地表水環(huán)境數(shù)值模擬與預(yù)測(cè)：EFDC建模技術(shù)及案例實(shí)訓(xùn)

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(xué)模型簡(jiǎn)述 2
1.2.1 水動(dòng)力學(xué)模型 2
1.2.2 水質(zhì)模型 3
1.2.3 水生態(tài)模型 3
1.3 地表水環(huán)境數(shù)學(xué)模型研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì) 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(yīng)用范圍的擴(kuò)展 7
1.3.4 模型綜合化、平臺(tái)化和法規(guī)化 8
1.3.5 模型與新興技術(shù)的結(jié)合 8
1.4 常用地表水環(huán)境數(shù)學(xué)模型功能對(duì)比及EFDC模型簡(jiǎn)介 9
1.4.1 常用地表水環(huán)境數(shù)學(xué)模型功能對(duì)比 9
1.4.2 環(huán)境流體動(dòng)力學(xué)模型（EFDC）及EFDC_Explorer簡(jiǎn)介 10
參考文獻(xiàn) 18
2 環(huán)境流體動(dòng)力學(xué)模型（EFDC）基本理論 22
2.1 水動(dòng)力模塊 22
2.1.1 水平和垂向坐標(biāo)系統(tǒng) 22
2.1.2 水動(dòng)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(xiàng) 26
2.2 物質(zhì)輸運(yùn)模塊 28
2.2.1 對(duì)流-擴(kuò)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(yùn)模塊 34
2.4.1 懸浮泥沙輸運(yùn)的基本方程 35
2.4.2 原有的EFDC模型泥沙輸運(yùn)模塊 35
2.4.3 新的泥沙輸運(yùn)解決方案（SEDZLJ模型） 41
2.5 水質(zhì)與富營(yíng)養(yǎng)化模塊 49
2.5.1 概述 49
2.5.2 水柱富營(yíng)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(lèi)/底棲藻類(lèi) 70
2.5.5 沉積成巖與內(nèi)源釋放 71
2.6 有毒物質(zhì)污染與運(yùn)移模塊 75
2.6.1 基本方程 76
2.6.2 有毒物質(zhì)損失項(xiàng) 77
2.7 拉格朗日粒子追蹤模塊 78
2.7.1 基本方程和隨機(jī)游動(dòng) 78
2.7.2 溢油模型 79
參考文獻(xiàn) 79
3 地表水環(huán)境模型構(gòu)建程序與EFDC_Explorer基本功能 82
3.1 地表水環(huán)境模型構(gòu)建程序及方法 82
3.1.1 問(wèn)題分析和對(duì)象識(shí)別 82
3.1.2 模型的選擇 85
3.1.3 研究區(qū)域的確定和網(wǎng)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(yàn)證 95
3.1.7 模擬結(jié)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(shù)語(yǔ) 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(biāo)文件管理 103
3.3.2 Julian日期與公歷日期的轉(zhuǎn)換器 105
3.3.3 常用工具包 106
3.3.4 網(wǎng)格工具和實(shí)用程序 106
3.3.5 文本編輯 107
3.3.6 運(yùn)行模型 107
3.3.7 運(yùn)行時(shí)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(xiàng)卡 111
3.4.2 描述選項(xiàng)卡 112
3.4.3 區(qū)域選項(xiàng)卡 112
3.4.4 激活模塊選項(xiàng)卡 121
3.4.5 時(shí)間/鏈接選項(xiàng)卡 122
3.4.6 水動(dòng)力選項(xiàng)卡 123
3.4.7 波浪選項(xiàng)卡 130
3.4.8 鹽度選項(xiàng)卡 130
3.4.9 溫度選項(xiàng)卡 131
3.4.10 染料/水齡選項(xiàng)卡 133
3.4.11 泥沙選項(xiàng)卡 135
3.4.12 水質(zhì)選項(xiàng)卡 141
3.4.13 拉格朗日粒子追蹤（LPT ）選項(xiàng)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(jié)果加載 161
3.6.2 ViewPlan 視窗 162
3.6.3 ViewPlan 顯示選項(xiàng) 171
3.6.4 常規(guī)預(yù)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(xiàng) 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(xiàng) 194
3.7.3 功能鍵 196
參考文獻(xiàn) 197
4 河流水動(dòng)力模擬案例實(shí)訓(xùn) 198
4.1 項(xiàng)目概況 198
4.2 河流CVLGrid 曲線(xiàn)正交網(wǎng)格繪制 199
4.2.1 網(wǎng)格構(gòu)建 199
4.2.2 網(wǎng)格文件導(dǎo)入EE8.3及時(shí)間步長(zhǎng)確定 208
4.3 邊界條件設(shè)置 212
4.3.1 設(shè)置水位邊界條件時(shí)間序列 212
4.3.2 設(shè)置排污口流量邊界條件時(shí)間序列 214
4.3.3 設(shè)置燃料濃度邊界條件 215
4.3.4 模型邊界位置及類(lèi)型設(shè)置 215
4.4 初始條件設(shè)置 220
4.4.1 水位數(shù)據(jù)導(dǎo)入 220
4.4.2 Dye 模塊激活 220
4.5 模型率定驗(yàn)證 223
4.5.1 模型率定驗(yàn)證步驟 223
4.5.2 率定驗(yàn)證結(jié)果 225
4.5.3 模擬結(jié)果分析 225
4.6 模型使用小結(jié) 227
參考文獻(xiàn) 228
5 淺水湖泊水動(dòng)力和富營(yíng)養(yǎng)化模擬案例實(shí)訓(xùn) 229
5.1 水動(dòng)力模擬案例 229
5.1.1 項(xiàng)目概況 229
5.1.2 網(wǎng)格劃分及時(shí)間步長(zhǎng)確定 230
5.1.3 邊界條件設(shè)置 235
