三维水质

格物云CAE-三维水质模块可以模拟水生系统中各类污染物的扩散、转化、迁移和演变一系列复杂的生化过程，包括溶解氧的复氧和消耗，无机氮磷和有机氮磷之间的相互转化、吸附、沉降以及藻类的新陈代谢、光合作用等。本基础教程将介绍三维水质建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-三维水质模块功能。

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。

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。

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。

5.水质设置

5.1 水质模块选择

在水质模块选择选项卡中，用户可以选择水质模块类型以及对相应水质模块的水质参数进行设置。可供选择的水质模块包括：氧模块、生物量模块、微污染模块、热交换模块、富营养化模块、以及富营养化和热交换的耦合模块。

5.1.1 氧模块

在氧模块中，用户需要设置三个水质参数的初始浓度，分别为溶解氧、氨负荷、有机负荷。同时在计算设置中可以设置影响水中溶解氧含量的相关参数，包括：植物的呼吸作用、水温、硝化动力学常数K4、底栖氧气需求等。

5.1.2 生物量模块

在生物量模块中，用户需要设置五个水质参数的初始浓度，分别为浮游植物生物量、浮游植物可同化的溶解磷、浮游植物不可同化的可降解磷、浮游植物可同化的溶解氮、浮游植物不可同化的可降解氮。同时在计算设置中可以设置影响水中生物量含量的相关参数，包括：20°C时的最大藻类生长率、藻类毒性系数、磷酸盐半饱和常数、藻类生物量的呼吸速率等。

5.1.3 微污染模块

在微污染模块中，用户需要设置五个水质参数的初始浓度，分别为悬浮颗粒物、底床沉积物、溶解形式的微污染物、悬浮颗粒物吸附的部分、底床沉积物吸附的部分。同时在计算设置中可以设置影响水中微污染（如重金属）含量的相关参数，包括：沉积临界应力、沉积物沉降速度、重新悬浮的临界压力、微污染物浓度的指数衰变常数等。

5.1.4 热交换模块

在热交换模块中，用户需要设置初始水温。同时在计算设置中可以设置影响水体温度的相关参数，包括：水密度、水比热容、空气比热容、气象数据等。

在富营养化模块中，用户需要设置八个水质参数的初始浓度，分别为浮游植物生物量、浮游植物可同化的溶解磷、浮游植物不可同化的可降解磷、浮游植物可同化的溶解氮、浮游植物不可同化的可降解氮、溶解氧、氨负荷、有机负荷。同时在计算设置中可以设置影响水体富营养化的相关参数，包括：20°C 时的最大藻类生长率、藻类毒性系数、藻类生物量的呼吸速率、水面上的阳光通量密度、20C时藻类死亡率系数、死亡植物中可同化的磷的百分比等。

5.1.6 富营养化-热交换模块

在富营养化-热交换模块中，用户需要设置九个水质参数的初始浓度，分别为浮游植物生物量、浮游植物可同化的溶解磷、浮游植物不可同化的可降解磷、浮游植物可同化的溶解氮、浮游植物不可同化的可降解氮、溶解氧、氨负荷、有机负荷、温度。同时在计算设置中可以设置影响水体富营养化和水体温度的相关参数，包括：藻类毒性系数、不含浮游植物的植物浊度系数、植物细胞内氮的比例、硝化作用消耗氧气、水比热容、云量系数等。