Mike_FM_ST泥砂模块.doc

MIKE 21/3 FLOW MODEL FM沙模块用户使用手册目录（Contents）目录（Contents）11 关于本文档（About this guide）31.1 编写本文档的目的(Purpose)31.2 用户所需的知识背景(Assumed User Background)31.3 MIKE Zero模型编辑器程序界面结构(General Editor Layout)31.3.1 导航栏(Navigation tree)31.3.2 编辑窗体(Editor window)31.3.3 有效性显示窗体(Validation window)41.4 在线帮助系统(Online Help)42 引言(Introduction)52.1 概述(General specification)52.1.1 适用范围(Application areas)53 说明(Getting started)64 示例(Examples)74.1 概述(General)74.2 U型河道示例(U-shaped flume)74.3 环流示例(Sand transport in circulation current)75 沙模块（Sand Transport Model）75.1 模型定义（Model Definition）75.1.1 概述（General description）85.1.2 床面活动层厚度（Layer thickness）85.1.3 驱动力参数（Forcing parameters）85.1.4 单一水流工况（Pure flow）85.1.5 波流共同作用工况(Combined current and waves)95.2 时间参数（Time Parameters）105.3 求解格式（Solution technique）105.3.1 备注与提示（Remarks and hints）115.4 泥沙特性（Sediment properties）115.4.1 泥沙特性（Sediment properties）115.4.2 推荐取值（Recommended values）125.5 床面阻力（Bed resistance）125.5.1 概述（General description）125.5.2 参数取值（Data）135.5.3 推荐取值（Recommended value）135.6 驱动力参数（Forcings）135.6.1 波浪（Waves）145.6.2 水流（Flow）155.7 扩散（Dispersion）165.7.1 平流扩散(Horizontal dispersion)165.7.2 对流扩散（Vertical dispersion）175.7.3 推荐设置（Recommended values）175.8 源汇项（Sources）175.8.1 源汇项设定（Source specification）185.8.2 备注与提示（Remarks and hints）185.9 初始条件（Initial Conditions）185.9.1 泥沙粒径组分浓度（Fraction Concentration）195.9.2 床面活动层厚度（Layer thickness）195.10 边界条件（Boundary Conditions）205.10.1边界设置（Boundary Specification）205.11 地貌演化模块（Morphology modoule）215.12 输出（Outputs）215.12.1 图形化查看（Geographic view）215.12.2 输出类型（Output type）215.12.3 输出项（Output items）256 地貌演化模块（Morphology module）286.1 概述（General description）286.2 模型定义（Model definition）286.3 时间参数（Time Parameter）296.4 河岸侵蚀（Bank Erosion）296.5 边界条件（Boundary conditions）296.5.1 边界说明（Boundary specification）291 关于本文档（About this guide）1.1 编写本文档的目的(Purpose)编写本文档的主要目的在于指导用户使用MIKE 3 Flow Model FM模型中的沙模块（非粘性泥沙输移的计算）。1.2 用户所需的知识背景(Assumed User Background)尽管沙模块有着合理且友好的用户界面、详尽的用户使用手册和在线帮助文档，但对于程序而言，模型的调试和模拟结果正确性的判断方面仍然要求用户具备一些沙输移理论知识背景。我们亦假定沙模块用户对Mike 3的基本组件已达到熟悉的程度。如相关的各种类型的文件及其编辑器、绘图工具（Plot Composer）、Mike Zero Toolbox、数据查看工具（Data Viewer）以及网格生成工具（Mesh Generator）。