MIKE21-建模流程资料

沈阳农业大学水利学院周乃恒2015年3月2.3ArcGIS部分：制作.XYZ文件由高程点、等高线矢量数据生成TIN2.4ArcGIS部分：对.XYZ的后续处理如果无法使用ArcGIS制作.XYZ文件那么就是用AutoCAD导出文本后将其处理后保存成.XYZ文件即可。文件可以用文本或者EXCEL打开。四列数据从左起分别为，X、Y坐标，标记点，高程。第三列中，从第一个1开始到随后的第一个0为一个封闭区域。如图上圈出的小范围是水体中的一小块陆地。同时1和0对应的坐标相同。3.1MIKE部分：网格制作用MIKE网格编辑器导入已经处理无误的.XYZ文件后，对这个复杂的坐标点进行修正。2North1Land3South为不同边界设置序号。3.2MIKE部分：对建立的网格进行修改在处理后的边界内，MIKE会自动计算生成网格。网格生成后可以对整体或某一部分进行加密处理。对已经建立的网格进行平滑处理，加密10次。图中绿色点为水中小块陆地的标记点。3.3MIKE部分：HDFM模型相关原理*模型是基于三向不可压缩原理和Reynolds值均匀分布的Navier-Stokes方程，并且服从于Boussinesq假定和静水压力的假定。（下式为二维非恒定浅水方程组。）3.4MIKE部分：HDFM模型数值解*一、空间离散：计算区域的空间离散是用有限体积法（FiniteVolumeMethod），将该连续区域统一分为不重叠单元（三角形）。二、时间积分：考虑方程的一般形式，对于二维模拟，浅水方程的求解有两种方法：低阶法和高阶法。三、边界条件：包括闭合边界、开边界、干湿边界。闭合边界：陆地边界，垂直于边界流动的变量必须为0，对于动量方程，可以得知沿着陆地边界是完全平稳的。开边界：水体断面，指定为流量边界和水位边界的.tfs0时间序列文件。干湿边界：基于赵棣华和Sleigh的处理方式。3.5MIKE部分：水动力模型搭建和参数介绍相关的时间序列文件创建：常用的时间序列文件包括tfs0文件和tfs1文件。目前通过我的学习体会，tfs0文件时时间对应单一变化量的线性文件，tfs1文件时时间对应多个变化量的线性文件。前者经常用做水位、流量条件，后者通常用做开边界（水边界两岸）的水文要素条件。tfs1tfs03.5MIKE部分：水动力模型搭建和参数介绍导入制作好的网格文件并设定水边界：3.6MIKE部分：主要参数介绍干湿边界(Floodanddry)如果模型中的区域是处在干湿边交替区，为了避免模型计算出现不稳定性，使用者可以启动FloodandDry的选项。在这个情形下使用者必须设定一个干水深(dryingdepth)，淹没深度(floodingwaterdepth)，和湿水深(wettingdepth)。当某一单元的水深小于湿水深时，在此单元上的水流计算会被相应调整，而当水深小于干深度的时候，会被冻结而不参与计算。淹没深度是用来检测网格单元是不是已经被淹没。当水深小于湿水深的单元会做相应调整，即不计算动量方程，经计算连续方程。在没有启动干湿边界的情况下，使用者可以设定一个小于零的最小截断水深。但在这样的情况下，模型中任一网格单元的总水深小于零，模型便会发散，模型计算也会因此中断。3.6MIKE部分：主要参数介绍密度梯度：只针对流体而言，由于流体的密度差异会引发液体或气体的流动。在空气动力学中有一个名词叫水平气压梯度力，即单位水平距离内的气压差。液体因为密度梯度力的存在，在水平方向上总是由高密度区流向低密度区。MIKE21提供正压、密度为盐度、密度为温度、密度为温盐四种模式模拟。涡粘系数：十九世纪后期，Boussinesq提出用涡粘性系数的方法来模拟湍流流动，通过涡粘度将雷诺应力和平均流场联系起来，涡粘系数的数值用实验方法确定。水平涡粘系数的设定采用Smagorinsky公式，Smagorinsky常数取默认值0.28。科氏力：科里奥利力（Coriolisforce）有些地方也称作哥里奥利力，简称为科氏力，是对旋转体系中进行直线运动的质点由于惯性相对于旋转体系产生的直线运动的偏移的一种描述。科里奥利力来自于物体运动所具有的惯性。3.7MIKE部分：HDFM模型的率定模型率定，需要模型范围内的实测数据。通过改变糙率和涡粘性系数进一步率定模，每次率定后比较模拟与实测结果，每次仅仅改变一个参数，同时确保参数要在一定范围内赋值。具体流程如下。真实的水位、流量数据用MIKE制作其时间序列文件并绘图和此处模型模拟的结果制成的曲线比较结果满意后使用不满意，调整模型的指定系数，再次比较。3.7MIKE部分：MIKE21下联用ECOLab模块进行水质模型模拟思路最终的模型构建图。ECOLab模型开发的理念和方法非常先进，不仅可以使用DH工预定义的水质模板，还可以根据需要修改现有模板中的参数或者按照需求创建新的模板，并与M工KE21水动力模型集成运算，实现将各水生生态系统化为可靠的数值模拟并用于精确地预报。