案例7 - 复杂河网污染物扩散模拟

1. 案例介绍

本案例利用格物云CAE二维水动力学模块，搭建绍兴复杂河网的二维水动力仿真模型，进行复杂河网中污染物扩散过程的模拟。

2. 操作说明

2.1 矢量数据

将研究区域的坐标系设置为4549：

点击本地上传（点击下载矢量文件），同时选择outline、sub1、sub2、sub3、sub4、sub5、sub6所有矢量文件上传至平台中：

上传完成后如下所示：分别为研究区域【outline】和6个子区域【sub1】、【sub2】、【sub3】、【sub4】、【sub5】、【sub6】，他们之间的空隙区域即为河网区域：

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:

2.2 生成几何

点击几何，点击生成几何，在弹出的窗口中选择主网格轮廓为大研究区域【outline.shp】，分别添加6个子区域为子网格轮廓，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，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。选择如下位置的线段，将分组命名为【in】，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【25】，最小尺寸设为20，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：h
• 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：SXriver.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【12m】。【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【tracer1】，初始浓度设为【0】，点击应用。

2.4.2 边界条件

点击边界条件，点击加号，设定【流量边界】，设定一个恒定流量【300】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【20】，施加位置选择我们刚刚设置的【in】分组。

备注：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。

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【0.03】。

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【2】s，模拟总时间为24小时，即【86400】s。

2.6 结果配置

在结果界面可以勾选自己感兴趣的变量，此处勾选了【水深】、【速度标量】、【示踪物】。并设定结果输出频率为1000时间步/帧，即每2000秒输出一个结果。

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【8核】，点击提交计算。 约20分钟后，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，分析污染物从入口进入复杂河网后的扩散现象。 如下动图为示踪物随时间变化的过程：

选择【速度标量】变量，将现实范围设置为0~0.3： 如下动图为速度标量随时间变化的过程：

选择【水深】变量，将现实范围设置为0~18： 如下动图为水深随时间变化的过程：