模式類別：整合流域分析數值模式
模式名稱：SRH
模式介紹
SRH(Sedimentation and River Hydraulics)為美國墾務局(Bureau of Reclamation, USBR[55])所開發之模式，主要開發者為美國墾務局任職之Yong G. Lai博士，前後發展之一維、二維及三維模式，分別稱為 SRH-1D、SRH-2D、SRH-3D及U2RANS(詳圖1)。
水利署自民國 95 年起藉由「臺美水資源發展技術支援協議第八號附錄」之執行，以臺灣河川特性為案例，至今已陸續完成 SRH 系列數值模式開發，並持續進行模式功能擴充，包括軟岩沖蝕模組、岸壁沖刷模組、異重流模組、及輸砂公式擴充等。本分署為強化SRH系列數值模式於臺灣本地案例的應用，於民國98年至101年間，成立「臺美合作案之技術引進及應用研究」計畫，及於民國102年至105年間，成立「SRH 數值模式應用於臺灣案例河川之研究」計畫，藉由測試應用成果與數值模式開發之間相互回饋交流的方式，落實臺美水利技術合作技術移轉目的。
SRH-1D為一維移動邊界水理與輸砂數值模式，模擬能力包括穩態與非穩態流況、內部邊界條件、環形河川網路、凝聚性與非凝聚性輸砂現象、岸壁沖刷以及側入流設定。此模式利用河川橫斷面資訊加以模擬，考慮了因為泥沙運輸所引起的河川及渠道變化，同時在給定泥沙入流、河床質材料、水文與水力條件下，於該河道中的泥沙濃度估計。在數值方法上則採用有限差分法加以求解。
SRH-2D為二維泥砂及河川水力學模式，其求解二維動力波方程(即水深方向平均的聖凡南方程式)，水理上模式可處理亞臨界流、超臨界流、混合流的變換，以及定量流、變量流模擬。模式在逐步擴充後，具有模擬水工構造物如橋梁、水門、涵洞之能力，模式引入臺灣後，為適應臺灣的水文環境，亦加入軟岩沖蝕模組、岸壁沖刷模組、異重流模組、及輸砂公式擴充模組，使模式可應用於臺灣河川的複雜環境。在數值方法上則採用有限體積法加以求解，並可同時處理結構/非結構網格計算。
SRH-3D於水理上求解完全三維的質量守恆及動量守恆方程式，其主要假設有垂直壓力為靜水壓分佈、適用布氏方程(Boussinesq equation)以及水砂混合為不可壓縮。SRH-3D為美國墾務局及臺灣水利署基於合作協議下所共同發展，主要目標為發展能適用於河川與水庫演算，並解決現有模式某些缺點的三維靜水壓演算模式。SRH-3D採用新的網格配置方式，以SRH-2D水平二維任意混合網格為基礎，於垂直方向上自動根據模式預測的底床、自由水面與密度界面高程進行垂直網格劃分，以解決以往σ網格坐標系統的密度界面問題，以及z物理坐標系統於垂直方向上點數不一且無法與底床地形相符，而造成底床剪應力與近床運移估算誤差較大的問題。
U2RANS模式，用於求解三維3D非穩態及非結構化的平均型Navier-Stokes方程式，其為具有高精度且經檢驗及驗證的通用求解模式，可適用於例如水利結構物、魚道設施等具有精細幾何設定的水流問題，U2RANS模組最大的差異在於能夠使用各式三維結構化及非結構化或是混和網格配置，使模擬結果能精確捕捉如曲折彎道等三維地形的影響，然而U2RANS係用於定床模擬，因此底床的變動以及泥沙的傳輸並不在其中模擬。
SRH二維數值模式發展
因應實務水理動床數值模式應用需求，二維數值模式(SRH-2D)為主要擴充模式，模式自2008年完成二維水理動床數值模式開發起，已陸續完成軟岩河道沖蝕模組、沖積河槽岸壁退縮及水庫異重流等模組擴充及應用，並藉由美國公路局應用需求，發展水中構造物、壓力流及橋梁沖刷分析等模組，達到完整之河道水理動床數值模式。另為因應數值模式應用需求，發展流域分析數值模式，美國墾務局與水利署目前持續進行集水區降雨逕流及土壤沖蝕模式、河口水理及泥砂運移模式開發，以連結既有二維河道數值模式。
二維數值模式各模組說明如下：
- 水理模組
- 輸砂模組
- 軟岩垂向沖蝕模組
- 岸壁退縮模組
- 水庫異重流模組
- 水中構造物模組
- 壓力流模組
- 橋梁沖刷模組
- 集水區模式
- 海岸河口模式：
圖1 SRH整合流域分析數值模式架構