MIKE泥沙中文說明書

MIKE3FLOWMODELFM粘性泥沙模塊用戶手冊目錄1 關于本文檔(Aboutthisguide) 41.1編寫本文檔的目的(Purpose) 41.2用戶所需的知識背景(AssumedUserBackground) 41.3MIKEZero模型編輯器程序界面結構(Generaleditorlayout) 41.3.1導航欄(Navigationtree) 41.3.2編輯窗體（Editorwindow） 41.3.3有效性顯示窗體(Validationwindow) 51.4在線幫助系統(tǒng)(Onlinehelp) 52粘性泥沙模塊(MUDTRANSPORTMODULE) 62.1參數(shù)的選取(ParameterSelection) 62.2求解格式(SolutionTechnique) 62.2.1備注與提示（Remarksandhints） 62.3水體參數(shù)(WaterColumnParameters) 72.3.1非粘性泥沙組分(Sandfraction) 72.3.2沉速(Settling) 82.3.3淤積(Deposition) 132.3.4粘滯系數(shù)與密度(ViscosityandDensity) 152.4底床參數(shù)(BedParameters) 152.4.1概述(Generaldescription) 152.4.2侵蝕(Erosion) 162.4.3床層的密度(Densityofbedlayers) 182.4.4床面糙率(Bedroughness) 202.4.5床層間的轉換(Transitionbetweenlayers) 202.5地貌(Morphology) 212.5.1一般性描述(Generaldescription) 212.5.2備注與提示(Remarksandhints) 212.6外力(Forcings) 212.6.1一般性描述(Generaldescription) 212.6.2波浪(Waves) 222.7擴散(Dispersion) 252.7.1平流擴散(Horizontaldispersion) 252.7.2垂向擴散(Verticaldispersion) 262.7.3推薦設置(Recommendedvalues) 262.8源(Source) 262.8.1源的設定(Sourcespecification) 262.8.2備注與提示(Remarksandhints) 272.9初始條件(InitialConditions) 272.9.1懸沙組分濃度(Fractionconcentration) 272.9.2床層厚度(Layerthickness) 282.9.3粒徑組的分布(Fractiondistribution) 282.10邊界條件(BoundaryConditions) 28邊界設置（BoundarySpecification） 282.11輸出(Outputs) 302.11.1地理視圖(GeographicalView) 302.11.2輸出設定(Outputspecification) 30Table2.4各種文件的查看，編輯和繪制工具列表 30輸出文件(Outputfile) 31 整個區(qū)域 31 僅輸出濕區(qū) 312.11.3輸出項目(Outputitems) 33關于本文檔(Aboutthisguide)1.1編寫本文檔的目的(Purpose)編寫本文檔的主要目的在于指導用戶使用MIKE3FlowModelFM模型中的粘性泥沙模塊，該模塊主要用于模擬粘性泥沙的輸運。1.2用戶所需的知識背景(AssumedUserBackground)盡管粘性泥沙模塊有著合理且友好的用戶界面、詳盡的用戶使用手冊和在線幫助文檔，但對于程序而言，模型的調試和模擬結果正確性的判斷方面仍然要求用戶具備一些泥沙輸運的相關理論背景知識。我們亦假定水動力模塊用戶對Mike3的基本組件已達到熟悉的程度。如相關的各種類型的文件及其編輯器、繪圖工具（PlotComposer）、MikeZeroToolbox、數(shù)據(jù)查看工具（DataViewer）以及網格生成工具（MeshGenerator）。上述Mike3基本組件的說明文檔詳見C:\ProgramFiles\DHI\MIKEZero\Manuals\MIKE_ZERO\MzGeneric.pdf。1.3MIKEZero模型編輯器程序界面結構(Generaleditorlayout)MIKEZero模型編輯器包含三個組成部分。1.3.1導航欄(Navigationtree)模型編輯器的左側為導航欄，導航欄內以樹形結構顯示模型配置選項。用戶選中導航欄內樹形結構中的任一條目，相應的設置界面即會在中間的編輯窗體中顯示。1.3.2編輯窗體（Editorwindow）導航欄中所有條目對應的編輯界面均在程序中間的編輯窗體中顯示。該窗體中內容與用戶選擇的條目相對應，且可能包含多個屬性頁面。對于空間數(shù)據(jù)相關的條目如源匯項（sources），邊界（boundaries）以及輸出結果（output）等，編輯窗體中會相應顯示相關條目的空間配置狀況。用戶可以在編輯窗體的底部選擇這種空間顯示方式的瀏覽操作，如放大、縮小或返回區(qū)域中點等操作；程序亦提供了一個文本菜單項供用戶選擇是否顯示圖形化的地形、網格、GIS背景圖層或圖例；從該文本菜單項中用戶亦可進行查看前一操作、后一操作或顯示全部范圍的屏顯操作；此外，如果用戶在正在圖形化顯示某一條目的時候選中另一條目，則編輯窗體中的圖形化顯示界面將自動更新為新選項對應的內容。