Delft 3D 模型中所遇到的几个问题及可能解决办法
0x00 续
从 2021 年底开始接触这个模型，也有一年半了，对于模型的整体仍没有完整的想法。构建了一个东北山区河道模型，期间遇到了种种问题。因此将其记录。在此篇中，使用的 Delft 3D 版本为 69536 结构化网格版本。
0x01 关于模型的定义澄清
Delft 3D 使用.dep文件作为地形生成文件。在 Delft 3D-FLOW 文档中，对于水深（bathymetry）的定义是针对某一参考平面（Reference plane）而确定的，低于这一平面的值为正，否则为负。其取值范围为 -1000-20000m。而在水位（Water Level）中，虽然同样以参考平面为基础，但是正负号取舍上则相反，也即高于这一参考平面为正，否则为负。在边界条件定义中，时间序列文件（Time Series）驱动的水位取值范围为 -100m-100m。因此，需要根据研究区地理位置妥善设置参考平面并加以修正，使其符合地形特征。在河道及湖泊地形模拟时，通常采用黄海基准高程作为水位和水深数据，这个规定在 Delft 3D 中是不合理的，需要额外注意。
0x02 地区简介
模拟区域为中国辽宁省内大雅河地区，下游为大雅河水利枢纽，上游边界根据流域控制面积反向推求。上游高程为 433m-434m，下游高程为 360m，模拟区域长度 10km，平均比降 4.1‰。模拟区域平均河道宽度约为200m，根据插值地形可知普遍为 V-U 形河谷。
0x03 模型初始条件设定问题
在一次模拟中，将下游边界条件设定为给定水位条件，其值为 425m；上游条件设定为给定流量条件（这是河道模拟中常用的手段），其值为 400m3/s。 初始条件给定为 425m 水位。模型出现了虽然收敛，但是处处无流量的问题。与MIKE 11不同，其似乎需要在有合理水位的前提下才可以进行模拟，本次的425m水位在上游（433m）没有水位，因此无法进行方程求解。也因此全模拟区无流量产生，需要对模型设置合适初始条件。
0x04 初始文件（Initial Condition File）讨论
在非恒定初始条件下，需要采用初始文件进行确定。初始文件至少需要初始水位，初始U速度，初始V速度三部分组成，缺一不可，此外，如物质浓度等条件则在其后进行确定。每一部分可通过 QUICKIN 完成，生成的 .dep 文件可以用记事本打开编辑。
0x05 河道地形文件合理性讨论
该项目河底地形生成方式为根据地图或类似工程图描绘得来，具有相当多的数据量，但是其数据来源及可靠性需要进一步商榷。地形生成通常采用三角插值+内部重分布。在绘制河道断面时发现部分断面不完全，即左右岸为最低点这一情况。这一情况通常会导致 MIKE 11 出现计算不稳定，结果不收敛这一异常现象。因此需要考虑地形合理性，确保不会出现河道外溢现象。
0x06 一些标准及建议
- 网格正交性（Orthogonality）应小于0.02；
- 纵横比应（Aspect ratio）处于[1,2]间，如果某个流向占主导（如河道）可适当放宽；
- 临近网格值（Ratio of neighbouring grid cells）在重点区域到非重点区域应该以1.2-1.4方式渐变；
- 计算区域网格应大于5*5的网格区域；
- 库朗数（Courant-Friedrichs-Lewy number）应该不大于10，如果情况特殊可适量增大。