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MIKE


MIKE 21 FM 水动力模型 动力模型
逐步练习实例

目录

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1.1 1.2

概述 .................................................................................................................... 1
工程背景 ................................................................................................................................ 1 练习实例的目的 .................................................................................................................... 1

2
2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3

创建计算网格 .................................................................................................... 3
创建网格前需要注意的问题 ................................................................................................ 3 创建 ?resund 的计算网格 ..................................................................................................... 3 由原始的 xyz 数据生成 mdf 文件 ........................................................................................ 4 三角边界的调整 .................................................................................................................... 7 模拟区域的三角划分 ............................................................................................................ 9

3
3.1 3.1.1 3.1.2 3.2 3.3

创建 MIKE 21 FM 水动力模型的输入条件 .................................................. 14
生成水位边界条件 .............................................................................................................. 14 把测量水位导入时间序列文件 .......................................................................................... 15 创建边界条件 ...................................................................................................................... 20 初始条件 .............................................................................................................................. 23 风力作用 .............................................................................................................................. 23

4
4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3

MIKE 21 FM 模型搭建 ................................................................................... 25
FM 模型 ................................................................................................................................ 25 模型率定 .............................................................................................................................. 39 实测水位 .............................................................................................................................. 39 实测流速 .............................................................................................................................. 39 模拟与实测结果比较 .......................................................................................................... 41

1 概述
本实例是连接丹麦和瑞典的跨海(?resund)工程。

图 1.1

Sound (?resund), 丹麦

1.1 工程背景
1994 年,哥本哈根和马尔默(Malm?)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 ?resund 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,?resund 的情况需要一个三维模 型。所以,利用 DHI 的三维模型,MIKE 3 对 ?resund 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 ?resund 较远海域的 900 米,垂直方向网格尺寸是 1 米。随 后,MIKE 3 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 ?resund 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。

1.2 练习实例的目的
练习实例的目的在于通过使用 MIKE 21 的 Flexible Mesh 模块为 ?resund 建立水流模型和 MIKE 3 的水流模型,生成令人满意的率定结 果。

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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 MIKE 21 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:\Program files\DHI\MIKEZero\Examples\MIKE_21\FlowModel_FM\HD\Oresund C:\Program files\DHI\MIKEZero\Examples\MIKE_3\FlowModel_FM\HD\Oresund

如果用户对导入 MIKE Zero 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。

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2 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: 1. 计算网格 2. 水深 3. 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:\Program Files\DHI\MIKEZero\Manuals\MIKE_ZERO\MzGeneric.pdf

2.1 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. 2. 3. 4. 没有过小角度的三角形(完美的的网格是等边三角形) 带有平滑的边界 分辨率更高的嵌套部分 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。

2.2 创建 ?resund 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

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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:?resund, 丹麦和瑞典海峡

2.2.1

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 MIKE Zero 的网格创建器建立。 首先,打开“Mesh Generator” (New→Mesh Generator),见图 2.2。 打开“Mesh Generator”,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。

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图 2.2

MIKE Zero 中的“Mesh Generator”

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。

图 2.4

添加 xyz 数据以前在“Mesh Generator”定义的模拟区域

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从 ACSII 文件中导入海岸线的数据 (Import→Boundary data →Open XYZ file: 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。

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“Mesh Definition File”(mdf-file), 如图 2.7。

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图 2.7

导入海岸线 xyz 数据后在 Mesh Generator 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。 2.2.2

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类型:北部边界(2)和南部边界 (3)。陆地/水面边界(1)由网格创建器自动生成。

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表 2.1 测量的水位数据
位置 测站 数据文件 东 (m) WL13 Viken WL14 Hornb?k WL19 Skan?r WL20 R?dvig waterlevel_viken.txt waterlevel_hornbaek.txt waterlevel_skanor.txt waterlevel_rodvig.txt 349744 341811 362748 333191 北 (m) 6224518 6219382 6143316 6126049

图 2.8

编辑属性(右击鼠标)选择北部边界的圆弧(紫色)

