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1基本参数与设置Mike21流体模型用来模拟二维自由表面流。适用于水平尺度远大于垂向尺度，垂向流速和垂向加速度可以忽略时，湖泊、河口、海湾、海岸和海洋的水动力、环境现象的模拟。共分为4个模块：水动力模块（Hydrodynamic）；平流扩散模块（Advection-Dispersion）；泥沙输运模块（MudTransport）；生态过程模块（ECOLab）。其中，水动力模块是基础，为其他三个模块的计算提供动力。泥沙输运模块可以用来模拟波流共同作用下粉砂、淤泥和粘土的冲刷、输移与沉降。适用范围：矩形网格。MIKE21/3耦合流体模型是海岸河口地区精确的动态模拟系统，包括以下模块：水动力模块（HydrodynamicModule）输运模块（TransportModule）生态过程、溢油模块（ECOLab/OilSpillModule）淤泥输运模块（MudTransportModule）粗砂输运模块（SandTransportModule）粒径追踪模块（ParticleTrackingModule）波谱模块（SpectralWaveModule）其中，水动力模块与波谱模块是最基本的两种。适用范围：三角网格。ADI算法（AlternativeDirectionImplicitMethod）：交替方向隐式方法。把每一个时间步长分成两步进行，前半步隐式计算x方向流速分量及潮位，显式计算y方向流速分量；后半步隐式计算y方向流速分量及潮位，显式计算x方向流速分量。地形中水深采用当地平均海平面以下水深，而非海图水深，故需在海图水深上增加2.9m。指模拟的时间段，包括起始时间（simulationstarttime）、总步数（no.oftimesteps）及时间步长（timestepinterval）。时间步长一方面决定了结果文件的最大输出频率，另一方面实现了不同模块的同步耦合。具体计算时的时间步长则是在solutiontechnique中定义的。1.1Mike21FlowModule1.2MIKE21/3CoupledModelFM1.3求解方法1.4Bathymetry1.5Time水动力、平流扩散和波谱模型的计算步数是动态的，只要满足稳定性要求即可；对于泥沙输运和水质模型，进程可能多个步长更新一回。对于时间积分（timeintegration）与空间离散（spacediscretization）两项，一般选作低阶快速模式（lowerorder，fastalgorithm），这种模式没有高阶模式（higherorder）计算精确；对于平面二维计算，浅水方程、泥沙输运方程和平流扩散方程的时间积分采用的是显式格式，三维计算采用的是半隐式格式（水平方向显式，竖直方向隐式）。由于使用显式计算时的稳定性要求，必须指定时间间隔（timestepinterval），使CFLnumber小于1。在浅水方程、泥沙输运方程计算中，为了使所有计算点的CFL数小于临界值，使用了变时间步长，即对每一步进行了细化计算。计算对泥沙输运方程的CFL数要求没有浅水方程那么严（可以大一些），因此，在泥沙输运方程计算时可以使用较大的时间步长。用户可以指定最小时间步长（0.01s）和最大时间步长（10s）来控制时间步数。最大时间步长（maximumtime）不可超过前面“time”中定义的时间步长（timestepinterval）。即干湿判别技术，是为了提高模拟的精度。若某网格水深小于dryingdepth则不参与计算，当水深大于floodingdepth时重新进入计算。三角网格可选择两种方式：常数涡流公式（㎡/s）Smagorinsky公式（需指定Smagorinsky系数及最大值、最小值）。矩形网格可选择四种方式：忽略每个区域给定一个常值每个区域给定一个dfs2文件通过Smagorinsky公式进行动态计算（用户需选择基于流速或基于通量，并指定比例因子）水动力与波浪边界条件均为每半小时给一次，意为这半小时内全采用相同的边界条件，这样做的前提是边界条件在半小时之内基本无变化。边界条件的时间范围必须大于等于模型模拟的时间，边界条件的时间步长不必与模拟时间步长对应，模型会自动根据模拟时间步长插值。潮流模型边界条件取中潮过程（2005年9月8日2:00:00～9月9日2:30:00）水位、流量。波浪模型波浪边界条件由东中国海大模型提供，由于波浪边界条件对关注区域影响甚微，故可任意选取；风场为常风天6.1m/s，45°。进行潮流模型、波浪模型验证的目的是给泥沙输运模型提供边界条件，验证好的潮流模型的水位、流量边界条件为泥沙模型提供潮流边界条件，验证好的波浪模型输出波浪场结果为泥沙输运模型提供波浪场，。1.6Solutiontechnique1.7Floodanddry1.8Eddyviscosity（涡粘性）1.9Boundaryconditions矩形网格的边界条件空间划分必须与边界网格个数一致，而三角网格的边界条件有插值功能，只需给出一个及以上的网格边界条件，沿线其他位置处的边界条件会插值得到。浅水方程CFLnumber定义如下：式中：h——单元中心点的总水深（totalwaterdepth）；u,v——单元中心点x和y方向的分速度；Δx，Δy——计算单元x向和y向的特征长度，取边界最小值。对于三角网格，可采用如下形式：泥沙输运方程CFLnumber定义如下：Frequency是指间隔多少时间步长输出一次结果。每次更换地形后，系统会提醒是否更新边界条件，选“是”的话，边界条件会自动恢复为默认值，需从新导入边界条件；建议选“否”。输出结果（包括水动力、泥沙）一般为半小时输出一次，因此时间间隔应设为180步。若设置过小会因内存不足导致运行中断。2Flowmodel两种形式可供选择：谢才系数（Chezynumber）与曼宁系数（Manningnumber）。