EFDC+ Explorer 12.4.0 and Grid+ 1.3

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一种最先进的开源多功能地表水建模引擎，包括流体动力学、沉积物污染物和富营养化组件，旨在模拟一维、二维和三维的水生系统。 基于最初由 John M. Hamrick 博士于 1980 年代后期开发的环境流体动力学代码 (EFDC)，DSI 的 EFDC+ 已成为水系统建模的黄金标准。

EFDC+是流体动力学建模核心软件。
ENVIRONMENTAL环境
FLUID 流体
DYNAMICS 动力学
CODE代码
加强版: EFDC+

环境流体力学代码增强版（EFDC+）是一个通用建模软件。 模拟地表水系统（河，溪，湖，入海口，沿海水域和开阔海洋）的一维、二维和三维流动，运输和生物化学过程
佛吉尼亚海洋科学研究院开发了最初版EFDC软件，EFDC是一个公共领域建模软件，功能上相当于：
- POM/ECOM
- CH3D-WES
- TRIM/UNTRIM
- MIKE21/3
- Delft3D
EFDC+是DSI研发出的增强版和优化版

EFDC+特点综述

流体动力学
EFDC+ 是 EFDC 的最新增强版，EFDC 是最流行的 3D 流体动力学和水质模型之一。美国环境保护署 (EPA)将最初的 EFDC 描述 为“一种最先进的流体动力学模型，可用于模拟一维、二维和三维的水生系统。在过去的二十年里，它已经发展成为世界上使用最广泛、技术上最可靠的流体动力学模型之一。” DSI 采用了 EFDC 的 EPA 版本并对其进行了极大的改进，创建了 EFDC+。自 1998 年以来，DSI 不断提升模型的流体动力学和稳定性，同时减少运行时间。
> 温度
水温是地表水最重要的物理特性之一，它影响密度效应和热效应对水质动力学和溶解度的影响。 EFDC+ 为您提供了一系列选项来准确模拟水柱中的表面热交换和太阳辐射衰减。多个计算蒸发选项可用于更好地代表您的系统。
> 盐度
盐度变化对河口分层的影响往往大于温度变化。在数百项研究中，EFDC+ 已被证明可以成功预测河流和河口对海洋盐度变化的响应，这些变化与淡水流入的季节性变化以及港口和航道加深等人类活动有关。
> 水工建筑物
要对实际物理条件进行逼真的模拟，您可能需要考虑人造结构，例如 桥梁、闸门、涵洞、管道和/或堰。使用 EFDC+，您可以使用标准查找表方法模拟这些结构，或利用增强的 EFDC+ 功能，该功能使用典型水力结构的标准水力方程来计算每个时间步长的适当流量。

                               
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染料流过闸门。

> 内部风浪
EFDC+ 优于 EFDC 的 EPA 版本的一个优势是 EFDC+ 包含一个风浪子模型。这允许将时间和空间变化的波浪条件直接耦合到 EFDC+ 流体动力学。在您的 EFDC+ 模型中，您可以选择让这些条件仅影响河床剪应力，或者您也可以通过包含水柱上的辐射剪应力来模拟波浪产生的水流。
> 波浪行动
波浪作用会对流体动力学和沉积物运输产生重大影响。EFDC+ 可以链接到外部波浪建模结果，或者您可以在内部计算风力生成的波浪。
> 外波联动
EFDC+ 已得到增强，可以有效地链接到外部风力模型，例如 SWAN 模型输出。与内部风浪子模型一样，您可以选择包含或排除波浪生成的电流。

垂直分层选项
EFDC+ 可以用作 1 维、2 维或 3 维 (D) 流体动力学模型。对于 3D 模拟，支持两种不同的垂直分层方案，使您能够适当地表示系统的垂直结构。

                               
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10 层的分层选项：(0) Sigma 坐标，(1) SGZ 可变层，(2) SGZ 均匀层。

> Sigma-Zed 选项
一种称为 Sigma-Zed 方法 (SGZ) 的新垂直分层方法已开发并应用于 EFDC+ 模型，可减少水平压力梯度误差。Sigma-Zed 方法允许层数在模型域中变化。每个单元格可以使用不同数量的层，尽管该单元格中的层数随时间保持不变。这在计算上是高效的，现在被推荐为标准方法，确保大大提高准确性。

                               
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华盛顿湖模型（蓝色）和观测数据（红色）的温度垂直剖面图，显示了 SGZ 的应用。

> 西格玛坐标
无论水深如何，西格玛坐标 (SIG) 方法在模型域的任何地方都使用相同数量的垂直层。这是传统的 EFDC 方法，在大多数现代流体动力学建模代码中很常见，但是当您的系统具有相对于水平网格尺寸的陡坡床时，它会受到水平压力梯度误差的影响。这可以在右侧的图 2 中看到，它演示了如何使用 SIG 方法不真实地表示温跃层。
您可以在下图中比较 sigma 坐标和 Sigma-Zed 的分层选项。

                               
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使用 SIG 方法的华盛顿湖模型（蓝色）和数据（红色）温度的垂直剖面。