1.3.3有效性顯示窗體(Validationwindow)在程序界面的底部為有效性顯示窗體，其功能為顯示用戶所進行的模型設置的有效性檢驗結果。它可以動態(tài)實時顯示當前用戶完成的設置操作的有效性檢驗結果，當檢驗結果中發(fā)現(xiàn)錯誤時，用戶雙擊該錯誤顯示則程序會自動將產生錯誤的條目置為當前條目。1.4在線幫助系統(tǒng)(Onlinehelp)調出在線幫助系統(tǒng)的方法有多種，用戶可按照個人需要選擇任意一種方法使用：按下F1功能鍵尋求幫助按下F1功能鍵即可將當前條目的相關幫助信息調出，如圖1.1所示。在幫助頁面中手工打開在線幫助系統(tǒng)在幫助菜單中，選中“helptopics”菜單項即可調出在線幫助系統(tǒng)。圖1.1MIKE3FlowModelFM在線幫助系統(tǒng)2粘性泥沙模塊(MUDTRANSPORTMODULE)粘性泥沙模塊的主要功能在于模擬水動力模塊計算所得水流條件下的粘性泥沙輸移過程。2.1參數(shù)的選取(ParameterSelection)用戶需設定泥沙分組數(shù)和底床分層數(shù)模型中允許的最大泥沙組數(shù)為8.模型中允許的最大底床分層數(shù)為12.在保證底床分層能夠充分體現(xiàn)沉積物垂向變異規(guī)律的前提下，建議盡可能地減小底床分層數(shù)目。2.2求解格式(SolutionTechnique)模型計算的時間和精度取決于計算數(shù)值方法所使用的求解格式精度。模型計算可以使用低階（一階精度）或是高階（二階精度）的方法。低階方法計算快但計算結果但精確度較差，高階的方法計算精度高但速度較慢。更為詳盡的關于數(shù)值計算方法的介紹，請參考科學背景手冊。淺水方程的時間積分和輸移(擴散)方程是基于半隱格式求解，相應平流項采用顯式格式求解，而垂直對流項則采用全隱格式求解。受顯式格式穩(wěn)定性的限制，為保持模型計算的穩(wěn)定性，模型中時間步長的設定必須保證CFL數(shù)(第27頁)小于1，為保證所有網格點CFL數(shù)均滿足該限制條件，模型中時間步長的取值采用一浮動范圍的方式，因此模型中用戶需設定一最小和最大時間步長范圍，相應擴散方程的時間步長在模型的計算過程中自動與主時間步長相匹配。用戶可在HydrodynamicModel的求解格式對話框中進行最小和最大時間步長范圍以及臨界CFL數(shù)的設置。2.2.1備注與提示（Remarksandhints）在所模擬的物理過程中，如果對流占優(yōu)，則應選擇較高階的空間離散格式。如果擴散占優(yōu)，則較低階的空間離散格式就可以滿足模擬所需精度。一般來說，時間積分和空間離散方法應選擇同樣的計算精度格式。通常模型計算中采用高階時間積分方法的計算時間是低階方法的兩倍；而采用高階的空間離散方法所耗計算時間為采用低階方法的1?到2倍。若同時選擇高階的時間積分及空間離散方法，所耗計算時間將會是同時選擇低階方法時的3-4倍。一般來說采用高階方法的計算結果的精確性通常會高于采用低階方法的計算結果。模型中CFL數(shù)的程序默認設置為1。一般而言CFL數(shù)小于1時，模型即可保持計算的穩(wěn)定性。但因實際計算過程中CFL數(shù)的數(shù)值為近似預估值，故在這種默認設置情況下仍然存在發(fā)生模型計算失穩(wěn)的可能性。因此當這種情況發(fā)生時，用戶可將臨界CFL值適當減?。ㄈ≈捣秶橛?到1之間），此外用戶亦可適當減小所設定的最大時間步長。必須指出，當用戶將最小和最大時間步長均設定為與主時間步長相同時，模型將以恒定時間步長進行計算，此時為保證計算的穩(wěn)定性，相應時間步長的取值必須要滿足CFL值小于1。計算的總時間步數(shù)、最大最小時間步長均會記錄在log文件中，而CFL數(shù)則可以輸出至結果文件中。采用高階方法進行計算時可以模擬出陡坡處存在的水躍和水跌現(xiàn)象。因此，當模型計算時同時選擇了高階方法和最大最小質量濃度控制選項時，計算過程中將無法保證質量守恒。2.3水體參數(shù)(WaterColumnParameters)本選項中需要用戶設定的各水體參數(shù)涉及到幾乎所有關于水體中泥沙運動過程的問題。這里必須設定模擬的是純粘性的泥沙或者有一部分粒徑組是非粘性的（沙）。通常認為粒徑大于60m的泥沙是非粘性的。水體參數(shù)主要包括以下幾個部分：非粘性泥沙組分懸沙沉降特性懸沙淤積特性渦粘特性和密度2.3.1非粘性泥沙組分(Sandfraction)描述(Description)泥沙輸運以水動力為基礎。泥沙輸運方式一般可分為兩種，粘性和非粘性。粘性泥沙的沉速小，對水動力變化的響應慢。它在水體中的輸移主要以平流為主。而非粘性泥沙的沉速較大，濃度分布對水動力變化的響應也較快，所以大部分的非粘性泥沙會以推移質的形式在近底層運動。MIKE3MT同樣能夠模擬細顆粒非粘性懸浮泥沙的輸移過程。該功能是在已知泥沙特性和水動力條件下，通過計算平衡狀態(tài)下的濃度分布來實現(xiàn)的。模型中假定床面侵蝕以成層沖刷的方式進行，即認為當床面侵蝕發(fā)生時，床面上處于同一薄層內的沉積物是以無分選性起動的方式被水流沖刷帶走的。也就是說，MT模塊中的侵蝕公式計算的是所有粒徑組的最大沖刷量。模型中亦假定被整體沖刷的薄層沉積物進入水體以后會在水流紊動作用下解體或重組。當然由于非粘性泥沙顆粒間粘滯力極為微弱的緣故，上述假定不適用于非粘性泥沙組分，非粘性泥沙組分輸移、沉降過程主要通過計算給定泥沙特性和水動力條件下的水流挾沙力來完成。如果水體中的非粘性泥沙濃度大于相應水流挾沙力，則相應多余的泥沙即會淤積至床面，即所求水流挾沙力為不沖不淤平衡狀態(tài)下的含沙量。更多的信息參見MIKE3MT科學背景手冊推薦值(Recommendedvalues)泥沙顆粒的平均沉速可通過斯托克斯沉速公式來估算。