【正文】 am Weighting Finite Elements 表達(dá)，Galerkin Finite Elements formulation with Artificial Dispersion.（人工彌散伽遼金有限元表達(dá)）。同樣，CrankNicholson和隱格式得到一個(gè)非對稱帶狀矩陣，相反，顯格式(得到一個(gè)比更容易求解（但一般要求更小的時(shí)間步長）的對角矩陣。對于顯格式，；對于CrankNicholson timecentered implicit scheme ；對于fully implicit scheme（完全隱格式）。使用三個(gè)主要部分K1A (ConAX), K2A (ConAY), K3A (ConAZ)和六個(gè)代表張量KA在第i主方向和一般坐標(biāo)系統(tǒng)的j坐標(biāo)之間角的余弦的系數(shù)aij(即：Cos(Xx), Cos(Yy), Cos(Zy), Cos(Xy), Cos(Xz), Cos(Yz))。 Rosetta實(shí)施從土壤質(zhì)地組以分層的方式預(yù)測van Genuchten [1980]的水滯留參數(shù)和飽和導(dǎo)水率（）的土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)(PTFs)，土壤質(zhì)地分布、密度、和作為輸出一個(gè)或兩個(gè)水滯留點(diǎn)。在土壤水力目錄中代表如下土壤質(zhì)地組：Sand （沙）Loamy Sand （壤質(zhì)砂土）Sandy Loam （砂壤土）Loam （壤土）Silt Loam （粉砂壤土）Sandy Clay Loam （砂質(zhì)粘壤土）Clay Loam （粘壤土）Silty Clay Loam （粉砂黏壤土）Sandy Clay （砂質(zhì)粘土）Silty Clay （粉質(zhì)粘土）Clay （粘土）Neural Network Prediction（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測）:此程序根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用土壤轉(zhuǎn)換函數(shù)(PTFs)預(yù)測van Genuchten [1980]的水滯留參數(shù)和根據(jù)質(zhì)地信息預(yù)測飽和導(dǎo)水率(Ks)，（）。Soil Catalog（土壤目錄）:選擇土壤的水力參數(shù)包括進(jìn)一個(gè)目錄，從這用戶可以進(jìn)行選擇。Durner’s [1994] 模型有三個(gè)附加的參數(shù): w2 (w2), 2 (Alpha2) [L1], 和n2 (n2)，其中w2為第二重疊區(qū)的權(quán)重因子，2和n2為第二區(qū)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)。 Vogel and Cislerova, 1988。在HYDRUS中，我們也可以合并通過保持歷史反轉(zhuǎn)點(diǎn)的追蹤計(jì)算泵浦Lenhard et al [1991] 和Lenhard and Parker [1992]的滯后作用模型。Hysteresis（滯后作用）:當(dāng)使用van Genuchten模型時(shí)，可以使用要么a）非滯后描述（無滯后作用），b）僅在持水曲線滯后描述（滯后作用在持水曲線），或c）在持水曲線和導(dǎo)水率曲線都滯后描述（滯后作用在持水曲線和導(dǎo)水率）。Hydraulic Model（水力模型）:對于土壤水力特性，此準(zhǔn)則允許用戶選擇六種類型模型：a）van GenuchtenMualem 模型 [van Genuchten, 1980], b) 進(jìn)空氣值為2 cm的van GenuchtenMualem模型, c) 修改的van Genuchten 型方程[Vogel and Cislerova, 1988], d) Brooks and Corey方程 [1964], e) Kosugi 的對數(shù)分布模型[1996], 以及f) 二元多孔模型 [Durner, 1994]。