MIKE-使用說明課件

1、1 基本參數(shù)與設(shè)置1.1 Mike 21 Flow ModuleMike 21流體模型用來模擬二維自由表面流。適用于水平尺度遠(yuǎn)大于垂向尺度，垂向流速和垂向加速度可以忽略時(shí)，湖泊、河口、海灣、海岸和海洋的水動(dòng)力、環(huán)境現(xiàn)象的模擬。共分為4個(gè)模塊：· 水動(dòng)力模塊（Hydrodynamic）；· 平流擴(kuò)散模塊（Advection-Dispersion）；· 泥沙輸運(yùn)模塊（Mud Transport）；· 生態(tài)過程模塊（ECO Lab）。其中，水動(dòng)力模塊是基礎(chǔ)，為其他三個(gè)模塊的計(jì)算提供動(dòng)力。泥沙輸運(yùn)模塊可以用來模擬波流共同作用下粉砂、淤泥和粘土的沖刷、輸移與沉降。

2、適用范圍：矩形網(wǎng)格。1.2 MIKE 21/3 Coupled Model FMMIKE 21/3耦合流體模型是海岸河口地區(qū)精確的動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)，包括以下模塊：· 水動(dòng)力模塊（Hydrodynamic Module）· 輸運(yùn)模塊（Transport Module）· 生態(tài)過程、溢油模塊（ECO Lab/Oil Spill Module）· 淤泥輸運(yùn)模塊（Mud Transport Module）· 粗砂輸運(yùn)模塊（Sand Transport Module）· 粒徑追蹤模塊（Particle Tracking Module）·

3、波譜模塊（Spectral Wave Module）其中，水動(dòng)力模塊與波譜模塊是最基本的兩種。適用范圍：三角網(wǎng)格。1.3 求解方法ADI算法（Alternative Direction Implicit Method）：交替方向隱式方法。把每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)分成兩步進(jìn)行，前半步隱式計(jì)算x方向流速分量及潮位，顯式計(jì)算y方向流速分量；后半步隱式計(jì)算y方向流速分量及潮位，顯式計(jì)算x方向流速分量。1.4 Bathymetry地形中水深采用當(dāng)?shù)仄骄Ｆ矫嬉韵滤?，而非海圖水深，故需在海圖水深上增加2.9m。1.5 Time指模擬的時(shí)間段，包括起始時(shí)間（simulation start time）、總步數(shù)（n

4、o. of time steps）及時(shí)間步長(zhǎng)（time step interval）。時(shí)間步長(zhǎng)一方面決定了結(jié)果文件的最大輸出頻率，另一方面實(shí)現(xiàn)了不同模塊的同步耦合。具體計(jì)算時(shí)的時(shí)間步長(zhǎng)則是在solution technique中定義的。水動(dòng)力、平流擴(kuò)散和波譜模型的計(jì)算步數(shù)是動(dòng)態(tài)的，只要滿足穩(wěn)定性要求即可；對(duì)于泥沙輸運(yùn)和水質(zhì)模型，進(jìn)程可能多個(gè)步長(zhǎng)更新一回。1.6 Solution technique對(duì)于時(shí)間積分（time integration）與空間離散（space discretization）兩項(xiàng)，一般選作低階快速模式（lower order，fast algorithm），這種模式?jīng)]有高

5、階模式（higher order）計(jì)算精確；對(duì)于平面二維計(jì)算，淺水方程、泥沙輸運(yùn)方程和平流擴(kuò)散方程的時(shí)間積分采用的是顯式格式，三維計(jì)算采用的是半隱式格式（水平方向顯式，豎直方向隱式）。由于使用顯式計(jì)算時(shí)的穩(wěn)定性要求，必須指定時(shí)間間隔（time step interval），使CFL number小于1。在淺水方程、泥沙輸運(yùn)方程計(jì)算中，為了使所有計(jì)算點(diǎn)的CFL數(shù)小于臨界值，使用了變時(shí)間步長(zhǎng)，即對(duì)每一步進(jìn)行了細(xì)化計(jì)算。計(jì)算對(duì)泥沙輸運(yùn)方程的CFL數(shù)要求沒有淺水方程那么嚴(yán)（可以大一些），因此，在泥沙輸運(yùn)方程計(jì)算時(shí)可以使用較大的時(shí)間步長(zhǎng)。用戶可以指定最小時(shí)間步長(zhǎng)（0.01s）和最大時(shí)間步長(zhǎng)（10s）來控

6、制時(shí)間步數(shù)。最大時(shí)間步長(zhǎng)（maximum time）不可超過前面“time”中定義的時(shí)間步長(zhǎng)（time step interval）。1.7 Flood and dry 即干濕判別技術(shù)，是為了提高模擬的精度。若某網(wǎng)格水深小于drying depth 則不參與計(jì)算，當(dāng)水深大于flooding depth 時(shí)重新進(jìn)入計(jì)算。1.8 Eddy viscosity（渦粘性）三角網(wǎng)格可選擇兩種方式：Ø 常數(shù)渦流公式（/s）Ø Smagorinsky公式（需指定Smagorinsky系數(shù)及最大值、最小值）。矩形網(wǎng)格可選擇四種方式：Ø 忽略Ø 每個(gè)區(qū)域給定一個(gè)常值