> 广义垂直坐标
EFDC+ 不再支持在 EFDC 的 EPA 版本中可用的通用垂直坐标 (GVC)。GVC 和 Sigma-Zed 方法相似，但 Sigma-Zed 方法产生的结果更准确，并且比类似配置的 GVC 模型快得多。尽管将 GVC 与 EFDC+ 一起使用没有任何优势，但 EE 继续为 EFDC_EPA 的用户支持 GVC 功能。

热建模
EFDC+ 已通过一系列热交换选项得到增强，在模拟复杂的热系统时为您提供更高的灵活性。
> 新的表面热交换选项
EFDC+ 有两个表面热交换选项，这两个选项都允许在空间和时间上改变表面热交换系数和消光系数。2008 年提供了一种平衡温度方法，随着 8.3 版的发布，EFDC+ 现在提供了一个新的全热交换选项。相比之下，除风效应外，标准 EFDC 版本仅允许时间和空间恒定的热交换系数。

                               
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核电站扩散器的热排放。

> 热耦合冰模型
EFDC+ 实施了一个强大的冰子模型，其中使用耦合热模型 模拟了冰的形成和融化。此功能在其他版本的 EFDC 或其他环境流体动力学建模工具（如 MIKE3 或 DELFT3D）中不可用。
> 强制蒸发
强制蒸发被定义为由于排放加热的冷却水导致温度升高而导致接收水中的额外蒸发。联邦和州机构现在认为强制蒸发是热力发电厂的消耗性用途。EFDC+ 拥有必要的工具箱来提供强制蒸发的空间和时间评估。

螺旋桨清洗
EFDC+ 包含一个完全集成的 propwash 模块，该模块使用动态耦合到水体三维流体动力学的船舶信息、位置和速度来预测底部速度、床剪切和沉积物再悬浮。可选地，螺旋桨能量可以并入船后的三维流场中。EEMS propwash 模块适用于观察到船舶交通和相关 propwash 影响的受污染沉积物修复地点。此功能允许港口工程师进行更综合的螺旋桨清洗评估。在评估螺旋桨作用对地基或舱壁的影响以及港口维护疏浚时，这是必不可少的
> AIS数据
快速加载和处理来自美国政府支持机构（例如 MarineCadastre.gov）或商业运营商的自动识别系统 (AIS) 数据。AIS 依赖于船舶的海上移动服务身份 (MMSI) 代码，该代码可以与时间、位置、航向、航向和速度一起下载，以便轻松导入 EEMS。
> 船舶配置
从多个在线数据库加载船舶的物理特性，以使用每艘船舶的尺寸和吨位等信息填充 EEMS 船舶数据库。如果数据不可用，用户可以估计这些值并将这些值手动输入系统。通过这种方式，可以准确了解港口或水体中其他感兴趣区域的船舶运动。
> 沉积物和毒物完全耦合
在 EFDC+ 中实施的螺旋桨冲洗模块动态地将感兴趣的水体的流体动力网格表示与船舶路径、流体动力速度场计算、基于梅诺德（1990 年、2000 年）和哈米尔（2016 年）的组合的螺旋桨冲洗方法、模块用于底部剪切计算、侵蚀通量、沉积物输送和沉积物结合有毒物质输送。 受污染的沉积物可能被夹带，然后被船舶交通引起的水流进一步运输。这意味着螺旋桨冲洗会影响受污染沉积物场地的清理，其中可能包括疏浚、封盖或就地处理的组合。

                               
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MV Walla Walla 在金斯敦渡轮码头造成的海床剪切应力

输沙
在解决沉积、冲刷和沉积、淹没水生植被 (SAV)、富营养化和有毒污染物输送等环境问题时，沉积过程对科学家和工程师很重要。可用于模拟床/水相互作用的两个选项是 EPA 版本的 EFDC 中使用的原始方法和使用 SEDFlume 数据的 SEDZLJ 方法。通过使用 SEDZLJ 方法，EFDC+ 在模拟这些多方面的环境问题方面提供了无与伦比的能力和多功能性。
> SEDZLJ输沙模型
SEDZLJ被认为是世界上最先进的输沙模型之一。SEDZLJ 由桑迪亚国家实验室 (SNL) 开发，使用沉积水槽数据来确定侵蚀率和临界剪切应力。与此重要工具的EFDC_SNL 版本相比，在 EFDC+ 中进行了广泛测试，提供了重要的增强功能和错误修复 。主要改进包括 SEDZLJ 的多线程以实现更快的运行时间，以及 SEDZLJ 沉积物传输代码的扩展以用于有毒物质传输。