參見SettlingVelocity。備注與提示(Remarksandhints)不包括推移質。如果含有非粘性砂組分，用戶必須確保該組分主要以懸沙形式輸移。2.3.2沉速(Settling)懸沙的沉速主要可分為四種：等速沉降絮凝沉降群體沉降浮泥如果選擇等速沉降，沉速取值為常數(shù)。如果選擇絮凝沉降，還可以選擇是否考慮群體沉降，并有兩種群體沉速公式可供選擇，Richardson和Zaki（1954）公式或Winterwerp（1999）公式。概述(GeneralDescription)沉速決定于顆粒的大小?？赏ㄟ^斯托克斯公式粗略估計單顆粒泥沙的沉速：其中，：泥沙密度(kg/m3)(石英=2650kg/m3)：水的密度：重力加速度(9.82m/s2)：粒徑(m)：運動粘度(m2/s)：沉速(m/s)如果是細顆粒粘性泥沙(<0.006mm)，沉降顆粒的粒徑和沉速取決于絮凝率。當水體中懸沙濃度較低時，粘性細顆粒泥沙顆粒間發(fā)生碰撞的概率較低，此時泥沙顆粒沉速接近于單顆粒泥沙的沉速。而隨著水體中懸沙濃度的增高，粘性泥沙顆粒間的碰撞亦相應更為頻繁，在顆粒間粘滯力的作用下粘性細顆粒泥沙會吸附在一起形成粒徑較大的絮凝體。這會導致顆粒/絮團的粒徑和沉速增大。圖2.1典型的沉速變化還有許多其它因素可以增大或減小絮團的粒徑。在0—9psu之間的鹽度能增大其粒徑，高濃度的有機物也能增大絮團。高強度的紊動能破壞絮團的結構從而減小其粒徑。隨著懸沙濃度的進一步增大，最終絮團在沉降的過程中開始影響水流結構。實際上，絮團在沉降過程中會引起一股上升流，這股上升流會平衡或阻礙泥沙的沉降過程，從而導致泥沙顆粒的沉速降低。含沙量的進一步增大則會使絮團顆粒間的間距更加狹小，此時水體中的懸沙性質類似于浮泥，顆粒以群體形式沉降，沉速大幅變小甚至微弱到可以忽略不計。參數(shù)取值(data)懸沙的沉速可分為四種：等速沉降絮凝沉降群體沉降浮泥如果選擇等速沉降，沉速取值為常數(shù)。如果選擇絮凝沉降，還可以選擇是否考慮群體沉降，并有兩種干擾沉速公式可供選擇，Richardson和Zaki（1954）公式或Winterwerp（1999）公式。等速沉降(Constantsettlingvelocity)如果假定含沙量不影響沉速，那么可以選擇等速沉降。如果選擇等速沉降，沉速在模擬過程中保持不變且不隨含沙量改變。絮凝(Flocculation)如果含沙量足夠高，能使絮團影響互相的沉速。這是因為絮團間的碰撞會增大其粒徑，從而增大其沉速。在這種情況下要選擇絮凝沉降。程序默認情況下的絮凝含沙量是忽略群體沉降的。計算方法參見圖2.2圖2.2選擇絮凝沉降時的含沙量分布顆粒的密度絮凝初始時刻的含沙量總含沙量（所有粒徑組的含沙量總和）群體沉降初始時的含沙量沉速沉速系數(shù)冪（常數(shù)）群體沉降(Hinderedsettling)當含沙量足夠高，使絮團能影響互相的沉速，并使其不能自由沉降，導致沉速變小。在這種情況下要選擇群體沉降。當指定的群體沉降的含沙量大于群體沉降時的初始值，計算方法參見圖2.3。圖2.3選擇干擾沉速時的計算方法這里有兩個沉速公式可供選擇。Richardson和Zaki（1954）公式(FormulationbyRichardsonandZaki(1954))對于單組粒徑，標準的Richardson和Zaki公式為：對于多組粒徑，Richardson和Zaki公式可擴展為：其中，沉速系數(shù)粒徑組的冪指數(shù)絮凝臨界含沙量Winterwerp（1999）公式(FormulationbyWinterwerp(1999))其中，這里的是泥沙的干密度。浮泥(Fluidmud)在MT模型中，浮泥是作為底邊界層來考慮的，其沉降過程采用底部沉積物固結過程表達。沉速隨鹽度變化的調整(Modificationofsettlingvelocityduetosalinityvariation)在淡水/微咸水中，絮凝過程會降低，這會影響沉速。由于絮團粒徑較小，沉速會降低。將沉速乘以一個比例系數(shù)來模擬這種情況。其中和是率定系數(shù)。和沒有在菜單中顯示，它們的默認值分別為=0.5，=-0.33。推薦值(Recommendedvalues)下面的表格粗略的描述了不同范圍的沉降過程。表2.1沉降范圍備注與提示(Remarksandhints)因考慮了鹽度對絮凝的影響，所以在水動力模擬中必須考慮密度的變化（溫鹽函數(shù)或鹽度函數(shù)）。要注意的是當鹽度超過10psu時，鹽度對絮凝的作用不再增大。系數(shù)和的默認設置分別為0.5和-0.33，且該設置不在菜單中顯示。和也同樣如此，它們的默認值為1。2.3.3淤積(Deposition)概述(GeneralDescription)水體中泥沙的淤積過程是指泥沙從懸沙變?yōu)榈状渤练e物的轉換過程。當水流床面切應力小于泥沙臨界淤積切應力時，就會發(fā)生淤積。第i組粒徑的泥沙淤積量可表述為：其中是淤積速率的斜坡函數(shù)，是沉速，是第i組粒徑的泥沙在近底層含沙量。淤積速率的斜坡函數(shù)定義為：含沙量分布(Concentrationprofiles)Teeterprofile基于Teeterprofile公式，可以描述近底含沙量與垂線平均含沙量的關系：其中，是與第i組粒徑泥沙相應的Peclet數(shù)，定義為：其中，是摩租流速，是馮卡門常數(shù)，一般取為0.4。Rouseprofile通過Rouseprofile公式可以描述近底含沙量與垂線平均含沙量的關系。近底含沙量可定義為：其中，是質心的相對高度，定義為從河床到含沙量的質量中心的距離與水深之比。