案例10 - 太湖污染物净化过程模拟
1. 案例介绍
太湖位于长江三角洲的南缘，是中国五大淡水湖之一。太湖湖泊面积2427.8平方公里，太湖沿岸富营养化程度较高，可能原因包括工厂排污，生活污水排放等等原因，近几年来夏季经常有蓝藻滋生，严重影响水质。本案例介绍如何利用格物云CAE二维水动力模块，搭建太湖的仿真模型，进行太湖污染净化过程的仿真预演。
2. 操作说明
2.1 矢量数据
将研究区域的坐标系设置为3857：
点击本地上传（点击下载矢量文件），同时选择岛屿矢量、太湖矢量文件上传至平台中。
上传完成后如下所示，分别是【太湖】研究区域和湖中的【岛屿】区域。
利用画轮廓工具描绘一个包含所有区域的形状，命名【插值区域】，点击应用。
利用标点工具在研究区域内选择感兴趣的点位，并为其命名。
完成后，如下图所示：
2.2 生成几何
点击几何，点击生成几何，在窗口中选择主网格轮廓为【太湖】研究区域，将【岛屿】区域为子网格轮廓，并将其设置为不可淹没区域。
点击生成几何，即可获得以下形状：
点击【几何分组】，点击【添加】，即可添加分组。在选择线段分组时，用鼠标靠近想要选中的线段，被靠近的线段会变成绿色，点击后该线段被选中并变成红色。以下是笔者选择的分组供参考。
选择如下位置的线段，将分组命名为【in1】，点击应用。
选择如下位置的线段，将分组命名为【out1】，点击应用。
选择如下位置的线段，将分组命名为【in2】，点击应用。
选择如下位置的线段，将分组命名为【in3】，点击应用。
选择如下位置的线段，将分组命名为【out2】，点击应用。
2.3 生成网格
点击网格，点击生成网格，在弹出的窗口中配置主网格尺寸，【最大尺寸】设为【500】，【最小尺寸】设为【200】，点击生成网格。
稍等片刻后，可以看到图中生成了网格，滚动滚轮可以放大缩小视图，右键拖拽可以平移视图。
接下来对网格进行地形赋值。点击左侧导航栏的【网格赋值】，点击添加按钮，会弹出赋值窗口。
- 赋值类型：高程
- 名称：高程
- 赋值范围：插值区域
- 数值数据类型： TIF/XYZ-value型数据
- 上传地形数据：DEM.xyz
点击应用，赋值后网格如下图所示：
2.4 模型参数
点击展开【模型】菜单。
2.4.1 初始条件
点击【初始条件】，选择【均匀】初始场，设置初始【水位】为初始变量，初始水位为【10m】。【打开】是否有示踪物的开关，点击【加号】按钮添加一个示踪物，示踪物名称为【pollution】，初始浓度设为【100】，点击应用。
2.4.2 边界条件
点击【边界条件】，点击加号，设置添加边界条件。
边界一：添加设定【流量边界】，命名为【入口边界1】，设定一个恒定流量【3000】立方米每秒，【打开】是否有示踪物按钮，选择【常数示踪物】，将示踪物浓度设为【0】，施加位置选择【in1】分组。
注：用户也可以自行尝试在【示踪物类型】中选择【随时间变化示踪物】，并设置一个随时间变化的示踪物输入浓度表格。
边界二：添加设定【流量边界】，命名为【入口边界2】，设定一个恒定流量【3000】立方米每秒，【打开】是否有示踪物按钮，选择【常数示踪物】，将示踪物浓度设为【0】，施加位置选择【in2】分组。
边界三：添加设定【流量边界】，命名为【入口边界3】，设定一个恒定流量【2000】立方米每秒，【打开】是否有示踪物按钮，选择【常数示踪物】，将示踪物浓度设为【0】，施加位置选择【in3】分组。
边界四：添加设定【水位边界】，命名为【出口边界1】，设定一个恒定水位【10】米，施加位置选择【out1】分组。
边界五：添加设定【水位边界】，命名为【出口边界2】，设定一个恒定水位【10】米，施加位置选择【out2】分组。
2.4.3 底部摩擦
设置【曼宁公式】为摩擦模型，设置【均匀】摩擦系数，并将摩擦系数设置为【0.05】。
其余模型参数设置保持默认即可。
2.5 计算时间
在计算时间选项卡中设置计算步长和计算时间。为保证计算稳定，这里设置时间步长为【10】s，模拟总时间为20天，即【1728000】s。
2.6 结果配置
在结果界面可以勾选自己感兴趣的变量，笔者勾选了【水深】、【水位】、【高程】、【示踪物】。并设定结果输出频率为1440时间步/帧，即每1440×10 = 14400 秒 = 4天 输出一个结果。
2.7 仿真计算
点击左侧菜单栏中的仿真计算，选择计算核数为【32核】，点击提交计算。
等待计算完成，即可点击查看结果。
3. 结果展示
3.1 结果云图
点击左侧菜单栏中的结果云图，选择相应的物理场，点击播放按钮，分析太湖20天内污染物净化过程。
如下为污染物随时间变化的过程，选择【pollution】污染物变量，点击播放按钮即可查看污染物浓度分布的变化。感兴趣的用户可以延长模拟时长至3个月，预测更完整的污染物净化过程。
3.2 点位分析
在创建矢量时，我们分别在太湖南边设置了【点1】，太湖北边设置了【点2】，在【点位分析】中，即可查看点位处各结果变量随时间变化的线图。
位于南边的【点1】污染物浓度随时间变化如下，由于模拟时长仅有20天，干净的水尚未到达【点1】处，因此该处的污染物浓度尚无变化。
位于北边的【点2】污染物浓度随时间变化如下，在第16小时，污染物浓度开始下降，到第80小时，污染物已经降到一个相对低的值。
