三维泥沙

三维泥沙模块是用于计算泥沙输运、底床演变的模块，主要负责处理计算近床输沙、推移质输沙和地层演变过程，耦合水动力模块计算水体中的悬移质输沙过程，计算非粘性、粘性泥沙的输运和迁移。本基础教程将介绍三维泥沙建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-三维泥沙模块功能。

1. 矢量

在矢量数据选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

3.3 网格设置

在三维模块中，可以点击网格设置选项卡，进行网格等分层数的定义。

4. 水动力设置

4.1 模型

点击展开左侧“水动力设置”下的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、源汇项进行设置。

4.1.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.1.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对垂直和水平两个方向的湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.1.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发量、时长等。可以设置的时变气象值有：风速、风向、气压等。

4.1.6 源汇项

在源汇项选项卡中，可选择点或面类型的源汇项，设置源汇项的名称坐标位置和三维空间中的高程、源汇项的流量，并可以添加常数或随时间变化的示踪物。

4.2 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

4.3 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括三维的高程（水位）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、Z方向流速）、示踪物；以及二维的水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物等等。

5. 泥沙模型设置

点击展开左侧的“泥沙设置”-“模型”分支，用户可分别对泥沙性质、输运机制、床层模型、粘性泥沙输运、泥沙级配、泥沙边界条件、数值参数进行设置。

5.1 泥沙性质

在泥沙性质选项卡中，可添加一个或多个类型的泥沙，泥沙类型为非粘性或粘性，并设置对应的物理参数。其中，可设置的物理参数包括颗粒半径、初始占比、颗粒密度、床层孔隙度、临界Shields数、淤泥侵蚀临界底床剪切应力、淤泥沉降临界剪应力、泥沙隐藏参数、悬沙初始浓度。其中，所有初始占比的值的和必须为1。

5.2 输运机制

在输运机制选项卡中，可选择激活推移质输沙或悬移质输沙。激活推移质输沙后可选择多种推移质输沙公式和相关参数，并可以考虑输沙修正过程，包括：二次流修正、底床坡度修正、推移质输沙方向修正、推移质输沙强度修正、表面摩擦力修正，及相关参数。激活悬移质输沙后可选择多种悬移质输沙公式和相关参数。

5.3 床层模型

在床层模型选项卡中，根据不同的泥沙类型可选择多层模型、多层固结床模型或Gibson模型。可以对活土层厚度、恒定活土层厚度、初始床层数、每个初始床层的厚度进行设置。

5.4 粘性泥沙输运

如果泥沙类型中存在粘性泥沙，则可展开粘性泥沙输运选项卡，并可以设置Krone-Partheniades侵蚀定律常数、固结床层数、淤泥床初始浓度。当床层模型选择了多层固结床模型时可以设置床层质量传输常数，当床层模型选择了Gibson模型时可以设置软土临界泥沙浓度。

5.5 泥沙级配

如果泥沙类型存在两种或两种以上，则可展开泥沙级配选项卡，并可以选择隐藏参数公式。

5.6 泥沙边界条件

在泥沙边界条件可基于在水动力设置中设置的流量边界添加泥沙边界条件，包括恒定悬沙浓度、时变悬沙浓度、平衡悬沙浓度和平衡输沙流量。

5.7 数值参数

在数值参数选项卡中，可以设置悬移质扩散常数、悬移质扩散项求解格式、悬移质对流项求解格式、悬移质对流格式选项和对流速度修正。

5.8 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的泥沙输运结果输出变量。其中，可选的输出变量包括水深、底部高程、底床演变、底床剪应力（总摩擦力）、推移质输沙量（合成量、X方向的推移质输沙量、Y方向的推移质输沙量）、底床总糙率、每泥沙对应的总输沙率、推移质输沙率、平均颗粒直径、各层每类的非粘性泥沙占比、各层厚度、各层每类非粘性颗粒的质量、各层每类粘性颗粒的质量、各层每类粘性颗粒的占比、每类泥沙的质量浓度。