7、16; 每個(gè)區(qū)域給定一個(gè)dfs2文件Ø 通過Smagorinsky公式進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算（用戶需選擇基于流速或基于通量，并指定比例因子）1.9 Boundary conditions水動(dòng)力與波浪邊界條件均為每半小時(shí)給一次，意為這半小時(shí)內(nèi)全采用相同的邊界條件，這樣做的前提是邊界條件在半小時(shí)之內(nèi)基本無變化。邊界條件的時(shí)間范圍必須大于等于模型模擬的時(shí)間，邊界條件的時(shí)間步長(zhǎng)不必與模擬時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)應(yīng)，模型會(huì)自動(dòng)根據(jù)模擬時(shí)間步長(zhǎng)插值。潮流模型邊界條件取中潮過程（2005年9月8 日2:00:009月9日 2:30:00）水位、流量。波浪模型波浪邊界條件由東中國(guó)海大模型提供，由于波浪邊界條件對(duì)關(guān)注區(qū)域影響

8、甚微，故可任意選?。伙L(fēng)場(chǎng)為常風(fēng)天6.1m/s，45°。進(jìn)行潮流模型、波浪模型驗(yàn)證的目的是給泥沙輸運(yùn)模型提供邊界條件，驗(yàn)證好的潮流模型的水位、流量邊界條件為泥沙模型提供潮流邊界條件，驗(yàn)證好的波浪模型輸出波浪場(chǎng)結(jié)果為泥沙輸運(yùn)模型提供波浪場(chǎng)，。矩形網(wǎng)格的邊界條件空間劃分必須與邊界網(wǎng)格個(gè)數(shù)一致，而三角網(wǎng)格的邊界條件有插值功能，只需給出一個(gè)及以上的網(wǎng)格邊界條件，沿線其他位置處的邊界條件會(huì)插值得到。1.10 CFL number淺水方程CFL number定義如下：式中： h單元中心點(diǎn)的總水深（total water depth）； u,v單元中心點(diǎn)x和y方向的分速度；x，y計(jì)算單元x向和y向的

9、特征長(zhǎng)度，取邊界最小值。對(duì)于三角網(wǎng)格，可采用如下形式：泥沙輸運(yùn)方程CFL number定義如下：1.11 FrequencyFrequency 是指間隔多少時(shí)間步長(zhǎng)輸出一次結(jié)果。1.12 更換地形每次更換地形后，系統(tǒng)會(huì)提醒是否更新邊界條件，選“是”的話，邊界條件會(huì)自動(dòng)恢復(fù)為默認(rèn)值，需從新導(dǎo)入邊界條件；建議選“否”。1.13 輸出結(jié)果格式輸出結(jié)果（包括水動(dòng)力、泥沙）一般為半小時(shí)輸出一次，因此時(shí)間間隔應(yīng)設(shè)為180步。若設(shè)置過小會(huì)因內(nèi)存不足導(dǎo)致運(yùn)行中斷。1.14 Mike21與Mike21/3輸出結(jié)果項(xiàng)差別2 Flow model2.1 Bed resistance（床面糙率）兩種形式可供選擇：謝才

10、系數(shù)（Chezy number）與曼寧系數(shù)（Manning number）。床面糙率采用下式計(jì)算Bed resistance=式中u是速度，C為謝才系數(shù)。若選擇的是曼寧系數(shù)（一般會(huì)這么做），模型會(huì)根據(jù)下式將其轉(zhuǎn)換為謝才系數(shù)。因?yàn)槎嗔舜瞬?，?jì)算時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)。Mike軟件中曼寧系數(shù)的表達(dá)式為M=1/n，單位是m1/3/s，不同于水力學(xué)課本中常用的M=n（無量綱）。在河流數(shù)值模擬中，如果某一邊界的邊界條件不是真實(shí)邊界條件，計(jì)算過程中可能發(fā)生不穩(wěn)定問題，這樣建議增大邊界區(qū)域的糙率，具體做法為沿河道方向?qū)?4行網(wǎng)格的曼寧系數(shù)設(shè)置為30。（1）潮差驗(yàn)證時(shí)需修改糙率，若是計(jì)算潮差較小，可加大下游曼寧系數(shù)（減小