它不隨時間變化，所以近底含沙量分布是恒定的。沉積率的計算方法為:,當<參數(shù)取值(Data)臨界淤積切應力可以兩種方式設定在模型區(qū)域內為常數(shù)在模型區(qū)域內為變化量如果是第二種情況，則必須準備一空間上至少完整包括模擬區(qū)域范圍且包含相關參數(shù)信息的dfs2或dfsu文件。當采用dfsu文件時，相應參與計算網格點上的數(shù)據(jù)采用分段常數(shù)插值方法生成，而當采用dfs2文件時，則采用雙線性插值方法。推薦值(Recommendedvalues)起動拖曳力通常是一個校準參數(shù)。這個值一般小于侵蝕剪切力。它的取值范圍一般是0-0.1N/m2。相對的質心高度通常近似0.3。備注與提示(Remarksandhints)如果臨界淤積切應力數(shù)值越大，則泥沙的淤積量越大。反之亦然。2.3.4粘滯系數(shù)與密度(ViscosityandDensity)如果在水動力模塊中的密度類型選項中沒有選擇正壓模式，用戶就可以在泥沙輸運計算中設定有關參數(shù)，用以反饋給水動力計算中的粘滯系數(shù)和密度。當采用斜壓模式計算時，用戶必須設定懸沙的密度，以及反饋給粘滯系數(shù)的初始和參考含沙量。備注與提示(Remarksandhints)只有含沙量很高時，這些反饋信息會對水動力計算有重大影響。2.4底床參數(shù)(BedParameters)底床參數(shù)定義為控制河床變化過程的參數(shù)。這里必須設定每層的侵蝕過程、密度和床面糙率參數(shù)。河床參數(shù)主要包括一下幾個部分：侵蝕過程每層河床的密度床面糙率每層河床間的轉換2.4.1概述(Generaldescription)粘性泥沙模塊中的河床有一層或多層。每一層都需要定義河床層內的泥沙總量，干容重、濕容重以及抗沖性。每層河床的泥沙由該層內所有粒徑組的泥沙組成。每層泥沙的量被認為是變化的，這就意味著該模型在模擬過程中可以反演床沙顆粒組成的時空變化。每層的干容重和抗沖性在時間上是不變的。河床層被視為“功能”層，它的每一層由其干密度和侵蝕性來描述，而不是物理層，物理層的物理性質會因固結或者其它過程隨時間變化。在之前的河床描述中，固結過程被表述為泥沙從河床的一層轉換到另一層的過程。河床的第一層（最上層）為“最弱”層，主要是浮泥或新淤積的泥沙，其下層面的密度及強度都不斷遞增。圖2.4是一個河床（包括兩層）的示例，描述了輸運過程對其的影響。在模擬過程中，河床的一層或多層被完全侵蝕，以至于在某些地方該層變?yōu)椤翱瞻住?。在特定時間、特定地點的活動層被定義為從頂端數(shù)起的第一層，該層是非“空白”的。侵蝕總是從活動層開始。淤積下來的泥沙也總是落淤于最上層。圖2.4包括粘性泥沙模塊過程。床層在水體—河床交界面以下（點線）第j層河床層，某水平網格上的第i組粒徑組的泥沙量按照下面的表達式每一步都做更新。其中，(kg/m2)是泥沙量，(kg/m2/s)是一個可能淤積量（僅在河床最上層），(kg/m2/s)是一個可能侵蝕量（僅從活動層開始），(kg/m2/s)是一個可能向下轉化的泥沙量，(s)是模擬的時間步。第i層河床層的厚度從以下的計算式得到：其中，(m)是河床層的厚度，(kg/m2)是總泥沙量，(kg/m3)是干密度。2.4.2侵蝕(Erosion)河床層的侵蝕是指從泥沙從河床向水體轉換。侵蝕從床面活動層開始（參見BedDescription），當床面水流剪切力()大于臨界侵蝕剪切力()時就會發(fā)生。每層的河床參數(shù)都是常數(shù)。所以僅在活動層計算侵蝕。被侵蝕的物質會根據(jù)其在河床的分布被分散到不同的粒徑組。臨界侵蝕剪切力(Criticalshearstressforerosion)侵蝕的標準是床面剪切力大于臨界侵蝕剪切力，相應的推動力超過了穩(wěn)定力。在模擬過程中臨界侵蝕剪切力是常數(shù)。硬床描述(Hardbeddescription)對于一個致密固結的河床，第j層的侵蝕率被表述為(Partheniades,1989)：其中，是一個侵蝕率的斜坡函數(shù)，是侵蝕系數(shù)，是冪。軟床的描述(Softbeddescription)對于一個軟式的，部分固結的河床而言，第j層的侵蝕率被表述為(Parchure&Mehta,1985):其中，是一個系數(shù)。參數(shù)取值(Data)每層的侵蝕參數(shù)必須被設定為一個常數(shù)（時間上）。每層的臨界侵蝕剪切力可被設定為：在整個模型范圍內為常數(shù)在整個模型范圍內為變化量如果是第二種情況，則必須準備一空間上至少完整包括模擬區(qū)域范圍且包含相關參數(shù)信息的dfs2或dfsu文件。當采用dfsu文件時，相應參與計算網格點上的數(shù)據(jù)采用分段常數(shù)插值方法生成，而當采用dfs2文件時，則采用雙線性插值方法。推薦值(Recommendedvalues)E的值是一個控制侵蝕速率的比例因子。對軟床而言，其值一般在0.000005到0.00002kg/m2/s之間。如果設置了或的值，那么侵蝕率會以指數(shù)形式演變。的取值范圍通常在4到26之間。對于臨界剪切力，一般按下表取值：表2.2臨界剪切力臨界侵蝕剪切力可按照如下方式由水流有效切應力得出：其中，是第j層的水流有效切應力。備注與提示(Remarksandhints)一般而言，軟底床僅指最新輸運落淤的床層。其它所有的床層通常被認為是硬底床。2.4.3床層的密度(Densityofbedlayers)必須為每一層的床層設定密度。整個層（考慮所有粒徑組）的密度都必須被設定。一般性描述(GeneralDescription)不同的泥沙類型根據(jù)其先前的地質歷史而有不同的密度，化學屬性，有機物含量和一些其它因素。