MIKE-21-HD-FM水动力模型逐步练习实例

DHIMIKE21CourseMIKE21HDFM水动力模型逐步培训教程MIKE21HDFM水动力模型逐步培训教程目录1概述........................................................................................................................11.1工程背景.................................................................................................................11.2练习实例的目的......................................................................................................12创建计算网格..........................................................................................................22.1创建网格前需要注意的问题....................................................................................22.2创建ØRESUND的计算网格......................................................................................32.2.1由原始的xyz数据生成mdf文件.................................................................42.2.2三角边界的调整..........................................................................................72.2.3模拟区域的三角划分...................................................................................83创建MIKE21FM水动力模型的输入条件..............................................................133.1生成水位边界条件..................................................................................................133.1.1把测量水位导入时间序列文件....................................................................143.1.2创建边界条件.............................................................................................193.2初始条件................................................................................................................223.3风力作用................................................................................................................224MIKE21FM模型搭建...........................................................................................234.1FM模型.................................................................................................................234.2模型率定................................................................................................................374.2.1实测水位....................................................................................................374.2.2实测流速....................................................................................................384.2.3模拟与实测结果比较..................................................................................39DHIMIKE21Course3-1MIKE21HDFM水动力模型逐步培训教程概述本实例是连接丹麦和瑞典的跨海(Øresund)工程。图1.1Sound(Øresund),丹麦工程背景1994年，哥本哈根和马尔默(Malmö)开始了连接丹麦和瑞典隧道和桥梁的改造项目。该项目执行了严格的环境要求，即隧道和桥梁项目对波罗的海的环境不产生任何影响。这样的要求意味着桥梁和隧道设计的阻流作用小于0.5%，同理，溢流和排放的最大流量也要得到控制。为了达到环境的要求和监理工程施工，建立了一个主要的监测程序。整个监测程序包括40多个水文测站，收集水文、盐度、温度和流场数据。另外还为ADCP的船载测站和CTD等固定站点进行了广泛的补充测量。监测程序最初于1992年开始并一直持续到本世纪。由于Øresund海域天然水文的多样性和多变性，连接工程的阻流作用只能通过数值模型来评价。而且，Øresund的情况需要一个三维模型。所以，利用DHI的三维模型，MIKE3对Øresund整个海域进行模拟，并在其中设置嵌套模型，网格尺寸水平方向由连接工程附近的100米到Øresund较远海域的900米，垂直方向网格尺寸是1米。随后，MIKE3模型会根据现场测量数据阶段进行率定和验证。根据监测程序得到的数据，初步选择足以反映Øresund海域天然水文多样性的3个月作为模拟的“设计时段”。设计时段用来对连接工程进行详细的规划和优化，并确定需要填充的挖泥量，以达到对环境没有任何影响。练习实例的目的练习实例的目的在于通过使用MIKE21的FlexibleMesh模块为Øresund建立水流模型和MIKE3的水流模型，生成令人满意的率定结果。DHIMIKE21Course3-2MIKE21HDFM水动力模型逐步培训教程此次练习和实际工程操作相同，但根据输入数据也做了一些预备工作，主要是为用户准备了MIKE21格式的输入数据，以保证原始数据的准确性和预处理。根据数据的数量和质量，数据的处理是非常耗时但又必不可少的过程。本实例中，所有的原始数据都以ASCII文件的格式提供，所有相关数据和文件请在以下目录中查询：C:\Programfiles\DHI\2011\MIKEZero\Examples\MIKE_21\FlowModel_FM\HD\OresundC:\Programfiles\DHI\2011\MIKEZero\Examples\MIKE_3\FlowModel_FM\HD\Oresund如果用户对导入MIKEZero格式数据的过程已经熟悉，则不用再自行生成所有的输入文件。在模型中确定了运行模型需要的所有输入条件后，用户就可以开始模拟。创建计算网格创建计算网格需要对数据进行大量的修改，在此，只对主要方法进行解释。网格文件中包含不同地理位置的水深和下列信息：计算网格水深边界资料在建模过程中，网格文件的生成至关重要。请在下列目录中参见网格生成器的用户手册：C:\ProgramFiles\DHI\2011\MIKEZero\Manuals\MIKE_ZERO\MzGeneric.pdf创建网格前需要注意的问题地形和网格文件应该：1)描述模拟区域内的水深2)使模拟结果达到理想的精度3)达到用户能够接受的模拟用时为了达到上述目的，用户需要注意的网格是：1)没有过小角度的三角形（完美的的网格是等边三角形）2)带有平滑的边界3)分辨率更高的嵌套部分DHIMIKE21Course3-3MIKE21HDFM水动力模型逐步培训教程4)来自于xyz数据的网格较大的角度和较高的分辨率需要较长的计算时间，所以模型的使用者必须在计算时间和网格分辨率之间保持一个平衡。网格的分辨率、水深、和时间步长决定了模型设置中的克朗值。最大克朗值应该小于0.5，所以，模拟用时不仅和三角网格相关，还由网格的节点数量和克朗值决定。因此，在深水区网格较细的地方所需要的计算时间就比浅水区较细的网格要长些。创建Øresund的计算网格实例中的模拟区域的海图如图2.1所示，它覆盖了丹麦和瑞典的海峡。根据海图可以得到水深和海岸线的xyz数据。在本实例中，海岸线和水深的xyz数据已经创建好了，见图2.14。图2.1模拟区域：Øresund,丹麦和瑞典海峡DHIMIKE21Course3-4MIKE21HDFM水动力模型逐步培训教程1.1.1由原始的xyz数据生成mdf文件网格文件包括水深资料，网格是通过MIKEZero的网格创建器建立。首先，打开“MeshGenerator”(NewMeshGenerator)，见图2.2。打开“MeshGenerator”，用户需要确定模拟地区的投影方式为UTM，并定义UTM区为33，如图2.3所示。图2.2MIKEZero中的“MeshGenerator”图2.3定义模拟区域的投影方式定义好的模拟区域如图2.4所示。DHIMIKE21Course3-5MIKE21HDFM水动力模型逐步培训教程图2.4添加xyz数据以前在“MeshGenerator”定义的模拟区域从ACSII文件中导入海岸线的数据(ImportBoundarydataOpenXYZfile:land.xyz)，见图2.5。图2.5导入海岸线数据请注意需要转换地理坐标：在导入了海岸线数据后请选择“Longitude/Latitude”，见图2.6。DHIMIKE21Course3-6MIKE21HDFM水动力模型逐步培训教程图2.6导入海岸线数据生成的模拟地区包括导入的海岸线数据被称为“MeshDefinitionFile”(mdf-file)，如图2.7。图2.7导入海岸线xyz数据后在MeshGenerator中的mdf文件下一步是把模拟区域的原始数据变为可以划分三角网格的数据。DHIMIKE21Course3-7MIKE21HDFM水动力模型逐步培训教程1.1.2三角边界的调整边界调整的目的是使模拟地区的边界能够被划分为三角网格，包括水边界（绿色弧形）。从删除不需要包含于模拟区域的海岸线的交汇点和节点（红色和兰色点）开始进行调整，这还包括陆地上的节点，如图2.7所示。通过在“丹麦”节点和“瑞典”节点之间添加弧形来定义北部和南部的边界。边界应当定义在测量的边界位置附近，如表2.1。选择北部边界并选择“properties”，把北部的圆弧属性设置为“2”，南部边界的圆弧属性设为“3”，见图2.8和图2.9。这些属性用来区分网格中的不同边界