5.1.4 初始條件設(shè)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(yàn)證 253
5.1.7 情景模擬方案 256
5.1.8 模擬結(jié)果與討論 257
5.1.9 水動(dòng)力模型使用小結(jié) 259
5.2 水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化模擬案例 260
5.2.1 項(xiàng)目概況 260
5.2.2 邊界條件設(shè)置 261
5.2.3 初始條件和參數(shù)設(shè)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(yàn)證 281
5.2.6 情景模擬方案 285
5.2.7 模擬結(jié)果與討論 285
5.2.8 水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化模型使用小結(jié) 289
5.3 沉積物成巖模擬案例 289
5.3.1 項(xiàng)目概況 289
5.3.2 網(wǎng)格劃分 292
5.3.3 邊界條件設(shè)置 292
5.3.4 初始條件設(shè)置 294
5.3.5 不確定性和敏感性分析 295
5.3.6 模型率定驗(yàn)證 298
5.3.7 沉積物成巖模型關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置 300
5.3.8 模擬結(jié)果與討論 304
5.3.9 沉積成巖模型使用小結(jié) 309
參考文獻(xiàn) 309
6 深水水庫(kù)水動(dòng)力及水溫?cái)?shù)值模擬案例實(shí)訓(xùn) 312
6.1 項(xiàng)目概況 312
6.1.1 項(xiàng)目背景與研究目標(biāo) 312
6.1.2 項(xiàng)目區(qū)域概況 313
6.2 網(wǎng)格劃分和時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置 314
6.2.1 網(wǎng)格劃分 314
6.2.2 時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置 316
6.3 邊界條件設(shè)置 317
6.3.1 流量數(shù)據(jù) 318
6.3.2 水溫?cái)?shù)據(jù) 320
6.3.3 風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù) 321
6.3.4 大氣數(shù)據(jù) 322
6.4 初始條件設(shè)置 323
6.5 模型率定驗(yàn)證 325
6.5.1 模型的校驗(yàn) 325
6.5.2 模型關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置 326
6.6 情景模擬方案 327
6.6.1 研究水位下降對(duì)水動(dòng)力過(guò)程的影響 327
6.6.2 σ坐標(biāo)水平壓力梯度誤差降低方法 327
6.6.3 SGZ 混合坐標(biāo)下水平壓力梯度誤差降低方法 329
6.7 模擬結(jié)果與討論 330
6.7.1 探究水位下降對(duì)水動(dòng)力過(guò)程的影響 330
6.7.2 σ坐標(biāo)下水平壓力梯度誤差降低方法 334
6.7.3 SGZ 混合坐標(biāo)下水平壓力梯度誤差降低方法 335
6.8 模型使用小結(jié) 339
參考文獻(xiàn) 340
7 河口泥沙輸移及鹽水入侵模擬案例實(shí)訓(xùn) 342
7.1 項(xiàng)目概況 342
7.2 網(wǎng)格劃分及相關(guān)設(shè)置 343
7.2.1 網(wǎng)格劃分類(lèi)型 343
7.2.2 網(wǎng)格劃分 344
7.2.3 地形高程設(shè)置 347
7.2.4 時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置 348
7.3 邊界條件設(shè)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(diào)和數(shù)據(jù) 353
7.3.5 泥沙數(shù)據(jù) 354
7.3.6 邊界條件設(shè)置步驟 356
7.4 初始條件設(shè)置 359
7.5 模型關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置 361
7.5.1 模塊確定 361
7.5.2 水動(dòng)力參數(shù) 362
7.5.3 泥沙參數(shù) 363
7.6 模型率定驗(yàn)證 366
7.7 模擬結(jié)果與討論 368
7.7.1 流場(chǎng)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(jié) 376
參考文獻(xiàn) 377
8 EFDC_Explorer常見(jiàn)問(wèn)題及處理方法 378
8.1 模型代碼結(jié)構(gòu) 378
8.1.1 EFDC程序及功能簡(jiǎn)介 378
8.1.2 模型的輸入文件 381
8.2 水動(dòng)力模塊常見(jiàn)問(wèn)題解析 384
8.2.1 網(wǎng)格與坐標(biāo)系統(tǒng) 384
8.2.2 常見(jiàn)運(yùn)行錯(cuò)誤 386
8.2.3 干濕邊界問(wèn)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(kuò)散系數(shù) 388
8.2.6 風(fēng)場(chǎng)設(shè)置 392
8.2.7 氣象數(shù)據(jù)設(shè)置（ASER.INP） 394
8.2.8 水動(dòng)力模塊率定驗(yàn)證參數(shù) 396
8.2.9 時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置 396
8.2.10 風(fēng)浪模塊 397
8.2.11 熱啟動(dòng) 397
8.2.12 其他問(wèn)題 399
8.3 運(yùn)輸模塊常見(jiàn)問(wèn)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(jiàn)問(wèn)題解析 401
8.5 泥沙模塊常見(jiàn)問(wèn)題解析 402
8.6 有毒物質(zhì)模塊常見(jiàn)問(wèn)題解析 406
8.7 水質(zhì)模塊常見(jiàn)問(wèn)題解析 406
8.7.1 水質(zhì)邊界設(shè)置 406
8.7.2 TSS 406
8.7.3 藻類(lèi) 406
8.7.4 水質(zhì)指標(biāo) 408
8.7.5 底泥釋放通量（