如果研究區(qū)域的范圍很大，就有必要獲取該范圍內不同區(qū)域的泥沙信息，用來生成該范圍內每層的樣本密度圖?？梢酝ㄟ^對該范圍進行實地測量或者調查其地質歷史來獲取信息。垂向上，密度隨壓縮程度和泥的種類變化。不同的地質時期會留下不同密度的土質。例如，被冰川覆蓋的區(qū)域可能有非常堅硬的床層，而經過長期沉積的區(qū)域可能被相對松散的泥土所覆蓋。所以，有必要給出在不同深度的海床上的密度和強度，以此確定海床的垂向解析度和每層的密度。河床密度按照以下表達式定義為干容重：參數(shù)取值(Data)河床密度可按以下方式設定在整個模型范圍內為常數(shù)在整個模型范圍內為變化量河床密度被定義為干密度，其單位是kg/m3。如果是第二種情況，則必須準備一空間上至少完整包括模擬區(qū)域范圍且包含相關參數(shù)信息的dfs2或dfsu文件。當采用dfsu文件時，相應參與計算網格點上的數(shù)據(jù)采用分段常數(shù)插值方法生成，而當采用dfs2文件時，則采用雙線性插值方法。推薦值(Recommendedvalues)河床的密度范圍可以按照下表取值。表2.3河床密度備注與提示(Remarksandhints)如果僅知道容重(bulkdensity)（或濕密度(wetdensity)），可按照下面的公式計算密度：其中，是容重(kg/m3)，是顆粒密度(kg/m3)，是水的密度(kg/m3)。2.4.4床面糙率(Bedroughness)床面糙率是對水流的阻力。它用于計算河床剪切力。床面糙率決定于床面的形態(tài)（沙丘，波紋等）以及顆粒的粒徑。盡管沙丘、波紋等有其動態(tài)性，床面糙率是常數(shù)（時間上），這是因為局地床面形態(tài)的平均變化被認為是常數(shù)（時間上）。床面糙率相對于其它河床參數(shù)而言是獨立的。參數(shù)取值(Data)床面參數(shù)可設定為：在整個模型范圍內為常數(shù)在整個模型范圍內為變化量床面糙率可定義為尼古拉茲糙率(kn)，其單位是m。如果是第二種情況，則必須準備一空間上至少完整包括模擬區(qū)域范圍且包含相關參數(shù)信息的dfs2或dfsu文件。當采用dfsu文件時，相應參與計算網格點上的數(shù)據(jù)采用分段常數(shù)插值方法生成，而當采用dfs2文件時，則采用雙線性插值方法。推薦值(Recommendedvalues)kn通常被定義為泥沙直徑的2.5倍。然而，對于細顆粒泥沙，床面形狀變?yōu)橹鲗б蛩?，kn的推薦值在0.001m左右。2.4.5床層間的轉換(Transitionbetweenlayers)床層間的固結被視為床層間的泥沙轉換率，Teisson(1992)。如果考慮床層間的泥沙轉換，則必須設定與轉換率相關的率定參數(shù)。參數(shù)取值(Data)轉換可設定為：在整個模型范圍內為常數(shù)在整個模型范圍內為變化量轉換的單位是kg/m2/s。2.5地貌(Morphology)如果研究范圍內的地貌變化在某些區(qū)域與水深相當，則有必要考慮地貌對水動力的作用。比較典型的情況是，在淺水區(qū)域需要考慮這種長期作用，或者在淺水區(qū)域的疏浚/拋泥。2.5.1一般性描述(Generaldescription)地貌變化是通過每一步的泥沙凈通量對水深的更新來體現(xiàn)的。這樣能確保河床演變的穩(wěn)定新，不會破壞水動力模擬。其中，當前時刻的水深值下一步的水深值當前時刻的泥沙凈通量時間步長地貌的更新將按以下方式加速地貌演變：其中，是一個無因次加速因子。每層的厚度以相同的方式更新。要注意的是懸沙量不受此影響，僅僅對河床有影響。2.5.2備注與提示(Remarksandhints)如果設定的加速因子過大，則會在河床更新過程中產生內波，從而破壞水動力模擬的穩(wěn)定性。2.6外力(Forcings)在這里被考慮的外力只有波浪。2.6.1一般性描述(Generaldescription)波浪能增大底層的剪切力，從而增大侵蝕率和懸沙濃度。采用結合波流的剪切力公式來計算剪切力。2.6.2波浪(Waves)可以在計算中定義波浪：無波浪波浪場波浪場(Wavefield)可按以下方式設置波浪：恒定波浪隨時空變化的波浪波浪數(shù)據(jù)庫（僅當模擬中考慮風時才可用）用戶必須為波浪設定最小水深在所有的波浪計算中都需考慮液化(Liquefaction)作用。恒定波浪(Constantwaves)如果選擇恒定波浪，波浪將是無定向傳播的正弦波。用戶必須為其設定波高、波周期及與正北方向的夾角。隨著時空變化的波浪(Timeandspacevaryingwaves)如果在模擬區(qū)域內是變化量，則必須準備一空間上至少完整包括模擬區(qū)域范圍且包含相關參數(shù)信息（平均波高、波周期以及與正北方向的夾角）的dfs2或dfsu文件。當采用dfsu文件時，相應參與計算網格點上的數(shù)據(jù)采用分段常數(shù)插值方法生成，而當采用dfs2文件時，則采用雙線性插值方法。如果與模擬的時間步長不相等，則采用插值方法，參見圖2.5。圖2.5波浪場的插值（時間）波浪數(shù)據(jù)庫(Wavedatabase)如果在模擬中考慮風時該選項才可用。風應力參數(shù)在HD的對話框中設置。在風浪主導的區(qū)域，以及波浪對水位、風速、風向響應較快的區(qū)域，可以采用波浪數(shù)據(jù)庫形式設定泥沙計算所需的波浪條件。在波浪數(shù)據(jù)庫中，波要素隨水位、風速、風向變化而變化。在計算時，對于某一水位對應的風速和風向條件，MT模型自動從用戶提供的波浪數(shù)據(jù)庫中檢索相應條件所對應的波要素數(shù)值。