Mike-FM-MT泥模块手册.doc

《Mike-FM-MT泥模块手册.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Mike-FM-MT泥模块手册.doc（34页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、MIKE 3 FLOW MODEL FM泥模块用户手册MIKE BY DHI 2008目 录目 录21关于本文档 (About this guide)41.1 编写本文档的目的 (Purpose)41.2 用户所需的知识背景 (Assumed User Background)41.3 MIKE Zero模型编辑器程序界面结构 (General editor layout)41.3.1 导航栏 (Navigation tree)41.3.2 编辑窗体 (Editor window)41.3.3 有效性显示窗体 (Validation window)51.4 在线帮助系统 (Online help

2、)52 泥模块 (MUD TRANSPORT MODULE)62.1 参数的选取 (Parameter Selection)62.2 求解格式 (Solution Technique)62.2.1 备注与提示（Remarks and hints）62.3 水体参数 (Water Column Parameters)72.3.1 无粘性砂组分 (Sand fraction)72.3.2 沉速 (Settling)82.3.3 淤积 (Deposition)132.3.4 涡粘系数与密度 (Viscosity and Density)152.4 底床参数 (Bed Parameters)152.4

3、.1 概述 (General description)152.4.2 侵蚀 (Erosion)162.4.3 床层的密度 (Density of bed layers)182.4.4 床面糙率 (Bed roughness)192.4.5 床层间的转换 (Transition between layers)202.5 地貌 (Morphology)202.5.1 概述 (General description)202.5.2 备注与提示 (Remarks and hints)212.6 外力 (Forcings)212.6.1 概述 (General description)212.6.2 波

4、浪 (Waves)212.7 扩散 (Dispersion)242.7.1 平流扩散 (Horizontal dispersion)242.7.2 垂向扩散 (Vertical dispersion)252.7.3 推荐设置 (Recommended values)252.8 源 (Source)252.8.1 源的设定 (Source specification)252.8.2 备注与提示 (Remarks and hints)262.9 初始条件 (Initial Conditions)262.9.1 组分浓度 (Fraction concentration)262.9.2 床层厚度 (L

5、ayer thickness)272.9.3 粒径组的分布 (Fraction distribution)272.10 边界条件 (Boundary Conditions)272.10.1边界设置（Boundary Specification）282.11 输出 (Outputs)292.11.1 地理视图 (Geographical View)292.11.2 输出设定 (Output specification)292.11.3 输出项目 (Output items)321 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

6、指导用户使用MIKE3 Flow Model FM模型中的泥模块，该模块主要用于模拟粘性泥沙的输运。1.2 用户所需的知识背景 (Assumed User Background)尽管泥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泥沙输运的相关理论背景知识。我们亦假定水动力模块用户对Mike3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 Genera

7、tor）。上述Mike3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

8、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，如果用户在正在图形化显示某一条目的时候选中另一条目，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

9、 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

10、1.1 MIKE 3 Flow Model FM在线帮助系统34MIKE BY DHI 20082 泥模块 (MUD TRANSPORT MODULE)泥模块的主要功能在于模拟水动力模块计算所得水流条件下的粘性泥沙输移过程。2.1 参数的选取 (Parameter Selection)用户需设定泥沙分组数和底床分层数模型中允许的最大泥沙组数为8.模型中允许的最大底床分层数为12.在保证底床分层能够充分体现沉积物垂向变异规律的前提下，建议尽可能地减小底床分层数目。2.2 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

11、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Hydrodynami

12、c 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。2.2.1 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

13、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，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

14、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。2.3 水体参数 (Water Column Parameters)本选项中需要用户设定的各水体参数涉及到几乎所有关于水体中泥沙运动过程的问题。这里必须设定模拟的是纯粘性的泥沙或者有一部分粒径组是非粘性的（沙）。通常认为粒径大于60m的泥沙是非粘性的。水体参数主要包括以下几个部分： 无粘性砂组分 沉降特性 淤积特性 粘性系数和密度2.3.1 无粘性砂组分 (Sand fraction)描述 (Description)泥沙输运以水动力为基础。泥沙输运方式一般