Lower limit of the tension interval(張力區(qū)間的下限)壓力水頭區(qū)間下限的絕對值[L]，對此每一種物質(zhì)將內(nèi)部生成水力特性的表。發(fā)現(xiàn)以上內(nèi)插技術(shù)比壓力水頭在整個(gè)范圍上的水力函數(shù)直接計(jì)算更快。Upper Time StepMultiplication Factor（最高時(shí)間步長乘法因子）如果對于水流迭代數(shù)必須達(dá)收斂大于最高優(yōu)化迭代范圍時(shí)，時(shí)間步長乘以此數(shù)（減小時(shí)間步長）。推薦和默認(rèn)值為3。d）.在特殊時(shí)間步長期間，如果在任何時(shí)間水平的迭代數(shù)大于規(guī)定的最大數(shù)（通常在10與50之間），決定那時(shí)間水平的迭代過程。根據(jù)如下規(guī)則在每一時(shí)間水平自動(dòng)調(diào)整此時(shí)間增量：a）.離散化1必須與離散化4得到的時(shí)間值保持一致。指定在對話框窗口的Time Step Control（時(shí)間步長控制）部分中的信息與在計(jì)算期間時(shí)間步長的自動(dòng)調(diào)整有關(guān)。當(dāng)在特殊時(shí)間步長期間兩次成功迭代之間的含水率小于此參數(shù)時(shí)，此迭代過程停止且數(shù)值求解過程進(jìn)入新的時(shí)間步長。首先通過外推法從在先前兩個(gè)時(shí)間水平的壓力水頭值獲得在每一時(shí)間步長不知壓力水頭的計(jì)算（在零迭代）。因?yàn)镽ichards方程非線性性質(zhì)，必須使用迭代過程獲得一般矩陣方程在每一新時(shí)間步長的解。在對話框窗口的此Print Times（顯示時(shí)間）部分，使用者指定顯示時(shí)間(Count（總數(shù)）)的數(shù)量，其中將顯示關(guān)于壓力水頭、含水率、濃度、溫度、通量、和土壤水和溶質(zhì)平衡的詳細(xì)信息。TLevel Information（T—水準(zhǔn)信息）：此復(fù)選框決定是否關(guān)于平均壓力水頭與濃度、平均水流與溶質(zhì)通量、累積水流和溶質(zhì)通量、和時(shí)間與迭代信息的一些信息被打印在每一時(shí)間步長、n時(shí)間步長之后、或僅在預(yù)選擇的時(shí)間（打印時(shí)間）或時(shí)間間隔。. Output Information（輸出信息） 此Output Information（輸出信息）對話框窗口（）包含HYDRUS計(jì)算模塊控制輸出的信息。Maximum Time Step最大時(shí)間步長時(shí)間增量的最大允許值。）以及高非線性土壤水力特性土壤要求相對較小的初始時(shí)間步長。當(dāng)在數(shù)據(jù)輸入期間或之后改變單位時(shí)，那么自動(dòng)轉(zhuǎn)換所有的輸入變量為新單位?？梢杂脭?shù)據(jù)許多不同類型定義目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)將得到簡化。在此對話框窗口也指定逆向求解迭代的最大數(shù)。這些內(nèi)部權(quán)重可能一直乘以從Data for Inverse Solution（逆向求解數(shù)據(jù)）對話框窗口（）的權(quán)重。也可以在目標(biāo)函數(shù)選擇Weighting of Inversion Data（逆向數(shù)據(jù)的權(quán)重）的方法。逆算問題涉及從可用的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇的參數(shù)的模擬。如果成功，那么此模型運(yùn)行在定邊界條件和可能要求長模型時(shí)間。3. Flow Parameters（水流參數(shù)）. Main Processes（主要過程）在此Main Processes（主要過程）對話框窗口（），用戶指定將要模擬的過程，即：水流、復(fù)合溶質(zhì)遷移、熱擴(kuò)散、根系吸水。