11、下游糙率）；（2）潮周期驗(yàn)證時(shí)要修改水深，因?yàn)槭褂玫牡匦蝸碜詼y(cè)圖水深，為可能發(fā)生最小值，因此可適當(dāng)增加水深。2.2 Initial conditions（初始條件）三角網(wǎng)格時(shí)可選擇初始潮位或初始水深、流場(chǎng)，dfsu或dfs2文件均可，范圍必須覆蓋模型區(qū)域。當(dāng)只有一個(gè)時(shí)間步，就直接作為初始條件，當(dāng)有多個(gè)時(shí)間步時(shí)，起始時(shí)間必須在第一步與最后一步之間，便于進(jìn)行插值。矩形網(wǎng)格時(shí)可將每個(gè)區(qū)域的初始水位設(shè)置成定值或給定dfs2文件。初始水位必須與邊界條件相符合，例如邊界條件初始值為0.5m，則初始水位也應(yīng)在0.5m附近。3 Wave model3.1 White capping（白浪）波高與Cdis成反比

12、，波周期與DELTAdis成正比。模型考慮白浪時(shí)，需指定兩個(gè)參數(shù)：Cdis 和 DELTAdis。Cdis是白浪耗散源函數(shù)的比例因子，控制著耗散率的大?。籇ELTAdis控制著能量耗散在能量譜中的比重。Cdis與DELTAdis的建議值分別為4.5和0.5。減小Cdis 會(huì)使白浪耗散整體減少，波高增大；DELTAdis的取值范圍為01，DELTAdis小于0.5時(shí)，低頻波耗散的比重會(huì)增加，導(dǎo)致波周期減小；DELTAdis大于0.5時(shí)，低頻波耗散的比重會(huì)減小，導(dǎo)致波周期增大。3.2 Bottom friction（底摩阻）底摩阻引起的能量耗散會(huì)造成波譜頻率降低，也就是平均波周期減小。4 Sand

13、 model4.1 Scientific DocMud是指泥沙粒徑小于63微米的細(xì)顆粒和粘性泥沙，Clay與Silt均屬于Mud。每層床面可以用下面幾項(xiàng)描述：臨界沖刷切應(yīng)力、沖刷系數(shù)（E）、沖刷功率、泥沙干密度和沖刷函數(shù)。沖刷系數(shù)是控制沖刷速率的比例因子，軟泥通常取0.0000050.00002 kg/m2/s，硬泥取0.0001 kg/m2/s左右；沖刷功率（無論軟泥還是硬泥）建議取426。 為了描述床層間的交換率，將固結(jié)考慮進(jìn)來。為了描述波浪引起的床面破壞，考慮了波浪液化作用。4.2 Parameter selection（參數(shù)選擇）可以選擇泥沙粒徑組的數(shù)量以及床面的層數(shù)。粒徑組的數(shù)量最多

14、為8種，床層的數(shù)量最多為12層，原則上，床層的數(shù)量應(yīng)反映出床面的抗沖強(qiáng)度變化。4.3 水體參數(shù)4.4 初始條件初始條件包括三項(xiàng)：Fraction concentrations（初始水體含沙量）、Layer thickness（初始床面厚度）、Fraction distribution（床面初始粒徑組分配）。Initial concentrations是粒徑組的含沙量，這里不同的粒徑組分別給定含沙量，可是并沒有涉及到泥沙粒徑的差別，這與利用挾沙力理論推求航道回淤時(shí)含沙量公式中沒有考慮泥沙粒徑相似4，那么粒徑組是以什么劃分的？與干密度有關(guān)。 initial bed thickness指每一層床面的

15、厚度；initial fraction distribution in bed為每一種粒徑組在每一層床面所占的百分比。各組泥沙初始含沙量，及其在每一床層（一般為1層）的百分比；各組泥沙沉速，可考慮絮凝沉降或受阻沉降情況。4.5 Bed shear stress（床面切應(yīng)力）決定泥沙起動(dòng)的關(guān)鍵是床面切應(yīng)力的大小，在模型中，床面切應(yīng)力采用以下公式進(jìn)行計(jì)算2：1）當(dāng)只有水流時(shí)，床面平均切應(yīng)力：（5-4）2）當(dāng)純波浪作用時(shí)，床面平均切應(yīng)力：（5-5）3）波流共同作用時(shí)的床面平均切應(yīng)力：（5-6）式中：為水流摩阻系數(shù)；為水流平均速度；為波浪摩阻系數(shù)；為波浪底部水質(zhì)點(diǎn)水平運(yùn)動(dòng)速度；為波浪參數(shù)。由以上三式可

16、知，床面切應(yīng)力只與水流、波浪、水深、床面糙率高度有關(guān)，可以從模型中輸出結(jié)果。4.6 Concentration profile（含沙量剖面）在設(shè)置臨界淤積切應(yīng)力場(chǎng)之前，必須指定含沙量剖面。含沙量剖面分布形式有兩種：Rouse profile和Teeter profile。Rouse profile剖面含沙量不隨時(shí)間變化，Teeter profile剖面含沙量會(huì)隨時(shí)間變化（近底含沙量和深度平均含沙量的關(guān)系會(huì)根據(jù)重力、升力的大小重新計(jì)算，深度平均含沙量是如何參與計(jì)算的？）。其對(duì)泥沙淤積速率的影響表現(xiàn)在cib（近底含沙量）與取值會(huì)有所不同。4.7 Settling（沉降）懸泥沉降過程可分為4個(gè)階段：

