地表水環(huán)境數(shù)值模擬與預測：EFDC建模技術及案例實訓

目錄
序
前言
1 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 地表水環(huán)境數(shù)學模型簡述 2
1.2.1 水動力學模型 2
1.2.2 水質模型 3
1.2.3 水生態(tài)模型 3
1.3 地表水環(huán)境數(shù)學模型研究熱點和發(fā)展趨勢 4
1.3.1 模型參數(shù)敏感性和不確定性 4
1.3.2 模型模擬的精度影響因素 6
1.3.3 模型應用范圍的擴展 7
1.3.4 模型綜合化、平臺化和法規(guī)化 8
1.3.5 模型與新興技術的結合 8
1.4 常用地表水環(huán)境數(shù)學模型功能對比及EFDC模型簡介 9
1.4.1 常用地表水環(huán)境數(shù)學模型功能對比 9
1.4.2 環(huán)境流體動力學模型（EFDC）及EFDC_Explorer簡介 10
參考文獻 18
2 環(huán)境流體動力學模型（EFDC）基本理論 22
2.1 水動力模塊 22
2.1.1 水平和垂向坐標系統(tǒng) 22
2.1.2 水動力基本方程 23
2.1.3 垂向紊流閉合 24
2.1.4 EFDC模型垂向分層選項 26
2.2 物質輸運模塊 28
2.2.1 對流-擴散傳輸?shù)幕痉匠?28
2.2.2 染料/水齡 28
2.3 溫度和傳熱模塊 29
2.3.1 熱傳遞的基本方程 29
2.3.2 水體表面熱交換 29
2.3.3 沉積床溫度模塊 32
2.3.4 冰封模塊 33
2.4 泥沙輸運模塊 34
2.4.1 懸浮泥沙輸運的基本方程 35
2.4.2 原有的EFDC模型泥沙輸運模塊 35
2.4.3 新的泥沙輸運解決方案（SEDZLJ模型） 41
2.5 水質與富營養(yǎng)化模塊 49
2.5.1 概述 49
2.5.2 水柱富營養(yǎng)化控制方程 51
2.5.3 水生植物和附生植物 64
2.5.4 大型藻類/底棲藻類 70
2.5.5 沉積成巖與內源釋放 71
2.6 有毒物質污染與運移模塊 75
2.6.1 基本方程 76
2.6.2 有毒物質損失項 77
2.7 拉格朗日粒子追蹤模塊 78
2.7.1 基本方程和隨機游動 78
2.7.2 溢油模型 79
參考文獻 79
3 地表水環(huán)境模型構建程序與EFDC_Explorer基本功能 82
3.1 地表水環(huán)境模型構建程序及方法 82
3.1.1 問題分析和對象識別 82
3.1.2 模型的選擇 85
3.1.3 研究區(qū)域的確定和網格劃分 87
3.1.4 邊界條件與初始條件的確定 89
3.1.5 模型參數(shù)不確定性和敏感性分析 91
3.1.6 模型的率定和驗證 95
3.1.7 模擬結果展現(xiàn)與分析 96
3.2 EFDC_Explorer（EE）基本概述 100
3.2.1 Windows 系統(tǒng)環(huán)境協(xié)議 100
3.2.2 提示工具和Operator函數(shù) 100
3.2.3 單位和術語 101
3.2.4 EE文件 101
3.3 EE8.3主要工具欄 103
3.3.1 EFDC模型目標文件管理 103
3.3.2 Julian日期與公歷日期的轉換器 105
3.3.3 常用工具包 106
3.3.4 網格工具和實用程序 106
3.3.5 文本編輯 107
3.3.6 運行模型 107
3.3.7 運行時間 108
3.3.8 平面視圖查看器 109
3.3.9 剖面視圖查看器 109
3.3.10 生成新模型 110
3.4 前處理操作界面 111
3.4.1 地圖選項卡 111
3.4.2 描述選項卡 112
3.4.3 區(qū)域選項卡 112
3.4.4 激活模塊選項卡 121
3.4.5 時間/鏈接選項卡 122
3.4.6 水動力選項卡 123
3.4.7 波浪選項卡 130
3.4.8 鹽度選項卡 130
3.4.9 溫度選項卡 131
3.4.10 染料/水齡選項卡 133
3.4.11 泥沙選項卡 135
3.4.12 水質選項卡 141
3.4.13 拉格朗日粒子追蹤（LPT ）選項卡 147
3.5 后處理操作界面 150
3.5.1 模型率定 150
3.5.2 模型比較 158
3.6 ViewPlan（2D）平面視圖 159
3.6.1 模擬結果加載 161
3.6.2 ViewPlan 視窗 162
3.6.3 ViewPlan 顯示選項 171
3.6.4 常規(guī)預處理功能 175
3.6.5 常用后處理功能 176
3.6.6 ViewPlan 主要視圖選項 177
3.7 ViewProfile（2D）剖面視圖 193
3.7.1 切面/剖面 194
3.7.2 主要顯示選項 194
3.7.3 功能鍵 196
參考文獻 197
4 河流水動力模擬案例實訓 198
4.1 項目概況 198
4.2 河流CVLGrid 曲線正交網格繪制 199
4.2.1 網格構建 199
4.2.2 網格文件導入EE8.3及時間步長確定 208
4.3 邊界條件設置 212
4.3.1 設置水位邊界條件時間序列 212
4.3.2 設置排污口流量邊界條件時間序列 214
4.3.3 設置燃料濃度邊界條件 215
4.3.4 模型邊界位置及類型設置 215
4.4 初始條件設置 220