上述Mike 3基本组件的说明文档详见C:Program FilesDHIMIKEZeroManualsMIKE_ZEROMzGeneric.pdf。1.3 MIKE Zero模型编辑器程序界面结构(General Editor Layout)MIKE Zero模型编辑器包含三个组成部分。1.3.1 导航栏(Navigation tree)模型编辑器的左侧为导航栏，导航栏内以树形结构显示模型配置选项。用户选中导航栏内树形结构中的任一条目，相应的设置界面即会在中间的编辑窗体中显示。1.3.2 编辑窗体(Editor window)导航栏中所有条目对应的编辑界面均在程序中间的编辑窗体中显示。该窗体中内容与用户选择的条目相对应，且可能包含多个属性页面。对于空间数据相关的条目如源汇项（sources），边界（boundaries）以及输出结果（output）等，编辑窗体中会相应显示相关条目的空间配置状况。用户可以在编辑窗体的底部选择这种空间显示方式的浏览操作，如放大、缩小或返回区域中点等操作；程序亦提供了一个文本菜单项供用户选择是否显示图形化的地形、网格、GIS背景图层或图例；从该文本菜单项中用户亦可进行查看前一操作、后一操作或显示全部范围的屏显操作；此外，如果用户选中了非当前图形化显示的条目，则编辑窗体中的图形化显示界面将自动更新为新选项对应的内容。1.3.3 有效性显示窗体(Validation window)在程序界面的底部为有效性显示窗体，其功能为显示用户所进行的模型设置的有效性检验结果。它可以动态实时显示当前用户完成的设置操作的有效性检验结果，当检验结果中发现错误时，用户双击该错误显示则程序会自动将产生错误的条目置为当前条目。1.4 在线帮助系统(Online Help)调出在线帮助系统的方法有多种，用户可按照个人需要选择任意一种方法使用：l 按下F1功能键寻求帮助按下F1功能键即可将当前条目的相关帮助信息调出，如图1.1所示。l 在帮助页面中手工打开在线帮助系统在帮助菜单中，选中“help topics”菜单项即可调出在线帮助系统。图1.1 MIKE 3 Flow Model FM在线帮助系统29MIKE 2008，DHI出品 2 引言(Introduction)2.1 概述(General specification)Mike 3 Flow Model FM沙模块主要模拟单一波浪、水流或波流共同作用下沙的侵蚀、输移、淤积物理过程。2.1.1 适用范围(Application areas)沙模块主要用于研究非粘性泥沙输移的工程问题。3 说明(Getting started)沙模块计算所需的水动力条件必须基于MIKE 3 Flow Model FM模型的水动力模块计算。如果用户对于如何设置水动力计算模块仍然感到陌生，则需要查阅相关的水动力模块用户手册和包括水动力模块的内容翔实的“跟我学”教学指南。PDF格式的用户手册和教学指南文档一般存储于：l C:Program FilesDHIMIKEZeroManualsMIKE_3FlowModel_FMHDMIKE_FM_HD_3D.pdfl C:Program FilesDHIMIKEZeroManualsMIKE_3FlowModel_FMHDMIKE_FM_HD_Step_By_Step.pdf在DHI软件的安装程序中包括两份内容翔实的用户教学指南文档，一份为纯水流动力条件下的泥沙输移模拟教学指南，一份为波流共同作用下的泥沙输移模拟教学指南。编写这些教学指南文档的用意在于指导用户如何从零开始一步一步搭建并调试成功泥沙输移模型。这两份文档的PDF格式文件一般存储于：l C:Program FilesDHIMIKEZeroManualsMIKE_3FlowModel_FMSTMIKE_FM_ST_Step_By_Step_PC.pdfl C:Program FilesDHIMIKEZeroManualsMIKE_3FlowModel_FMSTMIKE_FM_ST_Step_By_Step_WC.pdf4 示例(Examples)4.1 概述(General)实践是学习使用MIKE 3 Flow Model FM模型的最好方法之一。因此模型安装程序中提供了一些示例文件供用户学习时使用，用户可对这些示例中的某些条目设置进行修改以直观的查看该条目的作用及其变化对模拟结果的影响。以下为程序提供的所有示例文件的清单：l U型河道示例:C:Program FilesDHIMIKEZeroExamplesMIKE_3FlowModel_FMSTU_flumel 环流示例:C:Program FilesDHIMIKEZeroExamplesMIKE_3FlowModel_FMSTBasin4.2 U型河道示例(U-shaped flume)略。4.3 环流示例(Sand transport in circulation current)略。5 沙模块（Sand Transport Model）沙模块的主要功能在于，模拟水动力模块计算所得水流条件（包括波浪条件）下的非粘性泥沙输移过程。