17、自由沉降（速度不變）、絮凝沉降、受阻沉降、浮泥。泥沙沉速發(fā)展過程線（考慮受阻沉降）各階段對(duì)應(yīng)的沉速分別為自由沉降：絮凝沉降：受阻沉降：式中 泥沙干密度； 臨界絮凝濃度；泥沙各層總濃度；臨界受阻沉降濃度；沉速系數(shù)；功率。4.8 Deposition（淤積）泥沙沉降是指泥沙從水體落到床面，當(dāng)床面切應(yīng)力小于臨界淤積切應(yīng)力時(shí)發(fā)生，第i組泥沙的淤積速率可以用下式表達(dá)：式中，為泥沙單位時(shí)間、單位面積回淤量（單位是kg/(m2·s)）；is近底泥沙沉速。軟件注釋中專門指出，對(duì)于細(xì)顆粒粘性泥沙（fine grained cohesive sediment (<0.004 mm)），考慮絮凝沉降

18、時(shí)，沉速分為三種情況：含沙量小于臨界絮凝濃度、在臨界絮凝濃度與臨界受阻沉降濃度之間、大于臨界受阻沉降濃度，分別采用不同沉速；cib近底含沙量（，=0.4，Uf為摩阻流速）；淤積概率（）。可見：泥沙淤積速率僅與近底泥沙沉速、近底含沙量及床面切應(yīng)力、臨界淤積切應(yīng)力有關(guān)，沒考慮泥沙粒徑及級(jí)配。注：近底含沙量的取值取決于深度平均含沙量、淤積概率、近底泥沙沉速及摩阻流速，而近底泥沙沉速的取值完全取決于近底含沙量，兩者是相互影響的。綜上，泥沙回淤速率最終取決于：深度平均含沙量，床面切應(yīng)力、臨界淤積切應(yīng)力、近底泥沙沉速及摩阻流速。4.9 Erosion（沖刷）床面可選擇軟泥、部分固結(jié)床層（soft mud）

19、或者硬固結(jié)層（hard mud），軟泥、部分固結(jié)層的沖刷速率可由下式表示式中，E沖刷系數(shù)（erosion coefficient）（表征床面的可沖性大小，單位是kg/(m2·s)； 沖刷率（power of erosion）；ce臨界沖刷切應(yīng)力。硬固結(jié)層的沖刷速率可由下式表示式中，E0是沖刷系數(shù)，Em是沖刷率，PE是沖刷概率。軟泥的抗沖強(qiáng)度沿深度是增加的，即臨界沖刷切應(yīng)力會(huì)隨著沖刷深度的不同而改變，稱為第二種沖刷類型19；硬泥的抗沖強(qiáng)度沿深度不變，稱為第一種沖刷類型。矩形網(wǎng)格模型中使用的是soft mud，進(jìn)行三角網(wǎng)格計(jì)算時(shí)，小寶師兄用的是hard mud，之前用的是soft mud

20、。由于連云港海域泥沙干密度在600640kg/m32，屬于硬泥（Hard mud），因此取沖刷系數(shù)M=0.0001 kg/(m2·s)）；只有一層河床時(shí)，由于每一層的床面參數(shù)為定值，所以每一層臨界沖刷切應(yīng)力場(chǎng)也為定值，不存在沿深度變化的問題。沖刷、淤積速率的單位均是kg/(m2·s)，模型中床面地形的改變是以m為單位，因此，上式結(jié)果還要除以表層淤積物的干密度。被沖起的泥沙會(huì)根據(jù)床面分布，分配到不同的粒徑組中。式中Speedup為加速因子，其他參數(shù)意義同上?？偟膩碚f，床面沖淤函數(shù)如下式中：為水流底部剪切應(yīng)力；為臨界淤積剪切應(yīng)力；為臨界沖刷剪切應(yīng)力；為淤積概率；M為沖刷系數(shù)（k

21、g/(m2·s)）；為泥沙沉速。這里床面沖刷速率是針對(duì)hard mud來說的，soft mud的沖刷速率仍為上條公式。4.10 Dispersion 三角網(wǎng)格時(shí)，水平擴(kuò)散以三種不同的方式考慮Ø 無擴(kuò)散Ø 擴(kuò)散系數(shù)公式（指定擴(kuò)散系數(shù)/s）Ø 比例渦粘性公式（水流渦粘系數(shù)乘以比例因子）矩形網(wǎng)格時(shí)，擴(kuò)散系數(shù)可以設(shè)置為如下兩種方式Ø 獨(dú)立于流體（指定擴(kuò)散系數(shù)/s）Ø 與計(jì)算通量成正比（每個(gè)方向指定一個(gè)比例因子）注意：數(shù)學(xué)模型中的擴(kuò)散系數(shù)取決于網(wǎng)格尺度、時(shí)間步長(zhǎng)以及問題的物理本質(zhì)。4.11 Bed roughness（泥沙床面糙率）在計(jì)算床面切