15、可分为两种，粘性和非粘性。粘性泥沙的沉速小，对水动力变化的响应慢。它在水体中的输移主要以平流为主。而非粘性泥沙的沉速较大，浓度分布对水动力变化的响应也较快，所以大部分的非粘性泥沙会以推移质的形式在近底层运动。MIKE 3 MT能模拟细颗粒非粘性泥沙的悬沙输移。该功能是在已知泥沙特性和水动力条件下，通过计算平衡状态下的浓度分布来实现的。模型中假定床面侵蚀以成层冲刷的方式进行，即认为当床面侵蚀发生时，床面上处于同一薄层内的沉积物是以无分选性起动的方式被水流冲刷带走的。也就是说， MT模块中的侵蚀公式计算的是所有粒径组的最大冲刷量。模型中亦假定被整体冲刷的薄层沉积物进入水体以后会在水流紊动作用下解体

16、或重组。当然由于非粘性泥沙颗粒间粘滞力极为微弱的缘故，上述假定不适用于非粘性泥沙组分，非粘性泥沙组分输移、沉降过程主要通过计算给定泥沙特性和水动力条件下的水流挟沙力来完成。如果水体中的非粘性泥沙浓度大于相应水流挟沙力，则相应多余的泥沙即会淤积至床面，即所求水流挟沙力为不冲不淤平衡状态下的含沙量。更多的信息参见 MIKE 3 MT 科学背景手册推荐值 (Recommended values)泥沙颗粒的平均沉速可通过斯托克斯沉速公式来估算。参见Settling Velocity。备注与提示 (Remarks and hints)不包括推移质。如果含有非粘性砂组分，用户必须确保该组分主要以悬沙形式输

17、移。2.3.2 沉速 (Settling)悬沙的沉速主要可分为四种： 等速沉降 絮凝沉降 干扰沉降 浮泥如果选择等速沉降，采用等速沉降值。如果选择絮凝沉降，还可以选择是否考虑干扰沉降，并有两种干扰沉速公式可供选择，Richardson和Zaki（1954）公式或Winterwerp（1999）公式。概述 (General Description)沉速决定于颗粒的大小。可通过斯托克斯公式粗略估计单颗粒泥沙的沉速：其中，：泥沙密度 (kg/m3)(石英=2650 kg/m3)：水的密度：重力加速度 (9.82m/s2)：粒径 (m)：运动粘度 (m2/s)：沉速(m/s)如果是细颗粒粘性泥沙(0.

18、006mm)，沉降颗粒的粒径和沉速取决于絮凝率。当水体中悬沙浓度较低时，粘性细颗粒泥沙颗粒间发生碰撞的概率较低，此时泥沙颗粒沉速接近于单颗粒泥沙的沉速。而随着水体中悬沙浓度的增高，粘性泥沙颗粒间的碰撞亦相应更为频繁，在颗粒间粘滞力的作用下粘性细颗粒泥沙会吸附在一起形成粒径较大的絮凝体。这会导致颗粒/絮团的粒径和沉速增大。图2.1 典型的沉速变化还有许多其它因素可以增大或减小絮团的粒径。在09psu之间的盐度能增大其粒径，高浓度的有机物也能增大絮团。高强度的紊动能破坏絮团的结构从而减小其粒径。随着悬沙浓度的进一步增大，最终絮团在沉降的过程中开始影响水流结构。实际上，絮团在沉降过程中会引起一股上升

19、流，这股上升流会平衡或阻碍泥沙的沉降过程，从而导致泥沙颗粒的沉速降低。含沙量的进一步增大则会使絮团颗粒间的间距更加狭小，此时水体中的悬沙性质类似于浮泥，颗粒以群体形式沉降，沉速大幅变小甚至微弱到可以忽略不计。参数取值 (data)悬沙的沉速可分为四种： 等速沉降 絮凝沉降 干扰沉降 浮泥如果选择等速沉降，采用等速沉降值。如果选择絮凝沉降，还可以选择是否考虑干扰沉降，并有两种干扰沉速公式可供选择，Richardson和Zaki（1954）公式或Winterwerp（1999）公式。等速沉降 (Constant settling velocity)如果假定含沙量不影响沉速，那么可以选择等速沉降。如

