MIKE11培训教材--SH-July

MIKE11培训教材MIKE11RR（NAM）MIKE11HDMIKEVIEWMIKE11SOMIKE11ADMIKE11ECOLabLOADCalculator上海2008年7月21－24日主讲人：张海平，王颖目录1NAM.....................................................................................................................12MIKE11HD建模所需信息...............................................................................63MIKE11HD结构...............................................................................................74河网文件生成方法（.nwk11）..........................................................................75断面文件生成（.xns11）..................................................................................126时间序列文件生成（.dfs0）............................................................................147边界文件生成（.bnd11）.................................................................................168参数文件生成（.HD11）.................................................................................179模拟文件生成（.sim11）.................................................................................1910MIKEVIEW......................................................................................................2211MIKEHD与NAM的耦合...............................................................................2512水工建筑物........................................................................................................2613可控水工建筑物（SO）...................................................................................2614MIKE11AD......................................................................................................3115ECOLab..............................................................................................................3516流域负荷评估模型（LoadCalculator）..........................................................50MIKE11培训\上海\2008年7月11NAM1、简介MIKE11RR中包含了众多的降雨径流模拟方法，包括：NAM：集中型、概念模型，可模拟坡面流、壤中流和基流及土壤含水率变化。UHM：即单位水文线法，其中包含了一些降水损失估算方法，如恒定损失、比例损失和SCS法估算径流量。SMAP：逐月土壤湿度估算模型。Urban：包含了两种用于快速估算城市地区径流的计算方法：时间－面积法和非线性水库（运动波）法。FEH：洪水估算手册（在英国常用的一种方法）。DRiFT：河道流量预报法一种基于流域地形和沟渠系统信息的半分布式模型，径流演进采用TUH（T小时单位水文线）技术。本课程主要介绍NAM模型。NAM模型模拟流域内的降雨径流过程，见图1。这一降雨径流模块可以单独使用，也可以用于计算一个或多个产流区，产生的径流作为旁侧入流进入到MIKE11水动力（HD）模型的河网中。采用这种方法，可以在同一模型框架内处理单个或众多汇流区和复杂河网的大型流域。降雨径流模型所需的输入数据包括气象数据和流量数据（用于模型率定和验证）、流域参数和初始条件。基本的气象数据有降雨时间序列、潜蒸发时间序列、如果要模拟积雪和融雪则还需要温度和太阳辐射时间序列。模型计算结果信息包括各汇水区的地表径流时间序列（可细化为坡面流、壤中流和基流）以及其它水文循环单元中的信息，如土壤含水量和地下水补给。从上世纪六十年代起，NAM被广泛应用到世界各地不同气象水文条件的流域，是一个经过大量工程实践验证的模型工具。MIKE11培训\上海\2008年7月2图1–NAM模拟的水文过程2、模型结构NAM通过连续计算四个不同且相互影响的储水层的含水量来模拟产汇流过程，这几个储水层代表了流域内不同的物理单元。