22、應(yīng)力時(shí)，需要使用床面糙率。一般來說，糙率高度kn可定義為2.5倍泥沙粒徑，對(duì)于泥沙粒徑d<0.5mm的較平坦床面，床面形態(tài)是引起糙率高度的主要因素，因此有學(xué)者建議直接取kn=0.001m3。連云港海域糙率高度取kn=0.001m。4.12 Morphology（地貌）長(zhǎng)周期地形模擬時(shí)，若是地形的改變量與水深處在同一量級(jí)，可能對(duì)水動(dòng)力造成影響時(shí)，需要考慮地貌的變化，特別是淺水區(qū)域。地貌更新方式如下：式中 第n步地形；Zn+1第n+1步地形；netsedn第n步到第n+1步的泥沙凈通量。如果模擬時(shí)間非常長(zhǎng)，可以考慮使用加速因子提高模擬的精度。此時(shí)：4.13 泥沙模型計(jì)算沖淤過程軟件計(jì)算航道沖

23、淤時(shí)，首先根據(jù)床面切應(yīng)力計(jì)算泥沙沖或淤的概率（），這取決于床面切應(yīng)力與臨界淤積、沖刷切應(yīng)力的關(guān)系，然后利用沖、淤公式計(jì)算沖、淤厚度，對(duì)于航道而言，一般是只淤不沖。計(jì)算并不區(qū)分航道或淺灘。4.14 泥沙模型率定模型率定的關(guān)鍵為率定臨界沖刷、淤積切應(yīng)力場(chǎng)，其取值范圍分別為ce=0.180.70N/m2，cd=0.030.15 N/m21。率定步驟：首先假設(shè)臨界淤積切應(yīng)力場(chǎng)所有值均為0.05，根據(jù)大西山等測(cè)站的實(shí)測(cè)含沙量以及海床沖淤平衡原則率定臨界沖刷切應(yīng)力場(chǎng)；然后根據(jù)各分段航道實(shí)測(cè)回淤數(shù)據(jù)率定航道內(nèi)臨界淤積切應(yīng)力場(chǎng)。在進(jìn)行率定淤積切應(yīng)力過程中發(fā)現(xiàn)，在平衡狀態(tài)下，臨界淤積切應(yīng)力（cd）與灘槽深度比（

24、d1/d2）呈良好的關(guān)系，因此，在進(jìn)行高等級(jí)航道回淤預(yù)測(cè)時(shí)，可以直接利用上面的關(guān)系率定淤積切應(yīng)力。上面是理想情況，實(shí)際上，上述關(guān)系并不合理。一方面，建立關(guān)系所用數(shù)據(jù)較少，連云港航道僅考慮w1外8段，沒有考慮更靠外海的情況；另一方面，所用數(shù)據(jù)中，航道水深基本無變化，連云港航道w1外5航道水深一致，外5外8航道水深只有微小變化，徐圩航道各段水深均一致。因此，與其說是建立臨界淤積切應(yīng)力（cd）與灘槽深度比（d1/d2）的關(guān)系，不如說是建立臨界淤積切應(yīng)力（cd）與邊灘深度的關(guān)系。該公式并不合理，無法推廣?，F(xiàn)在，肖天葆3提出了一種新的率定方法：基于床面切應(yīng)力的臨界沖刷、淤積切應(yīng)力率定方法：（1）對(duì)于航道

25、外的臨界沖刷切應(yīng)力及臨界淤積切應(yīng)力，可根據(jù)動(dòng)力塑造海床及海床沖淤平衡的原則，并采用大西山等測(cè)站的實(shí)測(cè)多年平均含沙量進(jìn)行率定。（2）對(duì)于航道內(nèi)的臨界沖刷切應(yīng)力，假定其與附近水深相同處的值一致，而航道內(nèi)的臨界淤積切應(yīng)力可采用連云港區(qū)不同等級(jí)航道的實(shí)測(cè)回淤?gòu)?qiáng)度進(jìn)行率定。從對(duì)模型的測(cè)試來說，臨界沖刷切應(yīng)力對(duì)含沙量的影響要大很多（分析原因？）。因此，本文主要根據(jù)臨界沖刷切應(yīng)力來確定含沙量，根據(jù)航道內(nèi)臨界淤積切應(yīng)力來確定航道回淤。在進(jìn)行計(jì)算床面切應(yīng)力之前，首先需要假設(shè)臨界沖刷、淤積切應(yīng)力場(chǎng)，建議將其設(shè)為定值，然后根據(jù)計(jì)算出來的床面切應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算臨界沖刷、淤積切應(yīng)力場(chǎng)。具體方法見“連云港文獻(xiàn)閱讀情況”。注意：