                               
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SEDZLJ形态模型中的总悬浮泥沙和泥沙床。

> 粘性和/或非粘性沉积物类别
EFDC+ 可以模拟任何大小级别的粘性和非粘性沉积物、非粘性床载、床冲刷、沉积和再悬浮的运输和归宿。这种灵活性使您能够解决从简单到复杂的系统沉积物传输问题。
> 床工艺
使用 EFDC+，您可以用单层或多层表示沉积床。多床层选项提供了在床层关系中建立自沉积时间以来的位置与垂直位置的能力。您还可以模拟床装甲，提供对系统中侵蚀和沉积性质的重要见解。
> 非粘性床载运输
EFDC+ 已将床载运输扩展到 SEDZLJ 模块，并更新了两种方法以确保质量平衡。
> 床形态学/流体动力学反馈
EFDC+ 支持具有水柱/沉积物床界面高程变化的床形态模拟。这些被纳入流体动力学连续性方程，为您提供无缝的形态动力学模拟，而无需链接到其他模型。

化学命运和运输
在世界许多地方，地表水和沉积物中的杀虫剂、重金属、多环芳烃、多氯联苯和其他有毒物质是一个严重的问题。EFDC+ 支持复杂的毒物建模功能，在高度精确的数值传输方案中提高了 3D 传输场的准确性。EFDC+ 为您提供了确定这些物质在水体和沉积床中的长期和短期浓度分布的工具。
> 单耦合模型
EFDC+ 为毒物建模提供了完全耦合的模拟，简化了模型的构建、校准和场景分析。无需生成和管理接口文件，减少链接文件错误。历史上，耦合模型一直被批评为太慢，但有了 EDFC+ 的多线程能力，这种批评不再适用。

                               
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使用 SEDZLJ 毒物子模型的非粘性沉积物床载中的萘。

> 污染物分离
使用 EFDC+，您一次可以模拟的有毒物质数量没有限制。每种有毒物质都可以单独使用 1-、2- 或 3-相分区，并具有可选的有机碳规格。
> SEDZLJ 毒物模型
SEDZLJ由桑迪亚国家实验室开发， 是对先前模型的改进，因为它直接结合了特定地点的侵蚀率和剪切应力数据，同时保持了对床载和悬载的物理一致、统一处理。EFDC+ 通过 EFDC+ 强大的毒物模型扩展了 SEDZLJ 模型的沉积物输送能力。
> 腐烂和其他损失
除了大量毒性衰减外，EFDC+ 还能够模拟水柱和沉积物床中的生物降解以及水面的挥发。
> 非粘性床载运输
使用 EFDC+，您现在可以为原始沉积物传输模块和 SEDZLJ 模块模拟由于床载引起的有毒物质传输。

富营养化与水质
人类活动增加了地表水体中的养分含量，导致严重的藻类大量繁殖，降低溶解氧，并经常 杀死鱼类 和其他生物。为了更好地了解众多因素对您的生态系统的影响并支持做出明智的缓解决策，EFDC+ 为您提供了从简单到复杂的一系列工具，所有工具都在一个耦合模型中。
> 全富营养化模块
EFDC+ 包括一个完整的富营养化水质模块，具有无限的浮游植物和浮游动物群，让您拥有巨大的灵活性和控制力。该模型模拟水质参数的空间和时间分布，包括溶解氧、悬浮藻类、碳、氮、磷和二氧化硅循环的各种成分、水生细菌和有根植物。

                               
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佛罗里达州 Caloosahatchee 河口的垂直剖面，显示叶绿素 a 浓度在纵向和垂直方向上的时间变化。

> 无限的藻类
EFDC+ 富营养化模块已经过重构和增强，可以定义一般的浮游植物群。基于他们的水生生态系统概念模型，用户现在可以模拟无限数量的藻类和附生生物群。每组分配不同的沉降、半饱和常数、营养素摄取率等。
> 无限的浮游动物群
作为控制藻类和细菌种群的食草动物，浮游动物在水体营养动态中起着重要作用。因此，浮游动物动力学模块已在 EDFC+ 10.3 版中实施，主要基于 Cerco 和 Noel (2004) 中提供的公式。该模型定义了一个通用组来模拟无限数量的浮游动物组。
> 沉积物成岩作用
为了增强模型对水质参数的预测能力，以及模拟水质条件随养分负荷变化而发生的长期变化，EFDC+ 将沉积物过程模型与水质模型相结合。增强型 EFDC+ 沉积物成岩模块最初是由 DiToro 为切萨皮克湾模型开发的，它模拟了 27 个状态变量。该模块预测沉积物和水柱之间的营养物通量。
> 水生植物
EFDC+ 中的有根植物和附生植物模块 (RPEM) 模拟沉水水生植被 (SAV)，通常在许多河流和湖泊的岸边观察到。在本模块中，您可以选择将水和沉积物养分与水生植被的生长和腐烂联系起来。除了模拟 SAV 之外，该模块还可以模拟植物上生长的附生植物，这对于准确评估湿地的养分吸收至关重要。

粒子追踪
EFDC+ 添加了一个强大的拉格朗日粒子跟踪 (LPT) 模块，允许您进行混合研究、跟踪释放/排放和模拟漏油。您可以模拟任意数量的粒子组，每个粒子组都有自己的属性和任意数量的粒子。LPT 子模型有两个主要的计算选项，一个用于跟踪零质量粒子（传统粒子跟踪方法），另一个用于溢油模拟。

                               
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