20、果选择等速沉降，沉速在模拟过程中保持不变且不随含沙量改变。絮凝 (Flocculation)如果含沙量足够高，能使絮团影响互相的沉速。这是因为絮团间的碰撞会增大其粒径，从而增大其沉速。在这种情况下要选择絮凝沉降。程序默认情况下的絮凝含沙量是忽略干扰沉降的。计算方法参见图2.2图2.2 选择絮凝沉降时的含沙量分布 颗粒的密度 絮凝初始时刻的含沙量 总含沙量（所有粒径组的含沙量总和） 干扰沉降初始时的含沙量 沉速 沉速系数 幂（常数）干扰沉降 (Hindered settling)当含沙量足够高，使絮团能影响互相的沉速，并使其不能自由沉降，导致沉速变小。在这种情况下要选择干扰沉降。当指定的干扰沉降

21、的含沙量大于干扰沉降时的初始值，计算方法参见图2.3。图2.3 选择干扰沉速时的计算方法这里有两个沉速公式可供选择。Richardson和Zaki（1954）公式 (Formulation by Richardson and Zaki (1954)对于单组粒径，标准的Richardson和Zaki公式为：对于多组粒径，Richardson和Zaki公式可扩展为：其中， 沉速系数 粒径组的幂常数 絮凝临界含沙量Winterwerp（1999）公式 (Formulation by Winterwerp (1999)其中，这里的是泥沙的干密度。浮泥 (Fluid mud)在这个模型中的浮泥是作为底边

22、界层来考虑的，其沉降过程作为固结过程处理。沉速随盐度变化的调整 (Modification of settling velocity due to salinity variation)在淡水/微咸水中，絮凝过程会降低，这会影响沉速。由于絮团粒径较小，沉速会降低。将沉速乘以一个比例系数来模拟这种情况。其中和是率定系数。和没有在菜单中显示，它们的默认值分别为=0.5，=-0.33。推荐值 (Recommended values)下面的表格粗略的描述了不同范围的沉降过程。表2.1 沉降范围备注与提示 (Remarks and hints)因考虑了盐度对絮凝的影响，所以在水动力模拟中必须考虑密度的变

23、化（温盐函数或盐度函数）。要注意的是当盐度超过10psu时，盐度对絮凝的作用不再增大。系数和的默认设置分别为0.5和-0.33，且该设置不在菜单中显示。和也同样如此，它们的默认值为1。2.3.3 淤积 (Deposition)概述 (General Description)水体中泥沙的淤积过程是指泥沙从悬沙变为底床沉积物的转换过程。当水流床面切应力小于泥沙临界淤积切应力时，就会发生淤积。第i组粒径的泥沙淤积量可表述为：其中是淤积速率的斜坡函数，是沉速，是第i组粒径的泥沙在近底层含沙量。淤积速率的斜坡函数定义为：含沙量分布 (Concentration profiles)Teeter profi

24、le基于Teeter profile公式，可以描述近底含沙量与垂线平均含沙量的关系：其中，是与第i组粒径泥沙相应的Peclet数，定义为：其中，是摩租流速，是冯卡门常数，一般取为0.4。Rouse profile通过Rouse profile公式可以描述近底含沙量与垂线平均含沙量的关系。近底含沙量可定义为：其中，是质心的相对高度，定义为从河床到含沙量的质量中心的距离与水深之比。它不随时间变化，所以近底含沙量分布是恒定的。沉积率的计算方法为: , 当参数取值 (Data)临界淤积切应力可以两种方式设定 在模型区域内为常数 在模型区域内为变化量如果是第二种情况，则必须准备一空间上至少完整包括模拟区

25、域范围且包含相关参数信息的dfs2或dfsu文件。当采用dfsu文件时，相应参与计算网格点上的数据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。推荐值 (Recommended values)起动拖曳力通常是一个校准参数。这个值一般小于侵蚀剪切力。它的取值范围一般是0-0.1N/m2。相对的质心高度通常近似0.3。备注与提示 (Remarks and hints)如果临界淤积切应力数值越大，则泥沙的淤积量越大。反之亦然。2.3.4 涡粘系数与密度 (Viscosity and Density)如果在水动力模块中的密度类型选项中没有选择正压，用户就可以在泥沙输运计算中设

26、定有关参数，用以反馈给水动力计算中的涡粘系数和密度。用户必须设定悬沙的密度，以及反馈给涡粘系数的基础和参考含沙量。备注与提示 (Remarks and hints)只有含沙量很高时，这些反馈信息会对水动力计算有重大影响。2.4 底床参数 (Bed Parameters)底床参数定义为控制河床变化过程的参数。这里必须设定每层的侵蚀过程、密度和床面糙率参数。河床参数主要包括一下几个部分： 侵蚀过程 每层河床的密度 床面糙率 每层河床间的转换2.4.1 概述 (General description)泥模块中的河床有一层或多层。每一层都需要定义河床层内的泥沙总量，干容重、湿容重以及抗冲性。每层河床的