必須指出，實際計算中波浪數(shù)據(jù)庫中水位、風速、風向和波要素的數(shù)據(jù)組合應盡可能合理的減少，以提高計算的速度。例如，如果相對于水深而言的水位變化較小，則不同水位的組合可盡可能減少?；蛘呷绻L主要從同一個方向吹來，則不同風向的組合亦可盡可能減少。插值(Interpolation)對每個網格點，由水位、風速和風向的局地值得到波浪參數(shù)（顯著波高(Hs)，過零點波周期(T02)以及平均波向()，其方式是通過波浪數(shù)據(jù)庫對波浪場進行插值，參見圖2.6。圖2.6用波浪數(shù)據(jù)庫對波浪場進行插值液化(Liquefaction)液化是對泥沙的弱化，這主要是由波浪造成的孔隙水壓力絮凝所引起。如果要考慮液化，則必須設定一個液化因子。一般而言，考慮液化會增大侵蝕。最小水深(Minimumwaterdepth)用戶還必須為波浪設定最小水深。小于該水深就會采用剪切力的流速解而非波流解。2.7擴散(Dispersion)3D模型中的擴散項主要用來描述因不確定的物理過程引起的輸移問題。區(qū)分平流擴散和垂向擴散問題對于海岸區(qū)域而言是十分必要的，平流擴散現(xiàn)象主要由不確定的渦流引起，而垂向擴散現(xiàn)象則主要由近底紊流引起。因此在本模塊中亦將水平和垂向擴散現(xiàn)象區(qū)分對待。對每一粒徑組分別定義擴散。2.7.1平流擴散(Horizontaldispersion)平流擴散問題可以采用三種方式表達：無擴散(Nodispersion)擴散系數(shù)公式(Dispersioncoefficientformulation)渦粘系數(shù)類比公式(Scalededdyviscosityformulation)當采用擴散系數(shù)公式時，用戶需給定擴散系數(shù)的數(shù)值（單位m2/s）。當采用渦粘系數(shù)類比公式時，水流方程求解時所需的擴散系數(shù)通過將渦粘系數(shù)乘以一比例系數(shù)的方式獲得。關于渦粘系數(shù)的詳述可參考水動力模塊(Hydrodynamicmodule)中的渦粘系數(shù)(EddyViscosity)。參數(shù)取值(Data)在擴散系數(shù)的選項中，擴散系數(shù)（m2/s）的形式可設定為：常數(shù)（時間和空間）在模型范圍內為變化量對于水平空間上存在變化但垂向上不變的情況，用戶需準備一個和模擬區(qū)域范圍相同的包含有擴散系數(shù)信息的dfsu文件或dfs2文件。當采用dfsu文件時，相應參與計算網格點上的擴散系數(shù)采用分段常數(shù)插值方法生成，而當采用dfs2文件時，則采用雙線性插值方法。比例系數(shù)(Scalingfactor)比例系數(shù)可設為一常數(shù)。2.7.2垂向擴散(Verticaldispersion)垂向擴散問題的相關設置與平流擴散問題相關設置完全相同，可參考2.7.1節(jié)。2.7.3推薦設置(Recommendedvalues)當基于渦粘系數(shù)類比公式（如Smagorinsky或k-ε模型）的方法進行擴散系數(shù)設置時，用戶需設定渦粘系數(shù)比例因子參數(shù)。這里提到的比例因子可以由普朗特數(shù)的倒數(shù)QUOTE得出。但為保證該參數(shù)取值與k-ε湍流模型中的經驗常數(shù)相一致，在計算比例因子時所采用的普朗特數(shù)的數(shù)值大小須與湍流模塊設置對話框中的普朗特數(shù)設定值相同。程序中普朗特數(shù)的默認設定值為0.9，相應比例因子為1.1。通常在模擬計算過程中，擴散系數(shù)是輸運模塊調試時非常重要的率定參數(shù)之一。準確的直接預估出該參數(shù)的合理取值是較為困難的。但由雷諾相似準則可知，擴散系數(shù)可以表達為一長度變量和速度變量的函數(shù)。在淺水條件下通常可用水深代表上述長度變量，相應速度變量亦可采用一特征流速表征。通?！氨壤蜃印眳?shù)的取值一般接近于1。詳細信息參見Rodi(1980)。2.8源(Source)在粘性泥沙模塊中可以在每個源點設定其每一懸沙組分的濃度。源的數(shù)目、它們的通用名、位置及強度可以在水動力模塊(HYDRODYNAMICMODULE)中的源的對話框(Sourcedialog)中設定。在選擇屬性的頁面中，可以看到源的地理位置或是源的清單表。可分別為每個源的每個懸沙組分定義濃度。在清單表點擊“Goto...”按鍵就可以到設定源的對話框。2.8.1源的設定(Sourcespecification)源的類型可以兩種方式設定：指定濃度(Specifiedconcentration)額外濃度(Excessconcentration)源通量通過得出，其中源強，是源的分量濃度。在水動力模塊(HYDRODYNAMICMODULE)的源對話框(Sourcedialog)中定義源強。選擇指定濃度選項，如果源強是正的（水由源流進周圍水體），則源濃度就是指定的濃度。如果源強是負的（水由水體流向源），則源濃度就是源點處的濃度。該選項適用于河流出口或者濃度與周圍水體無關的其它源。選擇額外濃度選項，如果源強是正的（水由源流進周圍水體），則源濃度就是額外濃度與模型中該點的濃度之和。如果是一個孤立的源，該點就是源的地理位置。如果是一個相關的源，該點在水體流出的位置。如果源強是負的（水由水體流向源），則源濃度就是源點的濃度。參數(shù)取值(Data)源項的資料可以被設定為不隨時間變化的常數(shù)隨時間變化如果要使用隨時間變化的源匯項資料，必須在搭建水動力模塊之前，準備一個源濃度(kg/m3)信息的文件。必須準備一個和模型范圍相同的dfs0文件。