4.4.1 水位數(shù)據(jù)導入 220
4.4.2 Dye 模塊激活 220
4.5 模型率定驗證 223
4.5.1 模型率定驗證步驟 223
4.5.2 率定驗證結果 225
4.5.3 模擬結果分析 225
4.6 模型使用小結 227
參考文獻 228
5 淺水湖泊水動力和富營養(yǎng)化模擬案例實訓 229
5.1 水動力模擬案例 229
5.1.1 項目概況 229
5.1.2 網格劃分及時間步長確定 230
5.1.3 邊界條件設置 235
5.1.4 初始條件設置 243
5.1.5 模型參數(shù)不確定性和敏感性分析 244
5.1.6 模型的率定和驗證 253
5.1.7 情景模擬方案 256
5.1.8 模擬結果與討論 257
5.1.9 水動力模型使用小結 259
5.2 水質富營養(yǎng)化模擬案例 260
5.2.1 項目概況 260
5.2.2 邊界條件設置 261
5.2.3 初始條件和參數(shù)設置 266
5.2.4 模型參數(shù)不確定性和敏感性分析 271
5.2.5 模型率定和驗證 281
5.2.6 情景模擬方案 285
5.2.7 模擬結果與討論 285
5.2.8 水質富營養(yǎng)化模型使用小結 289
5.3 沉積物成巖模擬案例 289
5.3.1 項目概況 289
5.3.2 網格劃分 292
5.3.3 邊界條件設置 292
5.3.4 初始條件設置 294
5.3.5 不確定性和敏感性分析 295
5.3.6 模型率定驗證 298
5.3.7 沉積物成巖模型關鍵參數(shù)設置 300
5.3.8 模擬結果與討論 304
5.3.9 沉積成巖模型使用小結 309
參考文獻 309
6 深水水庫水動力及水溫數(shù)值模擬案例實訓 312
6.1 項目概況 312
6.1.1 項目背景與研究目標 312
6.1.2 項目區(qū)域概況 313
6.2 網格劃分和時間步長設置 314
6.2.1 網格劃分 314
6.2.2 時間步長設置 316
6.3 邊界條件設置 317
6.3.1 流量數(shù)據(jù) 318
6.3.2 水溫數(shù)據(jù) 320
6.3.3 風場數(shù)據(jù) 321
6.3.4 大氣數(shù)據(jù) 322
6.4 初始條件設置 323
6.5 模型率定驗證 325
6.5.1 模型的校驗 325
6.5.2 模型關鍵參數(shù)設置 326
6.6 情景模擬方案 327
6.6.1 研究水位下降對水動力過程的影響 327
6.6.2 σ坐標水平壓力梯度誤差降低方法 327
6.6.3 SGZ 混合坐標下水平壓力梯度誤差降低方法 329
6.7 模擬結果與討論 330
6.7.1 探究水位下降對水動力過程的影響 330
6.7.2 σ坐標下水平壓力梯度誤差降低方法 334
6.7.3 SGZ 混合坐標下水平壓力梯度誤差降低方法 335
6.8 模型使用小結 339
參考文獻 340
7 河口泥沙輸移及鹽水入侵模擬案例實訓 342
7.1 項目概況 342
7.2 網格劃分及相關設置 343
7.2.1 網格劃分類型 343
7.2.2 網格劃分 344
7.2.3 地形高程設置 347
7.2.4 時間步長設置 348
7.3 邊界條件設置 349
7.3.1 流量數(shù)據(jù) 349
7.3.2 示蹤劑數(shù)據(jù) 351
7.3.3 鹽度數(shù)據(jù) 353
7.3.4 潮汐調和數(shù)據(jù) 353
7.3.5 泥沙數(shù)據(jù) 354
7.3.6 邊界條件設置步驟 356
7.4 初始條件設置 359
7.5 模型關鍵參數(shù)設置 361
7.5.1 模塊確定 361
7.5.2 水動力參數(shù) 362
7.5.3 泥沙參數(shù) 363
7.6 模型率定驗證 366
7.7 模擬結果與討論 368
7.7.1 流場分布 368
7.7.2 鹽水入侵模擬分析 371
7.7.3 泥沙輸移模擬分析 373
7.8 模型使用小結 376
參考文獻 377
8 EFDC_Explorer常見問題及處理方法 378
8.1 模型代碼結構 378
8.1.1 EFDC程序及功能簡介 378
8.1.2 模型的輸入文件 381
8.2 水動力模塊常見問題解析 384
8.2.1 網格與坐標系統(tǒng) 384
8.2.2 常見運行錯誤 386
8.2.3 干濕邊界問題 387
8.2.4 Jet plume 和Near field 模型 388
8.2.5 垂向黏滯系數(shù)和擴散系數(shù) 388
8.2.6 風場設置 392
8.2.7 氣象數(shù)據(jù)設置（ASER.INP） 394
8.2.8 水動力模塊率定驗證參數(shù) 396
8.2.9 時間步長設置 396
8.2.10 風浪模塊 397
8.2.11 熱啟動 397
8.2.12 其他問題 399
8.3 運輸模塊常見問題解析 399
8.3.1 染料（dye） 399
8.3.2 水齡（water age） 400
8.4 溫度和熱傳輸模塊常見問題解析 401
8.5 泥沙模塊常見問題解析 402
8.6 有毒物質模塊常見問題解析 406
8.7 水質模塊常見問題解析 406
8.7.1 水質邊界設置 406
8.7.2 TSS 406
8.7.3 藻類 406
8.7.4 水質指標 408
8.7.5 底泥釋放通量（