5.1 模型定义（Model Definition）用户可基于Mike 3 FM模型计算如下两种工况条件下的沙输移问题。l 单一水流条件l 波流共同作用用户亦可设定一些计算所涉及到的其他相关条件。5.1.1 概述（General description）沙模块主要用来模拟非粘性泥沙的输移问题。模型中将泥沙输移形式区分为两种：l 推移质输沙l 悬移质输沙此外，事实上还存在一种类型的输沙形式，即冲泄质泥沙输移，但本模型中不考虑冲泄质的输移问题。单一水流工况下，模型中分别单独计算推移质输沙量和悬移质输沙量，而在波流共同作用工况下，模型则采用计算全沙输沙量的方式进行泥沙输移计算。5.1.2 床面活动层厚度（Layer thickness）模型中用户可设定床面活动层厚度为一变化量。这对于模拟砾石床面环境下的泥沙输移问题是非常必要的（如有限泥沙补给和高床面抗冲性条件）。当床面活动层厚度小于用户设定临界值时，实际推移质输沙率正比于二者比值的平方： （5.1）此外波流共同作用下的总输沙率亦基于5.1式计算。5.1.3 驱动力参数（Forcing parameters）基于3d水流条件和底部水流切应力求得水平流速组分是进行泥沙输移计算的前提。5.1.4 单一水流工况（Pure flow）用户需指定泥沙输移状态：l 平衡输沙l 非平衡输沙当选择平衡输沙模式时，模型将基于平衡输沙条件估算输沙率。当选择非平衡输沙模式时，模型将采用上一时间步泥沙条件来估算输沙率。目前，程序仅支持进行单一粒径组分的泥沙（均匀沙条件）输移计算。泥沙组分定义（Fraction definitions）本模型可基于四种泥沙输移理论进行泥沙输移计算：l Engelund and Hansen (全沙公式)l Van Rijn (推移质+悬移质输沙公式)l Engelund and Fredsoe (推移质+悬移质输沙公式)l Meyer-Peter and Muller (推移质输沙公式)推移质(Bed load)当用户设定模型中存在推移质输沙时，相应输沙公式中则包含一推移质系数，该系数默认值为1，其取值范围为0.5至2.0。注意该参数取值超出推荐取值范围时可能会造成计算结果超出公式的适用范围。悬移质（Suspended load）当用户设定模型中存在悬移质输沙时，相应输沙公式中则包含一悬移质系数，该系数默认值为1，其取值范围为0.5至2.0。注意该参数取值超出推荐取值范围时可能会造成计算结果超出公式的适用范围。全沙（Total load）因Engelund and Hansen公式仅计算全沙输沙率，无法直接得出模型计算所需的推移质、悬移质输沙率信息，程序中基于人工设定两个比率系数（、）来解决这个问题。、分别代表悬移质、推移质在全沙中所占的比例，如设定=0.1、则代表计算所得全沙输沙率中10%为悬移质输沙率，90%为推移质输沙率。悬沙浓度上限（Maximum Concentration）为保证模型计算的稳定性和合理性，用户可设定一最大悬沙浓度的上限值。5.1.5 波流共同作用工况(Combined current and waves)波流共同作用工况下计算所得输沙率，实际上是模型基于计算所得水动力条件和用户所给定的“泥沙输移表”（Sediment transport table）线性插值的结果。用户需指定“泥沙输移表”文件所在目录和文件名。“泥沙输移表”为一对文件名前缀相同，后缀分别为“.lon”和“.crs”的ASCII码格式文件。泥沙输移表（Sediment transport table）“泥沙输移表”文件是由用户事先基于Mike21 Toolbox中的“Generation of Q3D Sediment Tables”组件生成的。用户在使用该组件生成“泥沙输移表”文件时可以综合考虑床面形态、水流、波浪以及床沙特性等因素。备注与提示（Remarks and hints）因波流共同作用工况下计算所得输沙率，实际上是模型基于计算所得水动力条件和用户所给定的“泥沙输移表”（Sediment transport table）线性插值的结果，故当用户所生成的“泥沙输移表”仅包含一组水动力、泥沙条件组合结果，或模型中某一水动力、泥沙参数不在“泥沙输移表”的定义范围内时，程序将这种情况定义为异常情况。通常在大部分水动力、泥沙参数出现异常的情况下，程序将采用“泥沙输移表”中定义的相关最小或最大值，而对于某些参数出现异常的情况，程序的计算过程将中断。此外，对于前200次变量的数值超过用户给定最大值的情况，程序将记录相应警告信息至log文件中。表5.1为根据“泥沙输移表”计算的过程中，程序中每一参数可能对应出现的异常情况列表。表5.1 程序对于输入参数超出“泥沙输移表”设定范围时的处理情况参数 最大值 说明V 外推 (V)max 警告Hrms/D (Hrms/D)min (Hrms/D)max 警告Hrms (Hrms)min (Hrms)max 警告Tp (Tp)min (Tp)max 警告dD/dx (dD/dx)min (dD/dx)max 警告dD/dy (dD/dy)min (dD/dy)max 警告S -程序中断d -程序中断gamma -程序中断V2/R 目前未使用目前未使用5.2 时间参数（Time Parameters）泥沙输移计算的开始模型时间为用户在时间设置对话框中设定的开始时间。