地表水环境数值模拟与预测 EFDC建模技术及案例实训PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 地表水环境数学模型简述 2

1.2.1 水动力学模型 2

1.2.2 水质模型 3

1.2.3 水生态模型 3

1.3 地表水环境数学模型研究热点和发展趋势 4

1.3.1 模型参数敏感性和不确定性 4

1.3.2 模型模拟的精度影响因素 6

1.3.3 模型应用范围的扩展 7

1.3.4 模型综合化、平台化和法规化 8

1.3.5 模型与新兴技术的结合 8

1.4 常用地表水环境数学模型功能对比及EFDC模型简介 9

1.4.1 常用地表水环境数学模型功能对比 9

1.4.2 环境流体动力学模型（EFDC）及EFDC_Explorer简介 10

参考文献 18

2 环境流体动力学模型（EFDC）基本理论 22

2.1 水动力模块 22

2.1.1 水平和垂向坐标系统 22

2.1.2 水动力基本方程 23

2.1.3 垂向紊流闭合 24

2.1.4 EFDC模型垂向分层选项 26

2.2 物质输运模块 28

2.2.1 对流－扩散传输的基本方程 28

2.2.2 染料/水龄 28

2.3 温度和传热模块 29

2.3.1 热传递的基本方程 29

2.3.2 水体表面热交换 29

2.3.3 沉积床温度模块 32

2.3.4 冰封模块 33

2.4 泥沙输运模块 34

2.4.1 悬浮泥沙输运的基本方程 35

2.4.2 原有的EFDC模型泥沙输运模块 35

2.4.3 新的泥沙输运解决方案（SEDZLJ模型） 41

2.5 水质与富营养化模块 49

2.5.1 概述 49

2.5.2 水柱富营养化控制方程 51

2.5.3 水生植物和附生植物 64

2.5.4 大型藻类/底栖藻类 70

2.5.5 沉积成岩与内源释放 71

2.6 有毒物质污染与运移模块 75

2.6.1 基本方程 76

2.6.2 有毒物质损失项 77

2.7 拉格朗日粒子追踪模块 78

2.7.1 基本方程和随机游动 78

2.7.2 溢油模型 79

参考文献 79

3 地表水环境模型构建程序与EFDC_Explorer基本功能 82

3.1 地表水环境模型构建程序及方法 82

3.1.1 问题分析和对象识别 82

3.1.2 模型的选择 85

3.1.3 研究区域的确定和网格划分 87

3.1.4 边界条件与初始条件的确定 89

3.1.5 模型参数不确定性和敏感性分析 91

3.1.6 模型的率定和验证 95

3.1.7 模拟结果展现与分析 96

3.2 EFDC_Explorer（EE）基本概述 100

3.2.1 Windows系统环境协议 100

3.2.2 提示工具和Operator函数 100

3.2.3 单位和术语 101

3.2.4 EE文件 101

3.3 EE8.3主要工具栏 103

3.3.1 EFDC模型目标文件管理 103

3.3.2 Julian日期与公历日期的转换器 105

3.3.3 常用工具包 106

3.3.4 网格工具和实用程序 106

3.3.5 文本编辑 107

3.3.6 运行模型 107

3.3.7 运行时间 108

3.3.8 平面视图查看器 109

3.3.9 剖面视图查看器 109

3.3.10 生成新模型 110

3.4 前处理操作界面 111

3.4.1 地图选项卡 111

3.4.2 描述选项卡 112

3.4.3 区域选项卡 112

3.4.4 激活模块选项卡 121

3.4.5 时间/链接选项卡 122

3.4.6 水动力选项卡 123

3.4.7 波浪选项卡 130

3.4.8 盐度选项卡 130

3.4.9 温度选项卡 131

3.4.10 染料/水龄选项卡 133

3.4.11 泥沙选项卡 135

3.4.12 水质选项卡 141

3.4.13 拉格朗日粒子追踪（LPT）选项卡 147

3.5 后处理操作界面 150

3.5.1 模型率定 150

3.5.2 模型比较 158

3.6 ViewPlan（2D）平面视图 159

3.6.1 模拟结果加载 161

3.6.2 ViewPlan视窗 162

3.6.3 ViewPlan显示选项 171

3.6.4 常规预处理功能 175

3.6.5 常用后处理功能 176

3.6.6 ViewPlan主要视图选项 177

3.7 ViewProfile（2D）剖面视图 193

3.7.1 切面/剖面 194

3.7.2 主要显示选项 194

3.7.3 功能键 196

参考文献 197

4 河流水动力模拟案例实训 198

4.1 项目概况 198

4.2 河流CVLGrid曲线正交网格绘制 199

4.2.1 网格构建 199

4.2.2 网格文件导入EE8.3及时间步长确定 208

4.3 边界条件设置 212

4.3.1 设置水位边界条件时间序列 212

4.3.2 设置排污口流量边界条件时间序列 214

4.3.3 设置燃料浓度边界条件 215

4.3.4 模型边界位置及类型设置 215

4.4 初始条件设置 220

4.4.1 水位数据导入 220

4.4.2 Dye模块激活 220

4.5 模型率定验证 223

