Hydrus-2D/3D 是由美国农业部（USDA）盐度实验室开发的免费开源、基于物理过程的二维 / 三维土壤水分、溶质（盐分、污染物）运移动态模拟软件，主打土壤 – 植物 – 大气连续体（SPAC）中的水分运移、溶质迁移、根系吸水与溶质吸收过程模拟，广泛用于农田灌溉管理、盐碱地改良、地下水污染评估、生态水文研究等领域。本次小丑带来的是PC-Progress HYDRUS 2D/3D Pro 2.04，以下是详细的安装教程，请务必按照步骤操作，否则可能导致安装失败。
安装教程
1、下载解压压缩包，运行Hydrus3D_2.04.0580.exe，按照提示完成安装
2、
3、如图所示操作
核心定位与优势
物理机制精准
基于理查兹方程（Richards equation）模拟非饱和土壤水分运动，基于对流 – 弥散方程（Advection-Dispersion Equation, ADE）模拟溶质运移，支持吸附、降解、离子交换等溶质反应过程，同时集成根系吸水模型（如 Feddes 模型），可精准刻画作物 – 土壤 – 水分的相互作用。
二维 / 三维空间建模
支持不规则几何区域建模（如条带灌溉、垄沟种植、局部改良区），可设置不同土壤分层、边界条件（如地表降雨 / 灌溉、地下水位、根系吸水边界），实现从点尺度（土柱）到田间尺度（地块）的空间运移模拟。
多模块集成
内置土壤水力参数数据库（如 van Genuchten-Mualem 模型参数），支持土壤水分特征曲线拟合；集成植物生长模块，可模拟不同作物生育期的根系分布与吸水规律；支持溶质反应动力学模型（一级动力学、零级动力学等）。
结果输出与可视化
输出水分含量、基质势、溶质浓度、根系吸水量的时空分布等值线图 / 云图，支持数据导出为 TXT/CSV 格式，可与 GIS 软件（如 ArcGIS、QGIS）对接实现区域尺度扩展分析。
核心功能与模拟模块
| 模块分类 | 核心功能 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 水分运移模拟 | 非饱和 / 饱和土壤水分运动、地表径流与入渗、地下水补给 / 排泄、根系吸水模拟、冻融土壤水分运移 | 农田灌溉制度优化、干旱区土壤水分动态预测、坡地水土流失评估 |
| 溶质运移模拟 | 盐分迁移与积累、化肥 / 农药淋溶、重金属污染物扩散、溶质吸附 – 解吸、降解转化 | 盐碱地改良方案设计、农田面源污染防控、地下水污染风险评估 |
| 根系与植物模块 | 根系分布动态模拟、根系吸水胁迫响应（如干旱 / 盐胁迫）、作物蒸腾与蒸发计算 | 不同作物品种的水分利用效率评估、水肥耦合管理模拟 |
| 边界条件与参数设置 | 自定义降雨 / 灌溉时序、地下水位波动、土壤分层参数、溶质初始浓度与源汇项 | 复杂田间条件下的模拟（如滴灌、喷灌、覆膜种植） |
| 后处理与可视化 | 时空分布云图、等值线图绘制、剖面水分 / 溶质浓度曲线、统计指标计算（如淋溶量、累积吸水量） | 模拟结果的直观展示与定量分析 |
应用场景
农田灌溉优化
模拟不同灌溉定额、灌溉方式（滴灌、漫灌、喷灌）下的土壤水分分布，确定最优灌溉周期与灌水量，减少深层渗漏与水资源浪费；结合根系吸水模型，评估作物水分利用效率。
盐碱地改良模拟
预测洗盐灌溉、秸秆覆盖、施用改良剂等措施对土壤盐分运移的影响，量化盐分淋洗效率与土壤脱盐周期，为盐碱地分区改良提供科学依据。
地下水污染风险评估
模拟化肥中氮磷素、农药或重金属在土壤中的淋溶过程，预测污染物到达地下水的时间与浓度，识别污染高风险区，指导农田面源污染防控。
生态水文研究
模拟不同植被覆盖（如林地、草地、农田）下的土壤水分动态，分析植被根系对土壤水分再分配的影响，支撑干旱半干旱区生态修复方案设计。
温室与设施农业
模拟设施农业中滴灌、地膜覆盖条件下的土壤水盐运移规律，优化水肥一体化管理方案，避免设施内土壤次生盐渍化。
模型构建
几何建模：在 GUI 中绘制二维 / 三维研究区域（如矩形土柱、田间地块剖面），划分计算网格（支持结构化 / 非结构化网格）。
参数设置：选择土壤水力模型（如 van Genuchten 模型），输入土壤分层参数（饱和含水量、残余含水量、水力传导度等）；设置溶质运移参数（弥散系数、吸附系数等）；定义根系分布参数与吸水模型。
边界条件设置
设定地表边界（如降雨强度、灌溉量、蒸发蒸腾量）、地下边界（如地下水位深度、自由排水）、溶质边界（如地表溶质输入浓度、初始土壤溶质浓度）。
运行模拟
设置模拟时间步长与总时长，启动计算；软件会自动迭代求解控制方程，输出中间结果与最终结果。
结果分析
在可视化界面查看水分含量、溶质浓度的时空分布云图，提取特定位置的时间序列曲线，导出数据用于论文写作或方案报告。
常见问题
| 常见问题 | 原因分析 | 解决方案 |
|---|---|---|
| 模拟不收敛 | 土壤水力参数不合理（如饱和水力传导度过大）、时间步长设置过粗、边界条件突变 | 优化土壤参数（参考实测数据或数据库）；减小初始时间步长；平滑边界条件变化（如灌溉量分阶段输入） |
| 根系吸水为零 | 根系分布参数设置错误（如根系深度为 0）、土壤基质势低于作物吸水阈值 | 核对根系分布参数（如最大根长、根系密度分布）；调整 Feddes 模型中吸水胁迫的阈值参数 |
| 溶质浓度异常升高 | 溶质初始浓度设置错误、边界源项输入过量、弥散系数设置过小 | 校验初始浓度与边界输入参数；适当增大弥散系数；检查溶质反应模型参数（如降解系数） |
对比与适用人群
对比 Hydrus-1D：Hydrus-1D 仅支持一维垂直 / 水平模拟，操作更简单，适合土柱尺度的水盐运移研究；Hydrus-2D/3D 支持二维 / 三维空间建模，适合复杂田间构型（如滴灌带、垄沟）的模拟。
对比 SWAP 模型：SWAP 更侧重农田尺度的水盐与作物生长耦合模拟，适合大区域农业水文评估；Hydrus-2D/3D 空间分辨率更高，适合小尺度、高精度的水盐运移机制研究。
适用人群：农业水土工程科研人员、土壤学与环境科学学者、高校师生、灌区与盐碱地改良技术人员。