在x和y維度上，此底面可有一定的斜坡（）。顯示所有幾何參數(shù)一個(gè)簡單案例的對話框中間的預(yù)覽可以幫助用戶指定他們需要的遷移域（尺寸和斜坡）在Geometry Information（幾何信息）對話框窗口（），用戶也可選擇貫穿此應(yīng)使用的幾何單位（mm、cm、m）和Initial Project Group（初始項(xiàng)目組）的尺寸。六面體域必須與長方形域有相似的特性，即：側(cè)面垂為直面，底部邊界為水平（或一指定的邊坡）面，僅上邊界不必是一平面。通過三條直線定義簡單的長方形域，一時(shí)域的底部二為兩邊，上邊界可能是也可能不是直的。當(dāng)選擇一個(gè)三維軸對稱的系統(tǒng)，z坐標(biāo)必須與系統(tǒng)的垂直軸一致。在這種情況，臨時(shí)數(shù)據(jù)不復(fù)制到主項(xiàng)目文件。每一次打開項(xiàng)目有他自己的程序存儲工作目錄，例如：計(jì)算模塊的輸入文件且在那計(jì)算模塊寫輸出文件。然后選擇將要轉(zhuǎn)換的項(xiàng)目并點(diǎn)擊Project命令。轉(zhuǎn)換老的項(xiàng)目的輸入數(shù)據(jù)到新的HYDRUS板式。從Project Manager 對話框窗口的Project Tab獲得New與Rename命令 (Fig. 3)叫Project Information對話框窗口(Fig. 4)，包含項(xiàng)目的名字、描述以及關(guān)于Project Group（項(xiàng)目組）信息（名字、描述、路徑）到它的項(xiàng)目屬。當(dāng)永久保存臨時(shí)數(shù)據(jù)在工作目錄（即：單選按鈕永久結(jié)果文件被保存在此目錄，）。此2D_Tests 與 3D_Tests包含二和三維問題檢測案例。Project Manager服務(wù)組織項(xiàng)目到用戶定義的邏輯組。輸入和輸出文件可永久保存在外部工作目錄，或保存在此文件夾僅在計(jì)算期間(Fig. 4, 單選按鈕 Temporary – is deleted after closing the project and Permanent – result files are kept in this directory)。當(dāng)使用Temporary Working Directory （臨時(shí)工作目錄）項(xiàng) (Fig. 4)時(shí)。使用Toolbars和Menus，或Navigator 與Edit Bars，許多命令和過程可以選擇性的進(jìn)入。用戶可能從菜單選擇特定的命令或允許界面通過選擇Next按鈕輸入的輸入數(shù)據(jù)過程引導(dǎo)他們。最后此用戶手冊目錄給出此菜單所有易理解的命令（表14）以及采取特定命令行動(dòng)簡潔討論（表15）通過在線幫助可得到更詳細(xì)的描敘。后處理單元也包括以等值線圖、網(wǎng)線密度、譜圖、速度矢量以及用等值線與譜圖制作方式呈現(xiàn)模擬結(jié)果選項(xiàng)。The HYDRUS Graphical User Interface為定義系統(tǒng)總的計(jì)算環(huán)境的主要程序單元。此外，在每一模塊使用SHIFT+F1幫助按鈕可用上下文相關(guān)的幫助。直接連接此界面到計(jì)算準(zhǔn)則。HYDRUS(2D/3D)天津城建大學(xué)模擬在變飽和介質(zhì)中水、熱、 復(fù)合溶質(zhì)的二和三維運(yùn)動(dòng)軟件包用戶手冊目 錄摘要HYDRUS圖形用戶界面介紹1. 項(xiàng)目管理和數(shù)據(jù)管理2. 項(xiàng)目幾何信息3. 