輸入文件必須包含整個模型周期。但是其時間步數(shù)不需要和水動力模型的時間步相吻合。如果時間步數(shù)不相吻合，模型會自動進行線性內插。2.8.2備注與提示(Remarksandhints)點源會進入整個單元格。例如，在初始時刻，點源所在處的入流量被分布于整個單元格。所以模擬結果的源濃度會低于給定的源濃度。2.9初始條件(InitialConditions)初始條件是整個計算范圍內初始時刻各組分的濃度在空間上的分布。用戶必須給出初始條件。初始條件可以是上一個模擬的結果（即采用熱啟動方式進行計算）。必須為每個分量分別設定初始條件。2.9.1懸沙組分濃度(Fractionconcentration)用戶必須為各個懸沙組分設定初始濃度。參數(shù)取值(Data)各組分的初始濃度可設定為：在模型范圍內是常數(shù)在模型范圍內是變化量單位是kg/m3。典型的背景濃度為0.01kg/m3。如果在模型范圍內是變化量，用戶在進行水動力模擬前，需準備一空間上至少完整包括模擬區(qū)域范圍且包含相關初始條件的3d無結構數(shù)據(jù)文件（dfsu）或3d網格化數(shù)據(jù)文件（dfs3）。當采用dfsu文件時，相應計算網格上的初始條件采用分段常數(shù)插值方法生成；當采用dfs3文件時，相應計算網格上的初始條件基于雙線性插值方法生成；如果輸入數(shù)據(jù)文件中只包含一個時間步的數(shù)據(jù)時，模型將自動將該時間步的數(shù)據(jù)作為初值場使用，但如果輸入數(shù)據(jù)文件（如先前模型計算的結果）中存在多個時間步數(shù)據(jù)且包含模型計算的開始時刻時，程序將自動將選擇模型計算開始時刻的數(shù)據(jù)作為初值場。2.9.2床層厚度(Layerthickness)必須為每層河床設定初始厚度。參數(shù)取值(Data)每層河床的初始厚度可設定為：在模型范圍內為常數(shù)在模型范圍內為變化量單位是m。如果在模型范圍內是變化量，用戶在進行水動力模擬前，需準備一空間上至少完整包括模擬區(qū)域范圍且包含相關初始條件的3d無結構數(shù)據(jù)文件（dfsu）或3d網格化數(shù)據(jù)文件（dfs3）。當采用dfsu文件時，相應計算網格上的初始條件采用分段常數(shù)插值方法生成；當采用dfs3文件時，相應計算網格上的初始條件基于雙線性插值方法生成；如果輸入數(shù)據(jù)文件中只包含一個時間步的數(shù)據(jù)時，模型將自動將該時間步的數(shù)據(jù)作為初值場使用，但如果輸入數(shù)據(jù)文件（如先前模型計算的結果）中存在多個時間步數(shù)據(jù)且包含模型計算的開始時刻時，程序將自動將選擇模型計算開始時刻的數(shù)據(jù)作為初值場。2.9.3粒徑組的分布(Fractiondistribution)用戶必須為給定層的給定粒徑設定含量(%)。這就是說在每層，每個粒徑組的總量必須是100%。每一層的分布是一個常數(shù)。2.10邊界條件(BoundaryConditions)搭建模型時，模型配置編輯器(set-upeditor)首先會檢查網格文件，自動找出網格文件中的邊界，并給每個邊界預先指定一個名稱，用戶可自行在Domain對話框中對各個邊界的名稱進行修改（邊界名稱，P30）。用戶在設置邊界條件時，程序會方便的基于地圖化或列表的方式顯示相關設置內容。程序中，不同邊界的設置是相互獨立的，用戶可以在相關列表中選中需要設置的邊界然后單擊“goto…”按鈕進行相關設置。2.10.1邊界設置（BoundarySpecification）在湍流模塊中，有三種方式的邊界條件:陸地邊界(Land)指定數(shù)值（Dirichlet邊界條件）(Specifiedvalues(Dirichletboundarycondition))零梯度（Neumann邊界條件）（Zerogradient(Neumannboundarycondition)）參數(shù)取值(Data)當用戶選擇指定數(shù)值（Dirichlet邊界條件）方式設定組分濃度的邊界條件時，可以采用三種方式給定數(shù)據(jù)：常數(shù)（時間上、空間上不變）時間上變化、空間上（邊界上）不變時間上、空間上均不同對于邊界數(shù)據(jù)在時間上變化但空間上（邊界上）不變的情況，用戶須在搭建水動力模塊之前，準備好一個包含相關參數(shù)信息的dfs0格式輸入文件。該文件中的數(shù)據(jù)時間間隔不必與水動力計算的時間步長相同，但其時間跨度必須大于等于模擬時間段，當給定數(shù)據(jù)時間間隔與水動力計算時間步長不一致時，計算時將基于用戶選定的插值方法對每一計算步的數(shù)據(jù)進行插值。對于邊界數(shù)據(jù)在時間上、空間上均存在變化的情況，用戶需準備一空間上至少完整包括模擬區(qū)域范圍且包含相關參數(shù)信息的dfs2文件。該文件中的數(shù)據(jù)時間間隔不必與水動力計算的時間步長相同，但其時間跨度必須大于等于模擬時間段，當給定數(shù)據(jù)時間間隔與水動力計算時間步長不一致時，計算時將基于用戶選定的插值方法對每一計算步的數(shù)據(jù)進行插值。