泥沙输移计算的时间步长为时间设置对话框中设定的主时间步长（overall time step）乘以时间倍乘系数（time step factor）。当用户选择单一水流条件下的不平衡输沙计算模式时，程序在计算中采用动态时间步长技术（可参考下述“求解格式”一节）。5.3 求解格式（Solution technique）模型计算的时间和精度取决于计算数值方法所使用的求解格式精度。模型计算可以使用低阶（一阶精度）或是高阶（二阶精度）的方法。低阶方法计算快但计算结果但精确度较差，高阶的方法计算精度高但速度较慢。更为详尽的关于数值计算方法的介绍，请参考科学背景手册。浅水方程的时间积分和输移(扩散)方程是基于半隐格式求解，相应平流项采用显式格式求解，而垂直对流项则采用全隐格式求解。受显式格式稳定性的限制，为保持模型计算的稳定性，模型中时间步长的设定必须保证CFL数(第27页)小于1，为保证所有网格点CFL数均满足该限制条件，模型中时间步长的取值采用一浮动范围的方式，因此模型中用户需设定一最小和最大时间步长范围，相应扩散方程的时间步长在模型的计算过程中自动与主时间步长相匹配。用户可在Hydrodynamic Model的求解格式对话框中进行最小和最大时间步长范围以及临界CFL数的设置。5.3.1 备注与提示（Remarks and hints）在所模拟的物理过程中，如果对流占优，则应选择较高阶的空间离散格式。如果扩散占优，则较低阶的空间离散格式就可以满足模拟所需精度。一般来说，时间积分和空间离散方法应选择同样的计算精度格式。通常模型计算中采用高阶时间积分方法的计算时间是低阶方法的两倍；而采用高阶的空间离散方法所耗计算时间为采用低阶方法的1 到 2 倍。 若同时选择高阶的时间积分及空间离散方法，所耗计算时间将会是同时选择低阶方法时的3-4倍。一般来说采用高阶方法的计算结果的精确性通常会高于采用低阶方法的计算结果。模型中CFL数的程序默认设置为1。一般而言CFL数小于1时，模型即可保持计算的稳定性。但因实际计算过程中CFL数的数值为近似预估值，故在这种默认设置情况下仍然存在发生模型计算失稳的可能性。因此当这种情况发生时，用户可将临界CFL值适当减小（取值范围介于0到1之间），此外用户亦可适当减小所设定的最大时间步长。必须指出，当用户将最小和最大时间步长均设定为与主时间步长相同时(p23)，模型将以恒定时间步长进行计算，此时为保证计算的稳定性，相应时间步长的取值必须要满足CFL值小于1。计算的总时间步数、最大最小时间步长均会记录在log文件中，而CFL数则可以输出至结果文件中。采用高阶方法进行计算时可以模拟出陡坡处存在的水流过冲和下冲现象。因此，当模型计算时同时选择了高阶方法和最大最小质量浓度控制选项时，计算过程中将无法保证质量守恒。5.4 泥沙特性（Sediment properties）泥沙输移计算需要用户事先设定模拟区域的泥沙特性。模型中用户需要设定模拟区域中每一个网格点上的床沙代表粒径参数。该参数在模拟区域内可以概化为均一常数，亦可作为空间变化量处理。如在河弯处，通常粗颗粒泥沙多出现在横断面上的深水区域，而细颗粒泥沙则主要出现在内侧河岸处；波浪作用显著的海岸区域，岸滩处的泥沙颗粒通常较粗；此外，浅水区域的床沙颗粒通常粗于深水区域。5.4.1 泥沙特性（Sediment properties）本模型基于中值粒径d50表征床沙粒度特性。当选择采用波流共同作用下泥沙输移模式计算时，用户还需设定床沙几何标准方差g。选择采用单一水流条件下泥沙输移模式计算时，用户需设定床沙相对密度。模型中，泥沙体积取决于床沙孔隙率的大小。参数取值（Data）用户可以采用两种形式对泥沙特性参数如中值粒径d50进行设定：l 常数（空间均一）l 空间上变化对于空间上均存在变化的情况，用户需准备一空间上至少完整包括模拟区域范围且包含床沙中值粒径d50（mm单位）和几何标准方差g的2d网格化数据文件（dfs2）或2d无结构数据文件（dfsu）。当采用dfsu文件时，当采用dfsu文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于分段常数插值方法生成；当采用dfs2文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于双线性插值方法生成。5.4.2 推荐取值（Recommended values）沙模块主要基于当前相对较为成熟的非粘性泥沙输移理论进行泥沙输移计算。一般而言，模型适用的床沙范围为0.06mm至2mm。通常床沙的孔隙率介于0.3和0.7之间。通常相对泥沙密度取值为2.65。