RiverFlow2D 模型：使用 SMS 进行河流与河口二维水力模拟
（Application: Riverine Modeling | Method: 2D Finite Volume | Developer: Hydronia）
图1：在 SMS 中运行 RiverFlow2D 进行河谷洪水模拟的 3D 视图，蓝色水域覆盖地表，右侧为 Project Explorer 与时间步数据窗口
为什么在 SMS 中使用 RiverFlow2D？
SMS 通过 Generic Model Interface（通用模型接口）支持 RiverFlow2D，提供简洁的模型参数设置方式以及用于运行模型和可视化结果的图形化用户界面。用户可以从 GIS、CAD 等多种来源汇集背景数据，并可访问众多地图、影像与高程数据库的在线资料；SMS 允许您以真正的 3D 方式与模型交互，借助优化的 OpenGL 图形性能，生成可用于 PowerPoint、打印与 Web 演示的照片级渲染与动画。
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RiverFlow2D 简介
RiverFlow2D 是一款用于河流与河口的二维水力模型，同时还可模拟泥沙、污染物输运以及泥石流（mudflow）。它采用精化的柔性三角单元网格，在亚临界与超临界流条件下都能提供高度稳定、精确且快速的有限体积计算。RiverFlow2D 全新的先进有限体积引擎具有多项高性能特性，包括在干湿交替河床条件下进行二维洪水演进，以及采用基于 GPU 的并行计算引擎以加快模拟速度。
主要模型特性
Numerical Engine（数值引擎）
- 采用三角单元进行空间离散
- 高性能的有限体积引擎
- 双精度计算以获得更高精度
- 完全并行化，在多核计算机上运行更快
- GPU 版本可实现 100 倍加速模拟
- 干湿河床的稳定、鲁棒处理
- 近乎完美的体积守恒
- 亚临界与超临界流
- 支持英制和公制单位
- 不限制入流与出流边界的数量
- 英制与公制单位
Hydraulic Components（水力要素）
- 采用 FHWA 公式的涵洞（culvert）
- 具有压力流和漫顶效应的桥梁
- 堰（weirs）与闸门（gates）
- 源（sources）与汇（sinks）
- 降雨与蒸发
Sediment Transport（泥沙输运）
- 河床变化（侵蚀–淤积）
- 悬移质与推移质输运
- 按粒径分组进行输运
- 10 种泥沙输运公式
- 刚性河床上的泥沙输运
Pollutant Transport（污染物输运）
- 对流–扩散–反应（Advection-Dispersion-Reaction）
- 反应速率与衰减
- 多组分污染物
Mud and Debris Flow（泥流与碎屑流）
- 七种流变本构模型（rheological formulations）
- 颗粒流（granular flow）
Oil Spills on Land（陆地溢油）
- 输油管道泄漏
- 储油罐破裂
- 温度依赖的黏度与密度（2015 年起提供）
Boundary Conditions（边界条件）
- 流量过程线（discharge hydrograph）
- 流量与水位随时间变化
- 水位随时间变化
- 均匀流（uniform flow）
- 自由出流（free outflow）
可与其他模型耦合，例如 PTM（Particle Tracking Model，粒子追踪模型）。
RiverFlow2D 的优势
- 鲁棒的干–湿河床算法。RiverFlow2D 允许在含大面积干区的网格上建模，并随流量过程线演进逐步淹没，过程中保持高度稳定的结果，不会产生数值振荡（numerical surging）。
- 经过广泛测试。RiverFlow2D 已按 ASCE 3D Flow Model Verification and Validation Committee（ASCE 三维水流模型验证与确认委员会）指南进行测试，并已在全球各种水力条件下的河流项目中应用，复现了多组实测历史数据。
- 稳定性。RiverFlow2D 稳定的计算引擎在广泛的河流条件与水力工况下都能产生可靠的结果。
- 精度。即便在地形复杂的剧烈干湿交替区域，RiverFlow2D 也能将体积守恒误差控制在接近零的水平（约 10⁻¹² 量级）。
- 速度。在使用 NVIDIA GPU 显卡时，RiverFlow2D 的 GPU 版本相比非并行版本可获得 100 倍加速。
- 可扩展性。RiverFlow2D 持续升级，不断改进功能与新增组件。可选附加模块包括：泥沙输运、污染物输运、泥流与碎屑流、陆地溢油。
全面的技术支持
在使用 RiverFlow2D 进行建模时，您可获得由具有多年实际建模经验的专业水力工程师提供的全面技术支持。
原文来源：https://aquaveo.com/software/sms/models/riverflow2d
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