27、泥沙由该层内所有粒径组的泥沙组成。每层泥沙的量被认为是变化的，这就意味着该模型在模拟过程中可以反演床沙颗粒组成的时空变化。每层的干容重和抗冲性在时间上是不变的。河床层被视为“功能”层，它的每一层由其干密度和侵蚀性来描述，而不是物理层，物理层的物理性质会因固结或者其它过程随时间变化。在之前的河床描述中 ，固结过程被表述为泥沙从河床的一层转换到另一层的过程。河床的第一层（最上层）为“最弱”层，主要是浮泥或新淤积的泥沙，其下层面的密度及强度都不断递增。图2.4是一个河床（包括两层）的示例，描述了输运过程对其的影响。 在模拟过程中，河床的一层或多层被完全侵蚀，以至于在某些地方该层变为“空白”。在特定时

28、间、特定地点的活动层被定义为从顶端数起的第一层，该层是非“空白”的。侵蚀总是从活动层开始。淤积下来的泥沙也总是落淤于最上层。图2.4 包括泥模块过程。 床层在水体河床交界面以下（点线）第j层河床层，某水平网格上的第i组粒径组的泥沙量按照下面的表达式每一步都做更新。其中，(kg/m2)是泥沙量，(kg/m2/s)是一个可能淤积量（仅在河床最上层），(kg/m2/s)是一个可能侵蚀量（仅从活动层开始），(kg/m2/s)是一个可能向下转化的泥沙量，(s)是模拟的时间步。第i层河床层的厚度从以下的计算式得到：其中，(m)是河床层的厚度，(kg/m2)是总泥沙量，(kg/m3)是干密度。2.4.2 侵

29、蚀 (Erosion)河床层的侵蚀是指从泥沙从河床向水体转换。侵蚀从床面活动层开始（参见Bed Description），当床面水流剪切力()大于临界侵蚀剪切力()时就会发生。每层的河床参数都是常数。所以仅在活动层计算侵蚀。被侵蚀的物质会根据其在河床的分布被分散到不同的粒径组。临界侵蚀剪切力 (Critical shear stress for erosion)侵蚀的标准是床面剪切力大于临界侵蚀剪切力，相应的推动力超过了稳定力。在模拟过程中临界侵蚀剪切力是常数。硬底床描述 (Hard bed description)对于一个致密固结的河床，第j层的侵蚀率被表述为(Partheniades, 1

30、989)：其中，是一个侵蚀率的斜坡函数，是侵蚀系数，是幂。软底床的描述 (Soft bed description)对于一个软式的，部分固结的河床而言，第j层的侵蚀率被表述为(Parchure&Mehta, 1985):其中，是一个系数。参数取值 (Data)每层的侵蚀参数必须被设定为一个常数（时间上）。每层的临界侵蚀剪切力可被设定为： 在整个模型范围内为常数 在整个模型范围内为变化量如果是第二种情况，则必须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或dfsu文件。当采用dfsu文件时，相应参与计算网格点上的数据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

31、性插值方法。推荐值 (Recommended values)E的值是一个控制侵蚀速率的比例因子。对软床而言，其值一般在0.000005到0.00002kg/m2/s之间。如果设置了或的值，那么侵蚀率会以指数形式演变。的取值范围通常在4到26之间。对于临界剪切力，一般按下表取值：表2.2 临界剪切力临界侵蚀剪切力可按照如下方式由水流有效切应力得出： 其中，是第j层的水流有效切应力。备注与提示 (Remarks and hints)一般而言，软底床仅指最新输运落淤的床层。其它所有的床层通常被认为是硬底床。2.4.3 床层的密度 (Density of bed layers)必须为每一层的床层设定密