5.5 床面阻力（Bed resistance）模型中可采用三种方式设定床面阻力参数：l 无床面阻力（光滑壁面）l 谢才系数（Chezy number）l 曼宁系数(Manning Number)l 动床阻力(Alluvial resistance)l 水动力模型中生成的阻力系数(Resistance from HD simulation)当选择采用“动床阻力”形式设定床面阻力时，用户需基于曼宁系数（m1/3/s）的形式给定相关取值。5.5.1 概述（General description）床面阻力对水流起阻滞作用。动床阻力（Alluvial bed resistance）用户可采用动床阻力的形式设定床面阻力，在这种情况下床面阻力在每一计算时间步随水深变化而变化。谢才系数（C）或曼宁系数可由下式给出： (5.2)式中，H为局地水深a、b均为经验系数当模型中考虑与否动床阻力问题对于床面侵蚀、淤积的计算结果影响较大。相比于不考虑该问题时的计算结果，水流在浅水区变幅较大，同时计算所得输沙率亦因水流底部切应力增大而相对偏大。一般而言，this reduces overshoot effects when bed scour commences, and causes the topography of a point bar crest to become more rounded (as reported by Talmon, 1992).当采用动床阻力的形式设定床面阻力时，用户需设定谢才系数取值的上下限。当基于式5.2计算所得谢才系数超过用户规定的上下限时，计算中相应取值实际上为所对应的上、下限。如果水动力模型的率定结果表明，谢才系数与局地水深表现为一明显的对应关系，则用户在进行动床泥沙模拟计算时需引入基于上述对应关系的动床阻力系数。5.5.2 参数取值（Data）谢才系数C（m1/2/s）、曼宁系数（m1/3/s）和动床阻力可基于如下两种方式设定：l 常数（空间均一）l 空间上变化对于空间上均存在变化的情况，用户需准备一空间上至少完整包括模拟区域范围且包含相关参数的2d网格化数据文件（dfs2）或2d无结构数据文件（dfsu）。当采用dfsu文件时，当采用dfsu文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于分段常数插值方法生成；当采用dfs2文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于双线性插值方法生成。5.5.3 推荐取值（Recommended value）为避免因引入动床阻力而引起模型计算的失稳问题，最大谢才系数取值应尽可能不大于90m1/2/s。5.6 驱动力参数（Forcings）模型必需的驱动力参数取决于用户所选择的模型类型。当选择单一水流条件下的泥沙输移计算模式时，用户仅需要提供水流参数，而当选择波流共同作用下的泥沙输移计算模式时，则还需要额外提供相关波浪参数。如果用户在程序设置时选择了水动力模块，水流条件可在计算过程中同步自动由水动力模块提供。而波浪条件则可由用户采用一个数据文件的方式给出或直接由耦合的SW模块提供。5.6.1 波浪（Waves）用户可采用三种方式定义泥沙输移计算所需的波浪条件：l 无波浪条件l 用户给定波浪条件l SW模块耦合求解所得波浪条件无波浪条件（No waves）当选择无波浪条件时，模型中输沙率基于“泥沙输移表”中定义的(Hrms/D)min、(Hrms)min和 (Tp)min插值计算求得，相应输沙设定为0度。用户设定波浪条件（Wave field）当选择“用户设定波浪条件”时，用户可基于四种方式设定波浪条件：l 常数（Constant）l 时间上变化，空间上不变（Varying in time, constant in domain）l 时间上不变，空间上变化(Constant in time, varying in domain)l 时间上、空间上均变化(Varying in time and domain)对于上述四种方式，用户均需设定波高、波周期和波向（正北为0，正东为90）参数。用户所提供的波高参数必须为均方根波高或有效波高。用户所提供的波周期参数必须为波峰周期或平均波周期。当选择设定波浪条件为时间上或空间上变化的情况时，用户需提供一个包含相关波浪参数（平均波高、波周期和波向）的数据文件。参数取值（Data）常数（Constant）当采用常数形式设定波浪条件时，波浪条件将作为无方向分布的正弦波处理。用户需设定波高、波周期和波向参数，这些参数在整个模拟区域内的整个模拟时段内是定常的。时间上变化，空间上不变（Varying in time, constant in domain）这种情况下，用户需准备一包含波浪参数的时间序列文件（dfs0）。对于每一时间步，波浪条件在整个模拟区域内是定常的。如果用户给定的dfs0文件内的时间步长与模型计算的时间步长不一致，则程序将自动进行相应插值处理（见图5.1）。时间上不变，空间上变化（Constant in time, varying in domain）这种情况下，用户需准备一空间上至少完整包括模拟区域范围且包含相关参数的2d网格化数据文件（dfs2）或2d无结构数据文件（dfsu）。