26、臨界沖刷切應(yīng)力率定時(shí)，可以選擇7萬(wàn)噸級(jí)航道開挖后的地形（2005年），當(dāng)然也可以選擇其他等級(jí)航道地形，因?yàn)閱蝹€(gè)航道對(duì)大范圍海域的影響可以忽略不計(jì)，航道外大范圍海域的ce、cd率定完成以后就不再改變，航道內(nèi)的ce假設(shè)與外海水深相同處的ce一致，航道內(nèi)基本不發(fā)生沖刷，航道內(nèi)cd根據(jù)航道回淤實(shí)測(cè)資料進(jìn)行率定。4.15 泥沙模型驗(yàn)證模型驗(yàn)證時(shí)僅驗(yàn)證含沙量與回淤?gòu)?qiáng)度，含沙量驗(yàn)證可通過劉家駒公式驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果較合理；回淤?gòu)?qiáng)度驗(yàn)證可通過驗(yàn)證15萬(wàn)噸級(jí)回淤?gòu)?qiáng)度進(jìn)行，由于時(shí)間限制，此步尚未實(shí)施。4.16 沖淤特點(diǎn)平行于岸線的單元沖淤過程類似，這與潮流、波浪傳播方向有關(guān)，也是造成沙壩的主要因素。 其中，上面三條曲

27、線是單元t7、t8、t9沖淤過程，中間五條曲線是單元t1、t5、t6、t10、t11，下面三條曲線是單元t2、t3、t4沖淤過程。岸線走向?yàn)槲鞅?東南向。單元cecd 5S5cd 7S720.12970.1017-0.10920.1017-0.211830.31920.1095-10.2095-129051.00940.001-0.6480.1014.1629071.1954先調(diào)臨界淤積切應(yīng)力，讓只通過調(diào)節(jié)cd就能調(diào)好的單元全部調(diào)好，之后再調(diào)臨界沖刷切應(yīng)力。如果單元沖刷大于0.1m,則cd增加0.1，若果單元淤積大于0.1m，則cd減去0.1，cd最小為0.001，不能大于ce,最大為0.9。

28、兩種情況較難解決：（1）cd很小時(shí)（=0.001），床面仍舊發(fā)生淤積，一種方法是繼續(xù)調(diào)小cd，另一種方法是調(diào)小ce，這里使用后一種方法。如果si與s(i+1)同號(hào)，cd增加或減小0.1時(shí)，|s（i+1）-si|>0.05，并且ce-cd>0.2，則繼續(xù)調(diào)cd，否則直接調(diào)ce。如果si與s(i+1)異號(hào)，則根據(jù)截距法求臨界淤積切應(yīng)力。當(dāng)ce-cd=0.001，且s(i+1)<-0.1時(shí)，調(diào)大ce。對(duì)于單元169-175，s5-s7，臨界淤積切應(yīng)力大于臨界沖刷切應(yīng)力，但是在模擬時(shí)間段內(nèi)，始終有沖淤過程。單元169 s5沖淤過程對(duì)于單元3，淤積切應(yīng)力增加0.1后，床面沖淤量幾乎沒有

29、變化，仍然沖刷劇烈（-1m），s7 m繼續(xù)將單元3臨界淤積切應(yīng)力增加0.1，效果仍不明顯，建議下次調(diào)大臨界沖刷切應(yīng)力。對(duì)于單元2，s5與s7 m的臨界淤積、沖刷切應(yīng)力均相同，床面切應(yīng)力過程基本一致（見圖1、2），但是沖淤過程卻差別很大（見圖3、4）。圖1 單元2 S5 床面切應(yīng)力變化過程圖2 單元2 S7 m 床面切應(yīng)力變化過程圖3 單元2 S5 沖淤過程圖4 單元2 S7 m 沖淤過程對(duì)于單元2905，s5與s7 m的 ce保持不變，臨界淤積切應(yīng)力增加0.1后，床面發(fā)生大量淤積（沖淤過程見圖7、8），床面切應(yīng)力過程變化較大（見圖5、6）。圖5 單元2905 S5 床面切應(yīng)力過程圖6 單元29

30、05 S7 m 床面切應(yīng)力過程圖7 單元2905 S5 沖淤過程圖8 單元2905 S7 m 沖淤過程對(duì)于單元14879，cd為0.001，ce為2.5，但是床面淤積達(dá)4.8536m，其床面切應(yīng)力過程（s11）如圖9，下次直接調(diào)ce。圖9 單元14879 s11 床面切應(yīng)力過程4.17 數(shù)模預(yù)測(cè)回淤展望使用數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)回淤的難點(diǎn)如下：（1）當(dāng)航道等級(jí)變化后，怎么樣調(diào)整臨界淤積切應(yīng)力場(chǎng)？臨界沖刷切應(yīng)力場(chǎng)等其它參數(shù)用不用改變？（2）若是水動(dòng)力與含沙量場(chǎng)也改變的情況下，應(yīng)如何處理？（3）由于率定參數(shù)的多樣性，某種情況下的最佳組合可能有多種，怎么調(diào)整臨界淤積、沖刷切應(yīng)力場(chǎng)才能使航道沖淤對(duì)其敏感性降低，