32、度。整个层（考虑所有粒径组）的密度都必须被设定。概述 (General Description)不同的泥沙类型根据其先前的地质历史而有不同的密度，化学属性，有机物含量和一些其它因素。如果研究区域的范围很大，就有必要获取该范围内不同区域的泥沙信息，用来生成该范围内每层的样本密度图。可以通过对该范围进行实地测量或者调查其地质历史来获取信息。垂向上，密度随压缩程度和泥的种类变化。不同的地质时期会留下不同密度的土质。例如，被冰川覆盖的区域可能有非常坚硬的床层，而经过长期沉积的区域可能被相对松散的泥土所覆盖。所以，有必要评估在不同深度的海床上的密度和强度，以此确定海床的垂向解析度和每层的密度。河床密度按

33、照以下表达式定义为干密度：参数取值 (Data)河床密度可按以下方式设定 在整个模型范围内为常数 在整个模型范围内为变化量河床密度被定义为干密度，其单位是kg/m3。如果是第二种情况，则必须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或dfsu文件。当采用dfsu文件时，相应参与计算网格点上的数据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。推荐值 (Recommended values)河床的密度范围可以按照下表取值。表2.3 河床密度备注与提示 (Remarks and hints)如果仅知道容重（或湿容重），可按照下面的公式计算密度：其中，是

34、容重(kg/m3)，是颗粒密度(kg/m3)，是水的密度(kg/m3)。2.4.4 床面糙率 (Bed roughness)床面糙率是对水流的阻力。它用于计算河床剪切力。床面糙率决定于床面的形状（沙丘，波纹等）以及颗粒的粒径。尽管沙丘、波纹等有其动态性，床面糙率是常数（时间上），这是因为局地床面形状的平均变化被认为是常数（时间上）。床面糙率相对于其它河床参数而言是独立的。参数取值 (Data)床面参数可设定为： 在整个模型范围内为常数 在整个模型范围内为变化量床面糙率可定义为尼古拉兹糙率(kn)，其单位是m。如果是第二种情况，则必须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dfs

35、2或dfsu文件。当采用dfsu文件时，相应参与计算网格点上的数据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。推荐值(Recommended values)kn通常被定义为泥沙直径的2.5倍。然而，对于细颗粒泥沙，床面形状变为主导因素，kn的推荐值在0.001m左右。2.4.5 床层间的转换 (Transition between layers)床层间的固结被视为床层间的泥沙转换率，Teisson(1992)。如果考虑床层间的泥沙转换，则必须设定与转换率相关的率定参数。参数取值 (Data)转换可设定为： 在整个模型范围内为常数 在整个模型范围内为变化量转换的单位是

36、kg/m2/s。2.5 地貌 (Morphology)如果研究范围内的地貌变化在某些区域与水深相当，则有必要考虑地貌对水动力的作用。比较典型的情况是，在浅水区域需要考虑这种长期作用，或者在浅水区域的疏浚/抛泥。2.5.1 概述 (General description)地貌变化是通过每一步的泥沙净通量对水深的更新来体现的。这样能确保河床演变的稳定新，不会破坏水动力模拟。其中， 当前时刻的水深值 下一步的水深值 当前时刻的泥沙净通量 时间步长地貌的更新将按以下方式加速地貌演变：其中，是一个无因次加速因子。每层的厚度以相同的方式更新。要注意的是悬沙量不受此影响，仅仅对河床有影响。2.5.2 备注与

37、提示 (Remarks and hints)如果设定的加速因子过大，则会在河床更新过程中产生内波，从而破坏水动力模拟的稳定性。2.6 外力 (Forcings)在这里被考虑的外力只有波浪。2.6.1 概述 (General description)波浪能增大底层的剪切力，从而增大侵蚀率和悬沙浓度。采用结合波流的剪切力公式来计算剪切力。2.6.2 波浪 (Waves)可以在计算中定义波浪： 无波浪 波浪场波浪场 (Wave field)可按以下方式设置波浪： 恒定波浪 随时空变化的波浪 波浪数据库（仅当模拟中考虑风时才可用）用户必须为波浪设定最小水深在所有的波浪计算中都需考虑液化(Liquefa

38、ction)作用。恒定波浪 (Constant waves)如果选择恒定波浪，波浪将是无定向传播的正弦波。用户必须为其设定波高、波周期及与正北方向的夹角。随着时空变化的波浪 (Time and space varying waves)如果在模拟区域内是变化量，则必须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（平均波高、波周期以及与正北方向的夹角）的dfs2或dfsu文件。当采用dfsu文件时，相应参与计算网格点上的数据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。如果与模拟的时间步长不相等，则采用插值方法，参见图2.5。图2.5 波浪场的插值（时间）波浪数