水流參數(shù) 主要過程 反向求解 時(shí)間信息 輸出信息 迭代準(zhǔn)則 土壤水力模型 水流參數(shù) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測 在導(dǎo)水率中各向異性 溶質(zhì)遷移 溶質(zhì)遷移參數(shù) 溶質(zhì)反應(yīng)參數(shù) 溶質(zhì)遷移參數(shù)溫度依賴 熱擴(kuò)散參數(shù) 根系吸水模型 根系吸水參數(shù) 根系分布參數(shù) 時(shí)間變量邊界條件 人工濕地 邊界對象 點(diǎn) 線和折線 弧線和圓 曲線和樣條曲線 移動(dòng)、復(fù)制、旋轉(zhuǎn)和鏡像操作 附件操作 表面 定義一個(gè)二維域的步驟 幾何正確定義幾個(gè)注意規(guī)則 內(nèi)部對象 打開 立體圖形 立方體分為土柱 立方體分為次層 在不同厚度矢量上次層不同厚度的各自特征 定義一個(gè)三維層域的步驟 厚度 輔助對象 尺寸 標(biāo)記 位圖（結(jié)構(gòu)） 橫斷面 網(wǎng)格線 對象其它注意事項(xiàng) 對象編號 對象間關(guān)系 對象間參考和寫一列Index規(guī)矩 從一文本文件輸入幾何5. 有限元網(wǎng)格 有限元網(wǎng)格創(chuàng)建 結(jié)構(gòu)的有限元?jiǎng)?chuàng)建 非結(jié)構(gòu)的有限元?jiǎng)?chuàng)建 有限元網(wǎng)格改良 有限元網(wǎng)格統(tǒng)計(jì) 有限元網(wǎng)格部分、初始與邊界條件 默認(rèn)與特性 初始條件 邊界條件 域特性 結(jié)果圖形顯示 顯示選項(xiàng) 編輯Isoband值和彩色光譜 結(jié)果其它信息 轉(zhuǎn)化到ASCII 視圖窗口 屏幕和視圖命令 坐標(biāo)方格與工作面 伸縮因子 渲染模型 選項(xiàng)和編輯命令 彈出菜單 拖拉與放棄 部分 導(dǎo)航欄 編輯欄 工具欄 HYDRUS菜單 HYDRUS許可證與激活 請求準(zhǔn)則 安裝、移到其它電腦 坐標(biāo)體系 在計(jì)算時(shí)期DOS窗口 可視文件參考文獻(xiàn)204Introduction to the HYDRUSGraphical User Interface(HYDRUS圖形用戶界面介紹)過去幾十年，模擬在地下水流和污染物遷移的復(fù)雜數(shù)值模型暴增，包括處理在土壤表面與地下水位之間非飽和或滲流區(qū)一和多維水流和遷移過程模型。為了避免或簡化二或三維應(yīng)用相對復(fù)雜輸入數(shù)據(jù)文件的準(zhǔn)備和管理，以及圖形顯示最終模擬結(jié)果，我們研發(fā)了一個(gè)管理系統(tǒng)Windows99NT、ME、XP環(huán)境的交互式基于圖形用戶友好界面HYDRUS。當(dāng)工作在任何窗口按F1按鈕或點(diǎn)擊幫助按鈕，用戶獲得關(guān)于窗口內(nèi)容信息。除了計(jì)算模塊用FORTRAN寫外，用C++寫整個(gè)GUI。此預(yù)處理單元包括指定成功運(yùn)行HYDRUS FORTRAN準(zhǔn)則所有必要參數(shù)(模塊 H2D_CALC, H2D_CLCI, H2D_WETL ， H3D_CALC)，相對簡單的矩形和六面體遷移域的網(wǎng)格生成器，對于非結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格的一個(gè)網(wǎng)格生成器適合與更復(fù)雜的二維域，一個(gè)小的土壤水力特性目錄，和從紋理信息生成土壤水力特性的Rosetta Lite程序，在選擇觀測節(jié)點(diǎn)上特定變量的分布與時(shí)間，以及穿過特定類型邊界實(shí)際或累積的水流與溶質(zhì)通量。下面文本提供了一個(gè)圖形用戶界面所有主要成分詳細(xì)描敘。從程序此點(diǎn)通過的輸入文件輸進(jìn)過程瀏覽用戶。在Edit Bar中綠色箭頭引導(dǎo)用戶對于一特定命令按順序或先前輸入過程。項(xiàng)目名字，項(xiàng)目簡短的描敘（），幫助定位一個(gè)特定問題。當(dāng)保存一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，也包含輸出文件（計(jì)算模塊創(chuàng)建）(當(dāng)使用Temporary Working Directory （臨時(shí)工作目錄）項(xiàng))。此項(xiàng)目被分組為在可訪問存儲器中任何位置可被代替的Project Groups (Fig. 2)（即