水流和溶质运移模拟软件

HYDRUS是用于在二维和三维可变饱和介质中模拟水，热和溶质运动的软件包。该软件包计算机程序和已基于图形的交互式用户界面。

新版本HYDRUS 3.02已于2019年10月发布：

新的附加模块SLOPE CUbe 3D
新的附加模块FURROW
推出HYDRUS 2D / 3D版本3.x

坡度立方体模块（坡度应力）

SLOPE CUBE（坡应力）模块由美国土壤水分保持有限责任公司开发，作为HYDRUS（2D/3D）软件包的补充模块，用于模拟土壤水分、土壤吸力、总应力和应力、边坡位移和局部安全系数的二维/三维瞬变场。虽然坡度模块基于经典的工程土力学理论，并且旨在饱和条件下使用应力方法，但近期与科罗拉多矿业学院的陆宁博士合作开发的新的附加模块“坡度立方体”，在饱和和非饱和条件下都使用了的应力方法。该模块的目的是在空间和时间上预测入渗引发的滑坡，并在变饱和土壤条件下进行边坡分析。利用HYDRUS 2D / 3D模型直接获得瞬态湿度场和吸力场，并用于计算边坡的应力场和位移场。此外，坡度立方体模块下不在采用经典边坡分析中的单一因子安全系数的方法，而是计算山坡内整个区域的安全系数场，从而能够识别潜在的破坏面区或表面的发展。

Slope Cube是基于物理的水力力学框架，致力于评估和预测降雨条件下滑坡发生的位置。坡度多维数据集耦合可变饱和和流场和应力场，以模拟瞬态坡面对降雨时间的水文和力学响应。Slope Cube实现了三向技术基于物理的滑坡模型。先是利用基于吸力应力的应力来描述在可变饱和条件下山坡上的应力分析。二是计算应力变化引起的瞬态山坡位移场。三是采用建立的局部安全系数的概念来捕获应力路径向山坡破坏状态的演变。通过数十年的现场监测，案例研究，实验室和现场测试，已对实施的水力机械框架进行了广泛的验证，并进行了记录。

沟槽模块

沟槽模块是一种混合有限体积 - 有限元（FV-FE）模型，描述了沟灌和施肥过程中发生的地表 - 地下耦合流动和传输过程。该数值方法将明渠水流和溶质运移的一维描述与地下土地区域的二维水流和溶质运移相结合，从而降低了问题的维数和计算量。建模框架标准二维HYDRUS计算模块h2d_calc。EXE，它可以模拟水和溶质的运动，以及在变饱和土壤中的根系水分和养分吸收，以及新开发的描述明渠中水流和溶质运移的一维模型。通过网格和时间步长敏感性分析检查并确认了所提出模型的鲁棒性。该模型通过与成熟的模型WinSRFR进行的模拟进行比较了解验证，并通过与美国进行的沟灌试验的田间测量数据进行比较进行了解实验验证。

版本3在内部使用的软件开发工具和库，这对于与新winder操作系统的兼容性。通过开发64位版本的HYDRUS，对GUI代码进行了整体，以实现更好能，并增加了程序容量。虽然HYDRUS 2.X的限制约为100万个有限元。此功能允许HYDRUS仿真的大小显着增加，而现在的主要限制因素是计算模块的速度。

HYDRUS 3.x中的选定新功能

SLOPE CUBE 2D/3D模块（在版本3.02和版本中）
犁沟3D模块（在版本3.02和版本中）
储层边界条件

水库边界条件具有潜在的大量应用，例如动态估计井中水位、灌溉期间沟渠中的水位和湿地中的水位。应用涉及一种相对较新的土地开发方法，称为低影响开发（LID），这是一种“绿色”的暴雨水管理方法，旨在利用分散的微尺度控制措施模拟场地的自然水文。

扩展的根系生长

为了扩展HYDRUS标准模块（2D/3D）的功能，在版本3中实现了与HYDRUS-1D功能的根系生长模型。在模拟过程中，根系深度LR现在可以是恒定的（标准方法），也可以是可变的。对于一年生植被，需要生长模型来模拟根系深度随时间的变化。可以使用输入表提供时变的根系深度值，也可以通过程序计算，假定实际根系深度是大根系深度LM [L]和根生长系数fr(T)[-]的乘积，该系数是使用经典的Verhulst-PEARTIC生长函数计算的。

3D项目中的流动粒子

流动粒子是可以由用户在传输域的仍和位置定义的假设对象，然后该程序考虑无延迟对流传输来计算这些粒子随时间的轨迹和位置。现在，2D和3D项目都可以使用“流动粒子”功能。

流线型

HYDRUS版本3可以计算和显示给定恒定流速场的流线。流线是CFD结果常用的图形表示之一，可以清晰的显示流动方向。还可以选择运动流动画，即粒子沿流动线的移动。用户可以将此动画另存为视频文件，并将其用于演示HYDRUS。

图形操纵器

HYDRUS 3.x还提供了执行图形操作的能力，同时还可以组合图形和数字输入，即在图形模式下执行近似操作，并在结束时输入的位移或旋转值。在随附的视频中可以看到使用图形操纵器的示例。图形操纵器将使定义更复杂形状的计算区域变的。

裁剪和切片

图形用户界面以处理相对大的有限元网格需要在使用网格截面时进行某些更改。虽然仍然网格节，但默认情况下，该程序不会生成像版本2中那样多的网格节。但是，我们创建了名为“Clipper”的新图形工具，该工具现在可以用来剪切或切片3D网格。

栅格点中的速度矢量

数百万个网格节点的速度矢量的图形显示很慢，而且通常也太复杂，无法查看。我们改进了新的图形用户界面，允许在网格节点或栅格点显示速度矢量，而栅格参数（如点的密度）是可调的。

网格界面和网格图元选择的新选项

与网格部分相关的有用功能是可以通过选择数据资源管理树中的几何对象来选择网格节点或元素。

非活动对象

创建计算区域几何的某些拓扑对象知识辅助对象，即在生成有限元网格时不考虑它们。示例切割零件、管道曲面的曲线轴等。HYDRUS 3.x提供了自动隐藏这些对象的新选项，以便它们在查看区域时不会受到干扰。

命名视图

HYDRUS 3.X允许您保存具有设置的不同视图，然后调用它们。当视图设置不是时（例如，他叔剪裁以及流线等），这有用。保存的视图也可以用于在程序中显示结果。这个视频用命名视图展示了这项工作。

等值线的编号

改进了HYDRUS版本3的3D图形，允许更快的渲染。现在还可以使用透明模式（对象半透明）以图形方式显示结果。我们同时了用于自动编号等值线和显示当前量的小/大值位置的新选项。

将数据导出到Paraview

尽管我们认为HYDRUS后处理具有项目执行的功能，但一些用户可能需要于其自身需求的附加功能。新版本的HYDRUS通过将结果导出为VTK文件提供了解决方案。VTK是的用于科学数据可视化的开源库。然后可以在Para中打开导出的HYDRUS结果 - view是基于VTK的程序。由于这两种软件产品都是开源的，用户可以控制导出的数据，并可以根据其应用程序的需要实现被认为是好的后处理。

和64位版本

版本3在内部使用新的软件开发工具和库，这对于与新的Windows操作系统兼容。通过开发64位版本的HYDRUS，对GUI的代码进行了整体对比，达到了好能，增加了程序容量。HYDRUS 2.X的限制大约是100万个有限元，而64位版本的HYDRUS 3.X可以处理近1000万个有限元。这一功能使的HYDRUS模拟的大小得以大幅增加，现在主要的限制因素时计算模块的速度。