39、据库 (Wave database)如果在模拟中考虑风时该选项才可用。风应力参数在HD的对话框中设置。在风浪主导的区域，以及波浪对水位、风速、风向响应较快的区域，可以采用波浪数据库。波浪数据库由波浪场的离散值组成，其值是通过水位、风速、风向模拟得到。尽量使数据库中波浪场的离散量减至最少。例如，如果相对于水深而言的水位变化较小，则水位就不需要被离散。或者如果风主要从同一个方向吹来，则风向离散值就可减少。插值 (Interpolation)对每个网格点，由水位、风速和风向的局地值得到波浪参数（显著波高(Hs)，过零点波周期(T02)以及平均波向()，其方式是通过波浪数据库对波浪场进行插值，参见图2

40、.6。图2.6 用波浪数据库对波浪场进行插值液化 (Liquefaction)液化是对泥沙的弱化，这主要是由波浪造成的孔隙水压力絮凝所引起。如果要考虑液化，则必须设定一个液化因子。一般而言，考虑液化会增大侵蚀。最小水深 (Minimum water depth)用户还必须为波浪设定最小水深。 小于该水深就会采用剪切力的流速解而非波流解。2.7 扩散 (Dispersion)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。区分平流扩散和垂向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，而垂向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垂向扩散

41、现象区分对待。对每一粒径组分别定义扩散。2.7.1 平流扩散 (Horizontal dispersion)平流扩散问题可以采用三种方式表达： 无扩散 (No dispersion) 扩散系数公式 (Dispersion coefficient formulation) 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(Hydrodynamic module)中的涡

42、粘系数(Eddy Viscosity)。参数取值 (Data)在扩散系数的选项中，扩散系数(m2/s)的形式可设定为： 常数（时间和空间） 在模型范围内为变化量对于水平空间上存在变化但垂向上不变的情况，用户需准备一个和模拟区域范围相同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。2.7.2 垂向扩散 (Vertical dispersion)垂向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2.

43、7.1节。2.7.3 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。但为保证该参数取值与k-湍流模型中的经验常数相一致，在计算比例因子时所采用的普朗特数的数值大小须与湍流模块设置对话框中的普朗特数设定值相同。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

44、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。详细信息参见Rodi (1980) 。2.8 源 (Source)在许多应用中体现出稀释和悬浮项的点源的重要性，例如，河流出口的泥沙，冷却水或海水淡化厂的进排水口。在泥模块中可以在每个源点设定其每一成分的浓度。源的数目、它们的通用名、位置及强度可以在水动力模块(HYDRODYNAMIC MODULE)中的源的对话框(Source dialog)中设定。在选择属性的页面中，可以看到源的地理位置或是源的清单表。可分别为每个源的每个成分定义浓度。在清单表点击“Go t

45、o.”按键就可以到设定源的对话框。2.8.1 源的设定 (Source specification)源的类型可以两种方式设定： 指定浓度 (Specified concentration) 额外浓度 (Excess concentration)源通量通过得出，其中源强，是源的分量浓度。在水动力模块(HYDRODYNAMIC MODULE) 的源对话框 (Source dialog) 中定义源强。选择指定浓度选项，如果源强是正的（水由源流进周围水体），则源浓度就是指定的浓度。如果源强是负的（水由水体流向源），则源浓度就是源点处的浓度。该选项适用于河流出口或者浓度与周围水体无关的其它源。选择额外浓

46、度选项，如果源强是正的（水由源流进周围水体），则源浓度就是额外浓度与模型中该点的浓度之和。如果是一个孤立的源，该点就是源的地理位置。如果是一个相关的源，该点在水体流出的位置。如果源强是负的（水由水体流向源），则源浓度就是源点的浓度。参数取值 (Data)源项的资料可以被设定为 不随时间变化的常数 随时间变化如果要使用随时间变化的源汇项资料，必须在搭建水动力模块之前，准备一个源浓度(kg/m3)信息的文件。必须准备一个和模型范围相同的dfs0文件。输入文件必须包含整个模型周期。但是其时间步数不需要和水动力模型的时间步相吻合。如果时间步数不相吻合，模型会自动进行线性内插。2.8.2 备注与提示 (Remarks and hints)