4.5.1 模型率定验证步骤 223

4.5.2 率定验证结果 225

4.5.3 模拟结果分析 225

4.6 模型使用小结 227

参考文献 228

5 浅水湖泊水动力和富营养化模拟案例实训 229

5.1 水动力模拟案例 229

5.1.1 项目概况 229

5.1.2 网格划分及时间步长确定 230

5.1.3 边界条件设置 235

5.1.4 初始条件设置 243

5.1.5 模型参数不确定性和敏感性分析 244

5.1.6 模型的率定和验证 253

5.1.7 情景模拟方案 256

5.1.8 模拟结果与讨论 257

5.1.9 水动力模型使用小结 259

5.2 水质富营养化模拟案例 260

5.2.1 项目概况 260

5.2.2 边界条件设置 261

5.2.3 初始条件和参数设置 266

5.2.4 模型参数不确定性和敏感性分析 271

5.2.5 模型率定和验证 281

5.2.6 情景模拟方案 285

5.2.7 模拟结果与讨论 285

5.2.8 水质富营养化模型使用小结 289

5.3 沉积物成岩模拟案例 289

5.3.1 项目概况 289

5.3.2 网格划分 292

5.3.3 边界条件设置 292

5.3.4 初始条件设置 294

5.3.5 不确定性和敏感性分析 295

5.3.6 模型率定验证 298

5.3.7 沉积物成岩模型关键参数设置 300

5.3.8 模拟结果与讨论 304

5.3.9 沉积成岩模型使用小结 309

参考文献 309

6 深水水库水动力及水温数值模拟案例实训 312

6.1 项目概况 312

6.1.1 项目背景与研究目标 312

6.1.2 项目区域概况 313

6.2 网格划分和时间步长设置 314

6.2.1 网格划分 314

6.2.2 时间步长设置 316

6.3 边界条件设置 317

6.3.1 流量数据 318

6.3.2 水温数据 320

6.3.3 风场数据 321

6.3.4 大气数据 322

6.4 初始条件设置 323

6.5 模型率定验证 325

6.5.1 模型的校验 325

6.5.2 模型关键参数设置 326

6.6 情景模拟方案 327

6.6.1 研究水位下降对水动力过程的影响 327

6.6.2 σ坐标水平压力梯度误差降低方法 327

6.6.3 SGZ混合坐标下水平压力梯度误差降低方法 329

6.7 模拟结果与讨论 330

6.7.1 探究水位下降对水动力过程的影响 330

6.7.2 σ坐标下水平压力梯度误差降低方法 334

6.7.3 SGZ混合坐标下水平压力梯度误差降低方法 335

6.8 模型使用小结 339

参考文献 340

7 河口泥沙输移及盐水入侵模拟案例实训 342

7.1 项目概况 342

7.2 网格划分及相关设置 343

7.2.1 网格划分类型 343

7.2.2 网格划分 344

7.2.3 地形高程设置 347

7.2.4 时间步长设置 348

7.3 边界条件设置 349

7.3.1 流量数据 349

7.3.2 示踪剂数据 351

7.3.3 盐度数据 353

7.3.4 潮汐调和数据 353

7.3.5 泥沙数据 354

7.3.6 边界条件设置步骤 356

7.4 初始条件设置 359

7.5 模型关键参数设置 361

7.5.1 模块确定 361

7.5.2 水动力参数 362

7.5.3 泥沙参数 363

7.6 模型率定验证 366

7.7 模拟结果与讨论 368

7.7.1 流场分布 368

7.7.2 盐水入侵模拟分析 371

7.7.3 泥沙输移模拟分析 373

7.8 模型使用小结 376

参考文献 377

8 EFDC_Explorer常见问题及处理方法 378

8.1 模型代码结构 378

8.1.1 EFDC程序及功能简介 378

8.1.2 模型的输入文件 381

8.2 水动力模块常见问题解析 384

8.2.1 网格与坐标系统 384

8.2.2 常见运行错误 386

8.2.3 干湿边界问题 387

8.2.4 Jet plume和Near field模型 388

8.2.5 垂向黏滞系数和扩散系数 388

8.2.6 风场设置 392

8.2.7 气象数据设置（ASER.INP） 394

8.2.8 水动力模块率定验证参数 396

8.2.9 时间步长设置 396

8.2.10 风浪模块 397

8.2.11 热启动 397

8.2.12 其他问题 399

8.3 运输模块常见问题解析 399

8.3.1 染料（dye） 399

8.3.2 水龄（water age） 400

8.4 温度和热传输模块常见问题解析 401

8.5 泥沙模块常见问题解析 402

8.6 有毒物质模块常见问题解析 406

8.7 水质模块常见问题解析 406

8.7.1 水质边界设置 406

8.7.2 TSS 406

8.7.3 藻类 406

8.7.4 水质指标 408

8.7.5 底泥释放通量（sediment flux） 409

8.8 拉格朗日粒子追踪（LPT）常见问题解析 410

8.9 本章小结 412

参考文献 413

附录A EFDC内部数组可视化介绍 414

附录B 数据格式 416