床面糙率采用下式计算Bedresistance=式中u是速度，C为谢才系数。若选择的是曼宁系数（一般会这么做），模型会根据下式将其转换为谢才系数。因为多了1.10CFLnumber1.11Frequency1.12更换地形1.13输出结果格式1.14Mike21与Mike21/3输出结果项差别2.1Bedresistance（床面糙率）此步，计算时间会变长。Mike软件中曼宁系数的表达式为M=1/n，单位是m1/3/s，不同于水力学课本中常用的M=n（无量纲）。在河流数值模拟中，如果某一边界的边界条件不是真实边界条件，计算过程中可能发生不稳定问题，这样建议增大边界区域的糙率，具体做法为沿河道方向将2～4行网格的曼宁系数设置为30。（1）潮差验证时需修改糙率，若是计算潮差较小，可加大下游曼宁系数（减小下游糙率）；（2）潮周期验证时要修改水深，因为使用的地形来自测图水深，为可能发生最小值，因此可适当增加水深。三角网格时可选择初始潮位或初始水深、流场，dfsu或dfs2文件均可，范围必须覆盖模型区域。当只有一个时间步，就直接作为初始条件，当有多个时间步时，起始时间必须在第一步与最后一步之间，便于进行插值。矩形网格时可将每个区域的初始水位设置成定值或给定dfs2文件。初始水位必须与边界条件相符合，例如边界条件初始值为0.5m，则初始水位也应在0.5m附近。3Wavemodel波高与Cdis成反比，波周期与DELTAdis成正比。模型考虑白浪时，需指定两个参数：Cdis和DELTAdis。Cdis是白浪耗散源函数的比例因子，控制着耗散率的大小；DELTAdis控制着能量耗散在能量谱中的比重。Cdis与DELTAdis的建议值分别为4.5和0.5。减小Cdis会使白浪耗散整体减少，波高增大；DELTAdis的取值范围为0～1，DELTAdis小于0.5时，低频波耗散的比重会增加，导致波周期减小；DELTAdis大于0.5时，低频波耗散的比重会减小，导致波周期增大。底摩阻引起的能量耗散会造成波谱频率降低，也就是平均波周期减小。4SandmodelMud是指泥沙粒径小于63微米的细颗粒和粘性泥沙，Clay与Silt均属于Mud。2.2Initialconditions（初始条件）3.1Whitecapping（白浪）3.2Bottomfriction（底摩阻）4.1ScientificDoc每层床面可以用下面几项描述：临界冲刷切应力、冲刷系数（E）、冲刷功率、泥沙干密度和冲刷函数。冲刷系数是控制冲刷速率的比例因子，软泥通常取0.000005～0.00002kg/m2/s，硬泥取0.0001kg/m2/s左右；冲刷功率（无论软泥还是硬泥）建议取4～26。为了描述床层间的交换率，将固结考虑进来。为了描述波浪引起的床面破坏，考虑了波浪液化作用。可以选择泥沙粒径组的数量以及床面的层数。粒径组的数量最多为8种，床层的数量最多为12层，原则上，床层的数量应反映出床面的抗冲强度变化。初始条件包括三项：Fractionconcentrations（初始水体含沙量）、Layerthickness（初始床面厚度）、Fractiondistribution（床面初始粒径组分配）。Initialconcentrations是粒径组的含沙量，这里不同的粒径组分别给定含沙量，可是并没有涉及到泥沙粒径的差别，这与利用挟沙力理论推求航道回淤时含沙量公式中没有考虑泥沙粒径相似[4]，那么粒径组是以什么划分的？与干密度有关。initialbedthickness指每一层床面的厚度；initialfractiondistributioninbed为每一种粒径组在每一层床面所占的百分比。○1各组泥沙初始含沙量，及其在每一床层（一般为1层）的百分比；○2各组泥沙沉速，可考虑絮凝沉降或受阻沉降情况。4.2Parameterselection（参数选择）4.3水体参数4.4初始条件决定泥沙起动的关键是床面切应力的大小，在模型中，床面切应力采用以下公式进行计算[2]：1）当只有水流时，床面平均切应力：221cccUf（5-4）2）当纯波浪作用时，床面平均切应力：221bwwUf（5-5）3）波流共同作用时的床面平均切应力：qwccpwccca11（5-6）式中：cf为水流摩阻系数；cU为水流平均速度；wf为波浪摩阻系数；bU为波浪底部水质点水平运动速度；pqa、、为波浪参数。由以上三式可知，床面切应力只与水流、波浪、水深、床面糙率高度有关，可以从模型中输出结果。在设置临界淤积切应力场之前，必须指定含沙量剖面。含沙量剖面分布形式有两种：Rouseprofile和Teeterprofile。Rouseprofile剖面含沙量不随时间变化，Teeterprofile剖面含沙量会随时间变化（近底含沙量和深度平均含沙量的关系会根据重力、升力的大小重新计算，深度平均含沙量是如何参与计算的？）。其对泥沙淤积速率的影响表现在cib（近底含沙量）与取值会有所不同。悬泥沉降过程可分为4个阶段：自由沉降（速度不变）、絮凝沉降、受阻沉降、浮泥。4.5Bedshearstress（床面切应力）4.6Concentrationprofile（含沙量剖面）4.7Settling（沉降）泥沙沉速发展过程线（考虑受阻沉降）各阶段对应的沉速分别为自由沉降：flocs0sedimentC絮凝沉降：totals0sedimentC受阻沉降：hindereds0sedimentC式中sediment——泥沙干密度；flocC——临界絮凝浓度；totalC——泥沙各层总浓度；hinderedC——临界受阻沉降浓度；0——沉速系数；——功率。泥沙沉降是指泥沙从水体落到床面，当床面切应力小于临界淤积切应力时发生，第i组泥沙的淤积速率可以用下式表达：式中，——为泥沙单位时间、单位面积回淤量（单位是kg/(m2·s)）；ωis——近底泥沙沉