插值類型(Interpolationtype)對于上述時間上存在變化的邊界數(shù)據(jù)類型，每一計算步上的邊界數(shù)據(jù)基于如下方法進行插值：線性插值(linear)分段立方插值(picewisecubic)對于邊界數(shù)據(jù)在時間上、空間上均存在變化的情況，用戶可以選擇兩種順序來配置給定邊界數(shù)據(jù)至網格：正常順序(normal)逆序(reverseorder)當選擇正常順序進行配置時，數(shù)據(jù)中的第一個和最后一個數(shù)據(jù)列分別對應邊界上的第一個和最后一個節(jié)點，在給定對應順序下，其余各節(jié)點取值利用所有給定邊界數(shù)據(jù)基于線性插值方法生成；當選擇逆序進行配置時，數(shù)據(jù)中的第一個和最后一個數(shù)據(jù)列分別對應邊界上的最后一個和第一個節(jié)點，在給定對應順序下，其余各節(jié)點取值利用所有給定邊界數(shù)據(jù)基于線性插值方法生成。軟啟動時間間隔(Softstartinterval)用戶可設定一軟啟動時間間隔。在該設定時間段內，相關邊界參數(shù)的數(shù)值將逐漸從給定起始值線性或以正弦曲線的方式增加到實際邊界數(shù)值，而非計算開始時即直接應用邊界數(shù)據(jù)。這樣可以避免因模擬計算開始時出現(xiàn)的激波震蕩產生的計算不穩(wěn)定性。2.11輸出(Outputs)這里設定模型輸出的數(shù)據(jù)文件。因為結果通常含有大量數(shù)據(jù)，因此儲存整個范圍中所有時間段的數(shù)據(jù)是不可能的。在輸出的對話框中，可以按”NewOutput”按鍵增加新的輸出?；蚴恰盌eleteoutput”移除文件。對于每個輸出文件，不管文件是否在這次運行中使用，可以設定每個輸出文件文件名稱，然后按”GoTo”按鍵，到頁面中編輯。最后可以按”View”使用MIKEZEROVIEWING/EDITING工具。2.11.1地理視圖(GeographicalView)這個對話框會顯示輸出文件的地理位置。2.11.2輸出設定(Outputspecification)對于每個輸出文件，需要設定輸出文件的數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)格式，干濕邊界，輸出文件(名稱和位置)，及時間步。數(shù)據(jù)類型(Fieldtype)2D模型的輸出設定可以是二維模型范圍內的流場信息（2Dhorizontal），或一個斷面上的流量（Discharge）。輸出數(shù)據(jù)格式(Outputformat)在2D模型可以選定下列格式做輸出點序列：選擇模型范圍中的任意點線序列：選擇模型范圍內的任意線段面序列：選擇模型范圍內的任意區(qū)域在3D模型可以選定下列格式做輸出點序列：選擇模型范圍中的任意點線序列：選擇模型范圍內的任意線段體積序列：選擇模型范圍內的任意區(qū)域如果選擇輸出為點序列，必須同時計算包含這些點的整個區(qū)域。輸出的文件為dfs0文件。如果選擇輸出的量值是流量，必須設定一個流量通過的斷面，輸出的文件為dfs0文件。Table2.4各種文件的查看，編輯和繪制工具列表輸出文件(Outputfile)設定輸出文件的數(shù)據(jù)類型和文件位置。干濕點輸出(Treatmentoffloodanddry)干濕點可以以三個方式輸出。整個區(qū)域僅輸出濕區(qū)僅輸出絕對濕區(qū)如果選擇”僅輸出濕區(qū)”選項，那么模型區(qū)域中水深小于干水深的單元，水深值統(tǒng)一為空白值，即當做干陸地處理。如果選擇”僅輸出絕對濕區(qū)”，那么輸出區(qū)域中水深小于濕水深的單元被當作干陸地。干水深和濕點深度可以在干濕邊界中設定。如果干濕功能不包含在模型中，那么淹沒水深和濕水深都設為零。時間步(Timestep)時間范圍可以在Time對話框中調整。點序列(Pointseries)用戶可以設定插值的形態(tài)，選擇離散數(shù)值或內插數(shù)值。點的地理坐標系統(tǒng)可以從一個文件中輸入。文件格式可以是數(shù)據(jù)中間以四個位元分開的ASCII文件。前兩項數(shù)據(jù)是x和y坐標，必須是浮點數(shù)(floatnumber,realnumber)。對三維模型而言，如果選擇離散值，第三列數(shù)據(jù)是層數(shù)，且必須是整數(shù)（integer），如果選擇插值數(shù)據(jù)，第三列數(shù)據(jù)是z坐標，且必須是浮點數(shù)(floatnumber,realnumber)。對二維模型而言第三列數(shù)據(jù)是無用的（但必須被設置）最后一列是個點的名稱。用戶須選擇地圖投影(如經緯度，UTM等)。如果選擇”discretevalues”為內插形態(tài)，那么點的數(shù)值是點坐標所在單元的數(shù)值。單元號和單元中心坐標會被列表在log文件中。如果選擇”interpolatedvalues”，則采用二階內插的方法得到點的數(shù)值。二階插值是使用點所在的單元的頂點進行線性插值。頂點數(shù)值的計算是利用HolmesandConnell(1989)所提出的pseudo-Laplacian法。單元數(shù)和單元中心坐標會被列表在log文件中。線序列(Lineseries)用戶可以設定線上的第一和最后一個點，和需離散的點數(shù)。地理坐標系統(tǒng)可以從文件中輸入。文件格式可以是數(shù)據(jù)中間以三個位元分開的ASCII文件。前兩項數(shù)據(jù)表示x和y坐標，必須是浮點數(shù)(floatnumber,realnumber)。對三維模型而言，第三列數(shù)據(jù)是z坐標，必須是浮點數(shù)（floatnumber,realnumber）。對二維模型而言第三列數(shù)據(jù)是無用的（但必須被設置）。如果文件包含多于兩個點的信息，那前兩點的信息會被使用。用戶可以選擇地圖投影(經緯度，UTM等)。如果選擇”interpolat