当采用dfsu文件时，当采用dfsu文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于分段常数插值方法生成；当采用dfs2文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于双线性插值方法生成。程序将采用用户所提供的dfs2或dfsu文件中的第一个时间步数据记录作为模型的波浪条件。时间上、空间均变化（Varying in time and domain）这种情况下，用户需准备一空间上至少完整包括模拟区域范围且包含相关参数的2d网格化数据文件（dfs2）或2d无结构数据文件（dfsu）。当采用dfsu文件时，当采用dfsu文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于分段常数插值方法生成；当采用dfs2文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于双线性插值方法生成。当dfs2或dfsu文件的时间步长与模型计算的时间步长不一致时，则程序将自动进行相应插值处理（见图5.1）。图5.1 模型计算时的波浪条件时间步长控制5.6.2 水流（Flow）当用户在建模时未选择包含水动力模块时，需额外定义水流条件：l 无水流条件l 用户设定水流条件当选择“用户设定水流条件”方式设定水流条件时，用户需给定模拟区域的水位和流速北东分量条件。参数取值（Data）用户需准备一空间上至少完整包括模拟区域范围且包含相关参数的2d网格化数据文件（dfs2）或2d无结构数据文件（dfsu）。当采用dfsu文件时，当采用dfsu文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于分段常数插值方法生成；当采用dfs2文件时，相应计算网格上的泥沙特性参数基于双线性插值方法生成。当dfs2或dfsu文件的时间步长与模型计算的时间步长不一致时，则程序将自动进行相应插值处理5.7 扩散（Dispersion）扩散问题通常是指因一些不确定性物理过程引起的物质输运问题。在海岸区域，这种物质输运可以由不确定性的湍流或涡旋引起，这种不确定性物理过程对于平流扩散的影响尤为显著。因此，扩散系数在形式上应遵从这种关系。Especially in the horizontal directions the effects of non-resolved processes can be significant, in which case the dispersion coefficient formally should depend on the resolution.3D模型中的扩散项主要用来描述因不确定的物理过程引起的输移问题。区分平流扩散和对流扩散问题对于海岸区域而言是十分必要的，平流扩散现象主要由不确定的涡流引起，而对流扩散现象则主要由近底紊流引起。因此在本模块中亦将水平和对流扩散现象区分对待。5.7.1 平流扩散(Horizontal dispersion)平流扩散问题可以采用三种方式表达：l 无扩散(No dispersion)l 扩散系数公式(Dispersion coefficient formulation)l 涡粘系数类比公式(Scaled eddy viscosity formulation)当采用扩散系数公式时，用户需给定扩散系数的数值（单位m2/s）。当采用涡粘系数类比公式时，水流方程求解时所需的扩散系数通过将涡粘系数乘以一比例系数的方式获得。关于涡粘系数的详述可参考水动力模块用户手册。参数取值（data）扩散系数（单位m2/s）的设定有三种方式：l 常数（时间、空间上定常）(Constant (in both time and domain)l 空间上变化(Varying in domain)对于水平空间上存在变化但垂向上不变的情况，用户需准备一个至少完整覆盖模拟区域的包含有扩散系数信息的dfsu文件或dfs2文件。当采用dfsu文件时，相应参与计算网格点上的扩散系数采用分段常数插值方法生成，而当采用dfs2文件时，则采用双线性插值方法。比例系数(Scaling factor)比例系数可设为一常数。5.7.2 对流扩散（Vertical dispersion）对流扩散问题的相关设置与平流扩散问题相关设置完全相同，可参考5.7.1节。5.7.3 推荐设置（Recommended values）当基于涡粘系数类比公式（如Smagorinsky或k-模型）的方法进行扩散系数设置时，用户需设定涡粘系数比例因子参数。这里提到的比例因子可以由普朗特数的倒数得出。程序中普朗特数的默认设定值为0.9，相应比例因子为1.1。通常在模拟计算过程中，扩散系数是物质输运模块调试时非常重要的率定参数之一。准确的直接预估出该参数的合理取值是较为困难的。但由雷诺相似准则可知，扩散系数可以表达为一长度变量和速度变量的函数。