元素
DualPerm模块(2.02版本及以上)用于模拟双渗透多孔介质中二维可变饱和水运动和溶质运移,即**和非平衡水分和溶质运移。
HYDRUS可执行Marquardt-Levenberg类型参数估计技术为选定的土壤进行水力逆估计或溶质运移以及测量瞬态或稳态流和运移数据(仅在2D版本中)。此过程允许估计几个未知的参数,如观察到的水含量、压头、浓度或瞬时或累积边界通量(如渗透或流出数据)。额外的保留或水力传导率数据以及约束优化的参数补偿函数,约束优化的参数保持在可行域(贝叶斯估计),可包含在参数估计过程中。
一个新的模块模拟地下水流人工湿地的生化转化和降解过程,此模块是为HYDRUS 的二维应用开发的(2005年的Langergraber和Simunek,2009年的Langergraber et al)。 这个模块认为大量的物理、化学和生物过程活跃在湿地,包括生物化学降解和转化过程三组分的**物质(易降解、慢慢可生物降解和惰性),四氮的化合物(铵、亚硝酸盐、硝酸盐、和双氮)、无机磷、异养和自养微生物,溶氧和/或硫,他们同时活跃而且相互影响。
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