31、即更好的預(yù)測(cè)回淤。理論公式（劉家駒公式）計(jì)算航道回淤時(shí)，依據(jù)為淺灘渾水跨越航道時(shí)，航道水深大，挾沙能力降低而造成落淤。囧：泥沙輸運(yùn)模塊輸出結(jié)果同樣是沒有勾選bathmetry，矩形網(wǎng)格模式下會(huì)輸出此項(xiàng)，而三角網(wǎng)格模式下不會(huì)輸出此項(xiàng)。原因是什么？5 數(shù)據(jù)文件5.1 dfs0文件數(shù)據(jù)特征dfs0文件即坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)間序列值文件。同一三角網(wǎng)格內(nèi)部不同坐標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間序列值完全相同，而同一矩形網(wǎng)格內(nèi)部不同坐標(biāo)點(diǎn)的時(shí)間序列值基本相同。因此，坐標(biāo)點(diǎn)時(shí)間序列值的大小只與其所在的網(wǎng)格有關(guān)，而與其所在該網(wǎng)格內(nèi)部的具體位置無關(guān)。網(wǎng)格值代表點(diǎn)為網(wǎng)格中心點(diǎn)。5.2 Dfs1文件Dfs1文件為剖面時(shí)間序列文件，值隨時(shí)間與空間變化

32、，默認(rèn)格式為矩形網(wǎng)格，可應(yīng)用于三角網(wǎng)格。時(shí)間范圍應(yīng)大于模擬時(shí)間；空間范圍使用矩形網(wǎng)格時(shí)，邊界點(diǎn)個(gè)數(shù)應(yīng)等于邊界網(wǎng)格數(shù)，使用三角網(wǎng)格時(shí)，邊界點(diǎn)個(gè)數(shù)2。地形信息可不考慮。5.3 矩形網(wǎng)格（1） 文件制作FilenewfileMike zeroBathymetries制作繪圖區(qū)域（投影坐標(biāo)系、起始點(diǎn)坐標(biāo)、長(zhǎng)度與高度）制作地形Ø Work areabackground management導(dǎo)入岸線、地形；Ø Work areabathymetry management設(shè)置網(wǎng)格尺度與個(gè)數(shù)；Ø 點(diǎn)擊“”( Import from Background)選中研究區(qū)域再次點(diǎn)擊“”選

33、中研究區(qū)域bathymetry managementinterpolate插值Ø 保存文件，地形制作完成。（2） 網(wǎng)格嵌套FilenewfileMike 21Mike 21 toolboxHydrodynamicsBoarder adjustment指定文件、起點(diǎn)坐標(biāo)。 （3） 文件處理將源文件用Grid series 方式打開ToolsCopy file into data導(dǎo)入目標(biāo)文件，即可對(duì)文件進(jìn)行處理。5.4 Grid series、data view打開方式用Grid series 方式與data view方式打開dfsu文件均可以顯示單元格數(shù)值，每個(gè)單元格對(duì)應(yīng)的值只有一個(gè)，

34、這通過data view下box contour顯示方式可以發(fā)現(xiàn)，但我們一般選擇shaded contour顯示方式，在這種方式下，大范圍場(chǎng)值會(huì)自動(dòng)插值，從而每個(gè)單元的值有無數(shù)個(gè)。此外，Grid series下，除了顯示插值后的單元值外，還會(huì)顯示地形值。5.5 dfsu文件制作可用于制作糙率文件，臨界沖刷、淤積切應(yīng)力場(chǎng)文件等。FilenewfileMike zerodata manager。首先自文件導(dǎo)入網(wǎng)格，可選擇mesh文件或者dfs2、dfs3文件。mesh文件數(shù)據(jù)值是網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)值，而.dfs2、.dfs3文件數(shù)據(jù)值是網(wǎng)格中心點(diǎn)值，均可用來制作原始網(wǎng)格。制作糙率文件時(shí)，需要根據(jù)運(yùn)行結(jié)果中的

35、still water depth，利用公式計(jì)算，然后賦值到空白網(wǎng)格內(nèi)；制作臨界切應(yīng)力場(chǎng)文件時(shí)，需要用到切應(yīng)力過程最大值或最小值，乘以系數(shù)，進(jìn)行賦值。5.6 結(jié)果提取矩形網(wǎng)格結(jié)果提取方式：FilenewfileMike zeroMike zero toolboxStatisticstxstatsetup name（可填名稱或選默認(rèn)，點(diǎn)下一步）statistics on matrixselect grid file（選取源文件，點(diǎn)下一步）設(shè)置提取結(jié)果的時(shí)間范圍（起始步和終止步）設(shè)置提取結(jié)果的空間范圍設(shè)置提取結(jié)果的類型設(shè)置輸出文件的位置及名稱。三角網(wǎng)格結(jié)果提取方式：FilenewfileMike