这些储水层是：积雪储水层地表储水层土壤或植物根区储水层地下水储水层另外，NAM还允许模拟人工干预措施，如灌溉和抽取地下水。模型结构见图2。MIKE11培训\上海\2008年7月3图2–NAM模型结构3、模型率定在率定过程中，需要不断调整各子流域的参数值，直到计算的径流（坡面流、壤中流和基流之和）与流域出口实测的流量拟合较好为止。表1列出了NAM模型中的重要率定参数。表1–NAM模型主要率定参数参数描述影响一般取值范围Umax地表储水层最大含水量坡面流、入渗、蒸散发和壤中流。控制总水量平衡计算10－25mmLmax土壤层/根区最大含水量坡面流、入渗、蒸散发和基流。控制总水量平衡计算50－250mm，Lmax≈0.1*UmaxMIKE11培训\上海\2008年7月4CQOF坡面流系数坡面流量和入渗量。控制峰值流量0－1CKIF壤中流排水常数由地表储水层排泄出的壤中流。控制峰值产生的时间相位500－1000hrTOF坡面流临界值产生坡面流所需的最低土壤含水量0－1TIF壤中流临界值产生壤中流所需的最低土壤含水量0－1TG地下水补给临界值产生地下水补给所需的最低土壤含水量0－1CK12坡面流和壤中流时间常量沿流域坡度和河网来演算坡面流3－48hrCKBF基流时间常量演算地下水补给。控制基流过程线形状500－5000hr在模型率定过程中，通常需要考虑下列几项：1.平均模拟径流量与实测径流量吻合（总水量平衡）2.过程线的形状吻合3.流量峰值吻合（主要是时间、流量大小以及水量的吻合）4.低流量吻合在率定过程中以上四项都要考虑。如果它们是同等重要的，那么就需要想办法均衡它们。如果某一项相对更重要，那么这一项需优先考虑。NAM带有一个自动率定程序，它可以自动率定此9个最重要的模型参数。自动率定工具基于使四个不同率定目标达到最佳，这四项是总水量平衡、过程线总体形状、高流量和低流量。对于有9个率定参数的模型率定，最大模型迭代次数通常在1,000-2,000次就可以保证一个有效的率定，率定过程通常可以在30-60CPU秒内完成。NAM是概念性、集总型模型，所有参数都有一定的物理含义，但由于参数值反映的是各子流域的平均条件，无法通过实测获得，因此必须进行率定。NAM的率定通常需要3－5年长序列的水文、气象观测资料。练习：MIKE11培训\上海\2008年7月51）建模对160km2的LIVER河流域进行降雨径流计算。建模所需时间序列数据（在目录“NAM练习文件”中）：MEANRAIN－流域面降雨资料EVAP－实测蒸发资料QOBS－实测径流资料初始参数值（不模拟融雪和灌溉）：子流域面积A160km2地表储水区最大含水量Umax10mm根区储水区最大含水量Lmax150mm坡面流系数CQOF0.55壤中流常数CKIF1,000hr生成坡面流的根区临界值TOF0.40生成壤中流的根区临界值TIF0.00坡面流时间常数CK1224.0地下水流域面积比CAREA1.00生成地下水补给的根区临界值TG0.00基流时间常数CKBF2,400hr初始条件：U/Umax0.5L/Lmax0.3坡面流（m3/s）0壤中流（m3/s）0基流（m3/s）02）灵敏度分析分析下列参数的量值改变对模拟结果所产生的影响。序号.参数初始值变化范围MIKE11培训\上海\2008年7月61Lmax(mm)150100-2002CQOF0.550.1-0.93TOF0.400.0-0.84CK12(hr)246-485CKBF2,400500-10,000查看结果统计文件RRSTAT.TXT文件，参考NAM计算公式来解释参数改变对模拟结果的影响。主要是对下列水文特性的影响：（1）水量平衡-对比实测与模拟年径流总量-降雨、蒸发和径流-过程线组成部分（坡面流OF、壤中流IF和基流BF）（2）最小流量（3）最大流量（4）实测与模拟流量过程线的拟合3）自动率定设置自动率定的目标为总水量平衡。注意自动率定后参数值的变化以及率定精度的改善情况。2MIKE11HD建模所需信息流域描述－河网形状，可以是GIS数值地图或流域纸图－水工建筑物和水文测站的位置河道和滩区地形－河床断面，间距视研究目标有所不同，但原则上应能反映沿程断面的变化－滩区地形资料（有时有滩区的水位－蓄水量关系曲线也行），如果要模拟滩区行洪的话模型边界处水文测量数据MIKE11培训\上海\2008年7月7－边界最好设在有实测水文测量数据处，如果没有就必须估算边界条件实测水文数据（用于率定验证）－率定验证的数据越多，模型就越可靠，但工作量也会越大。水工建筑物设计参数及调度运行规则3MIKE11HD结构MIKE11HD包含以下数据文件：河网文件(.nwk11)断面数据(.xns11)边界条件(.bnd11)模型参数文件(.hd11)(时间序列文件.dfs0)MIKE11HD的模型结构见图3。图3MIKE11HD模型结构4河网文件生成方法（.nwk11）时间序列文件河网文件断面文件边界文件模拟文件参数文件MIKE11培训\上海\2008年7月8河网文件是MIKE11所有文件中最复杂的一个文件。河网文件建立方法有两种，以下分别介绍。1、从传统的地图引入底图（注意严格按照以下步骤顺序操作）1)底图准备扫描纸图，生成bmp文件，作为河网文件底图。确定地图的左下角和右上角坐标，左下角坐标可设定为（0，0）。2)引入河网底图打开MIKEZERO，FileNewMIKE11RiverNetwork（见图4）OK，弹出一个新窗口（图5）输入河网模型区域的范围（即左下角和右上角坐标）输入刚才记下的背景图左下角和右上角坐标OK,出现河网文件视图（模拟区域暂时空白）河网文件菜单LayersAdd/Remove...点击添加项目键点击浏览按钮,引入刚才生成的bmp底图回到河网文件视图，LayersProperties...修正图像坐标ImageCoordinates修正至底图坐标)。至此底图引入工作完