在浅水条件下通常可用水深代表上述长度变量，相应速度变量亦可采用一特征流速表征。通常“比例因子”参数的取值一般接近于1，关于该问题更为深入的探讨请参考相关文献（Rodi，1980）。5.8 源汇项（Sources）很多工况下，点源形式的悬沙输入输出对于背景区域影响是不可忽略的。如河流内的挖沙活动，冷却水或脱盐设备的出流、入流通道。沙模块中，用户可任意设定点源的悬沙浓度。而相应点源的数目、名称、位置以及流量均可在水动力模块的源汇项对话框中进行设置。用户在设置源汇项时，程序会方便的基于地图化或列表的方式显示相关设置内容。程序中，不同源汇点的设置是相互独立的，用户可以在相关列表中选中需要设置的源汇点然后单击“go to”按钮进行相关设置。5.8.1 源汇项设定（Source specification）用户可基于两种方式设定源汇项：l 指定浓度l 指定浓度的增加量源强由Qsource.Csource得出。其中Qsource为源强的通量，Csource为悬沙浓度。源强通量在水动力模块的源汇项对话框中设置。如果在用户采用“指定浓度”方式设定源汇项的情况下，当设定的源强通量为正（水流流入外围水体）时，沙模块中源汇项的悬沙浓度取值为用户设定值；当用户设定的源强通量为负（水流流出外围水体）时，沙模块中源汇项的悬沙浓度取值为源汇点处的外围水体悬沙浓度值。这种设定方式对于河流出口或其他点源情况是非常恰当的，因为上述情况下点源中的悬沙浓度是独立于外围水体的。如果在用户采用“指定悬沙浓度的增加量”方式设定源汇项的情况下，当用户设定的源强通量为负（水流流出外围水体）时，源汇项的悬沙浓度取值等于指定增加量加上点源处的外围水体悬沙浓度值，这种情况下的点源实际上是一个孤立的入流点；当用户设定的源强通量为负（水流流出外围水体）时，沙模块中源汇项的悬沙浓度取值为源汇点处的外围水体悬沙浓度值，此时点源实际上是水体流出的一个联结点。参数取值（data）源汇项相关参数数值的给定可以采用两种方式:l 常数（时间上不变）l 时间上变化如果要使用随时间变化的源汇项数据，用户须在搭建水动力模块之前，准备好一个包含悬沙浓度信息（单位g/m3）的dfs0格式输入文件。该文件中的数据时间间隔不必与水动力计算的时间步长相同，但其时间跨度必须大于等于模拟时间段，当给定数据时间间隔与水动力计算时间步长不一致时，计算时将基于线性插值方法对每一计算步的数据进行插值。5.8.2 备注与提示（Remarks and hints）因模型中点源是配置在其所在的网格单元上的，在将其初始配置至所处网格单元时，该网格单元上的沙量值为所加入源强与网格单元上原有的悬沙总量叠加后的结果，故在模拟结果中点源位置的悬沙浓度通常会低于源强的悬沙浓度。5.9 初始条件（Initial Conditions）这里所讲的初始条件是指模拟区域内各粒径组分的初始悬沙浓度空间分布。初始条件对于泥沙输移模拟而言是必要条件。用户可以将过去计算的悬沙浓度结果作为某次计算的初值场，即以热启动方式进行计算。各泥沙粒径组分初始条件的设置是独立进行的。5.9.1 泥沙粒径组分浓度（Fraction Concentration）本选项中，用户可设定各粒径组分的初始浓度或假定初始时刻悬沙场为平衡输沙状态。参数取值（Data）用户可以基于两种形式进行各粒径组初始浓度场的设定：l 常数（空间上均一）l 空间上不同悬沙浓度单位为g/m3，通常背景悬沙浓度可设为10g/m3。对于空间上均存在变化的情况，用户需准备一空间上至少完整包括模拟区域范围且包含相关初始条件的2d网格化数据文件（dfs2）或2d无结构数据文件（dfsu）。当采用dfsu文件时，dfsu文件中的网格必须与模型中采用的网格完全一致；当采用dfs2文件时，相应计算网格上的初始条件基于双线性插值方法生成；如果输入数据文件中只包含一个时间步的数据时，模型将自动将该时间步的数据作为初值场使用，但如果输入数据文件（如先前模型计算的结果）中存在多个时间步数据且包含模型计算的开始时刻时，程序将自动将选择模型计算开始时刻的数据作为初值场。5.9.2 床面活动层厚度（Layer thickness）如果模型中设定为动床计算模式，则用户可在本设置项中设定初始床面活动层厚度。参数取值（Data）初始床面活动层厚度可以采用两种方式进行设定：空间上为常数空间上变化床面活动层厚度的单位为m。对于空间上均存在变化的情况，用户需准备一空间上至少完整包括模拟区域范围且包含相关初始条件的2d网格化数据文件（dfs2）或2d无结构数据文件（dfsu）。当采用dfsu文件时，dfsu文件中的网格必须与模型中采用的网格完全一致；当采用dfs2文件时，相应计算网格上的初始条件基于双线性插值方法生成；如果输入数据文件中只包含一个时间步的数据时，模型将自动将该时间步的数据作为初值场使用，但如果输入数据文件（如先前模型计算的结果）中存在多个时间步数据且包含模型计算的开始时刻时，程序将自动将选择模型计算开始时刻的数据作为初值场。5.10 边界条件（Boundary Conditions）搭建模型时，模型配置编辑器(set-up editor) 首先会检查网格文件，自动找出网格文件中的边界，并给每个边界预先指定一个名称，用户可自行在Domain对话框中对各个边界的名称进行修改（边界名称，P30）。