36、zeroData extraction FM在input與outputs里設(shè)置參數(shù)。輸出結(jié)果文件的時(shí)間項(xiàng)包括起始步數(shù)、最終步數(shù)以及輸出頻率（frequency）。其中，輸出頻率是指每隔多少步輸出一次。例如：時(shí)間步長(zhǎng)為30s，輸出頻率為60，輸出結(jié)果為每隔半小時(shí)保存一次。之所以設(shè)定輸出頻率，是為了節(jié)省計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間。每一步輸出結(jié)果均是基于這半小時(shí)內(nèi)的值，一般取這半小時(shí)之內(nèi)的平均值。例如：連云港地區(qū)波周期為3s，半小時(shí)內(nèi)共發(fā)生600次波峰，輸出的有效波高就是取自這600個(gè)波高中前1/3大波高的平均值。有效波高周期同潮周期相似，均為12h。5.7 不同網(wǎng)格數(shù)量dfsu文件插值轉(zhuǎn)換Ø Too

37、lsexport導(dǎo)出網(wǎng)格值、水深值；Ø 將其制成xyz文件（刪掉水深值，保留網(wǎng)格值）；Ø 將該文件導(dǎo)入新的網(wǎng)格文件中（在sms里），轉(zhuǎn)化為mesh文件；Ø 在模型中運(yùn)行，輸出still water depth，即為制作好的新dfs2文件。6 試驗(yàn)方案6.1 小寶、劉杰率定大范圍沖淤平衡模型參數(shù)比較小寶劉杰水動(dòng)力邊界40570床面泥沙密度(kg/m³)620600Dispersion（scaled eddy viscosity formulation）1.10.56.2 問：模型計(jì)算要求波浪場(chǎng)網(wǎng)格必須與地形網(wǎng)格一致嗎？答：不必要。波浪場(chǎng)網(wǎng)格可以不一樣，但初

38、始場(chǎng)（水動(dòng)力、含沙量）、臨界切應(yīng)力場(chǎng)的網(wǎng)格必須一樣；見huyan-5calculation-15wan-“15wan mud lj 3(changing mesh).mfm”。6.3 問：航道內(nèi)臨界淤積切應(yīng)力是否影響床面切應(yīng)力？答：不影響，見huyan-8result-15wan-“15w-mud-45d-6 lj 4 航段4中心點(diǎn)stress.dfs0 VS 15w-mud-45d-6 lj航段4中心點(diǎn)stress.dfs0”。6.4 問：影響床面切應(yīng)力的主要因素是什么？答：水深。首先，邊灘上切應(yīng)力明顯大于航道內(nèi)切應(yīng)力，見“15w-mud-45d-6 lj 4 航段7航槽及邊灘stress.

39、dfs0”；其次，隨著航道等級(jí)提高（航深加大），床面切應(yīng)力減小，尤其是最大值的減小，最小值有可能基本不變或增大，見“航道內(nèi)床面切應(yīng)力比較.xlsx外6、9段15wan、25wan比較”；最后，隨著邊灘水深的增加，航道內(nèi)床面切應(yīng)力增加，見“航道內(nèi)床面切應(yīng)力比較.xlsx15萬(wàn)沿程stress”。6.5 問：初始水動(dòng)力場(chǎng)、波浪場(chǎng)對(duì)航道回淤或含沙量場(chǎng)的影響大嗎？初始含沙量場(chǎng)呢？答：初始水動(dòng)力場(chǎng)、波浪場(chǎng)對(duì)航道回淤或含沙量場(chǎng)的影響并不大，見huyan-8result-15wan-“15w-mud-45d-6 lj 4-1、4-3”，初始含沙量場(chǎng)若不小心設(shè)成負(fù)數(shù)，則會(huì)大幅度影響含沙量場(chǎng)及航道回淤。6.6 矩形、三角網(wǎng)格計(jì)算航道回淤時(shí)，對(duì)臨界淤積切應(yīng)力的敏感性一樣嗎？答：不一樣。矩形網(wǎng)格基本呈線性關(guān)系，三角網(wǎng)格敏感性遠(yuǎn)大于矩形網(wǎng)格，見huyan-8result-25wan- Sensitivity test“Sensitivity.xlsx” VS nisha-7結(jié)果- 25wan tcd敏感性測(cè)試。6.7 三角網(wǎng)格、矩形網(wǎng)格航道回淤與床面切應(yīng)力的關(guān)系對(duì)于25萬(wàn)噸級(jí)外4段、外8段，矩形網(wǎng)格床面切應(yīng)力過程極小值小于三角網(wǎng)格，但