用户在设置边界条件时，程序会方便的基于地图化或列表的方式显示相关设置内容。程序中，不同边界的设置是相互独立的，用户可以在相关列表中选中需要设置的边界然后单击“go to”按钮进行相关设置。5.10.1边界设置（Boundary Specification）在沙模块中，有三种方式的边界条件:l 陆地边界(Land)l 平衡输沙条件（Euilibrium conditions）l 用户设定取值(Specified values)l 零梯度（Zero gradient）参数取值（data）当用户选择“用户设定取值”方式设定各粒径组分浓度（单位g/m3）的边界条件时，可以采用三种方式给定数据：l 常数（时间上、空间上不变）l 时间上变化、空间上（边界上）不变l 时间上、空间上均不同对于边界数据在时间上变化但空间上（边界上）不变的情况，用户须在搭建水动力模块之前，准备好一个包含相关信息的dfs0格式输入文件。该文件中的数据时间间隔不必与水动力计算的时间步长相同，但其时间跨度必须大于等于模拟时间段，当给定数据时间间隔与水动力计算时间步长不一致时，计算时将基于用户选定的插值方法对每一计算步的数据进行插值。对于边界数据在时间上、空间上均存在变化的情况，用户需准备一空间上至少完整包括模拟区域范围且包含相关参数信息的dfs2文件。该文件中的数据时间间隔不必与水动力计算的时间步长相同，但其时间跨度必须大于等于模拟时间段，当给定数据时间间隔与水动力计算时间步长不一致时，计算时将基于用户选定的插值方法对每一计算步的数据进行插值。对于上述时间上存在变化的边界数据类型，每一计算步上的边界数据基于如下方法进行插值：l 线性插值(linear)l 分段立方插值(picewise cubic)对于边界数据在时间上、空间上均存在变化的情况，用户可以选择两种顺序来配置给定边界数据至网格：l 正常顺序(normal)l 逆序(reverse order)当选择正常顺序进行配置时，数据中的第一个和最后一个数据列分别对应边界上的第一个和最后一个节点，在给定对应顺序下，其余各节点取值利用所有给定边界数据基于线性插值方法生成；当选择逆序进行配置时，数据中的第一个和最后一个数据列分别对应边界上的最后一个和第一个节点，在给定对应顺序下，其余各节点取值利用所有给定边界数据基于线性插值方法生成。软启动时间间隔 (Soft start interval)用户可设定一软启动时间间隔。在该设定时间段内，相关边界参数的数值将逐渐从给定起始值线性或以正弦曲线的方式增加到实际边界数值，而非计算开始时即直接应用边界数据。这样可以避免因模拟计算开始时出现的激波震荡产生的计算不稳定性。5.11 地貌演化模块（Morphology modoule）当用户在建模时选择了沙模块时，地貌演化模块是可选的。关于地貌演化模块的说明详见第六章。5.12 输出（Outputs）本设置项中用户可设定模型计算结果的输出事宜。因计算过程中所产生的计算结果通常为海量数据，故不加选择地存储整个模拟范围内所有时间段上的输出结果是不现实的。在“输出”对话框中，用户可以单击”New Output”命令添加新的输出条目，或是”Delete output”移除某一输出条目。对于每个输出条目，不管该条目是否在本次计算中使用，用户均可以修改其名称，并通过单击”Go To”按键，到相应属性页面中编辑相应内容。此外用户亦可以单击”View”命令基于MIKE ZERO VIEWING/EDITING工具查看相关内容。5.12.1 图形化查看（Geographic view）在本选择项中，用户可图形化查看输出结果的位置信息。5.12.2 输出类型（Output type）对于每一输出结果文件，用户均需设定所要输出的类型、输出格式、是否输出干湿点、输出文件名称和路径以及输出结果的时间步等内容。此外，对于不同输出类型，用户还需设定相应输出结果的空间范围。结果类型（Field type）对于3d模拟计算，计算结果的输出既可以采用2d形式输出也可以采用3d形式输出。如果泥沙输移计算采用的是单一水流条件下的不平衡输沙模式，则用户可以选择输出模拟区域内的泥沙收支以及指定断面上的输沙量等信息。输出格式（Ouput format）模型允许的数据输出格式取决于用户所选择的输出类型。对于2d类型的结果变量，用户可以选择如下格式进行数据输出：l 点序列，输出某一空间点上的相关信息l 线序列，输出某一断面上的相关信息l 面序列输出某一平面区域上的相关信息对于3d类型的结果变量，用户可以选择如下格式进行数据输出：l 点序列，输出某一空间点上的相关信息l 线序列，输出某一断面上的相关信息l 面序列输出某一平面区域上的相关信息如果用户选择“质量收支”类型的输出类型，则需指定计算相应质量收支的空间区域，相应输出结果文件为dfs0格式。如果用户选择“流量”类型的输出类型，则需指定计算相应流量的空间区域，相应输出结果文件为dfs0格式。注意：只