图 2.9

编辑北部边界圆弧的属性

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现在用户能够看到一个可以划分三角网格的闭合区域,但首先需要对 所有的海岸线进行核对和修正。模拟区域的三角网格划分从边界多边 形开始,所以,网格三角划分过程中产生的元素数量和海岸线的交汇 点和节点数量密切相关。用户可以使用相应的工具把各交汇点重新分 布到圆弧上,使海岸线更为平滑均匀。在特别关心的地区,用户还可 以把交点沿陆地边界重新分布,并使其相互保持较小的间距。用户需 要注意,如果内陆港口和内陆湖对模拟地区影响不大,则不需要在模 拟地形中予以考虑。 编辑完所有的海岸线后,用户可以得到和下图 2.10所示相似的地形 图,名为 oresund.mdf。用户可以在随后的工作中使用此文件。 2.2.3

模拟区域的三角划分
下一步就是真正进行模拟面积的三角划分。首先,选择不适合进行三 角划分的多边形(绿色)的闭合地区(如岛屿)。

图 2.10 Mesh Generator 中的 mdf-文件,边界 xyz 数据经过调整以形成能够进行三角划分 的闭合面积

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为了进行最初的三角划分(Mesh→Triangulate→Generate),用户需 要进行相应的设置,如图 2.11 (Mesh→ Triangulate→Options)。 在本实例中,特别需要关注的地区的网格分辨率较高。用户也可以根 据需要把某些地区的网格变细,具体做法是在需要加密的网格上添加 多边形并设置多边形的属性(在多边形中添加绿色标识并右击鼠标定 义属性)。

图 2.11 三角划分的选项

三角划分完成后,用户可以通过工具使网格平滑(Mesh→Smooth Mesh)。在这个例子中,网格被平滑了 100 次,如图 2.12所示。

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图 2.12 三角划分和网格平滑 100 次后的网格。三角划分选项允许的最大面积是 1500000 2 m ,最小的角度是 30 度,最多的节点是 6000 个。加密地区的选项在加密地区的多 边形选择。

随后,用户需要把 xyz 文件中的水深数据(water.xyz)内差到网格 中 (Mesh→Interpolate),见图 2.13。注意在 MIKE 21 FM 和 MIKE 3 FM 中的水深不同,因为它们的测量年份不同,地形也有了变化。MIKE 21 的 mdf 文件是 1993 年的数据,如图 2.15。

图 2.13 内差水深需要选择 xyz 的数据文件。定义投影方式为地理坐标 1993 water.xyz (MIKE 21 Flow Model FM 例子)和 UTM 33 1997 water.xyz (MIKE 3 Flow Model FM 例子)

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图 2.14 ASCII 文件,定义了地理位置(经度、纬度和深度),请注意如果使用了 MIKE CMAP,用户则不能以文本方式浏览数据,因为数据已经加密。

图 2.15 在内差水深后的 Mesh Generator 中的网格

现在用户可以把编辑好的网格数据导入到 MIKE 21/3 FM 的水流模型 中 (Mesh→Export Mesh)。保存文件为 oresund.mesh。
12 DHI Water & Environment

用户可以在 Data Viewer(图 2.16)或 MIKE Animator (图 2.17) 中浏览或编辑网格文件。

图 2.16 Data Viewer 中的网格文件

图 2.17 MIKE Animator 中的 ?resund 网格

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创建 MIKE 21 FM 水动力模型的输入条件 动力模型的输入条件
在设置 MIKE 21 FM 水流模型前,必须根据测量数据创建输入数据 , 1993 年测量的数据是: 1. 边界上的水位 2. 丹麦哥本哈根 Kastrup 机场的风数据 通过使用 MIKE Zero 中各种工具来准备输入数据,相应的用户手册在 下列安装目录中可以找到:
C:\Program Files\DHI\MIKEZero\Manuals\MIKE_ZERO\MzGeneric.pdf

3.1

生成水位边界条件
在模型的边界附近有四个测站有测量的水位记录,见图 3.1。 ?resund 模型是水位边界,测量的水位数据表明沿着边界的水位变化 比较显著,所以水位边界应该定义为线边界(dfs1 类型的数据文 件),是两个边界点数据的内差。 随后,两条线边界(dfs1 类型的数据文件)的水位数据来自于两条边 界上的四个测站的测量数据。四个测站的位置如表 2.1 所示。
Viken

Hornb?k

Skanor R?dvig

图 3.1

开边界上的水位测站位置: Hornb?k,Viken,Skan?r,和 R?dvig

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3.1.1

把测量水位导入时间序列文件

图 3.2

MIKE Zero 中的时间序列编辑器

打开 MIKE Zero 中的“Time Series Editor”(File→New→Time Series)见图 3.2。选择“ASCII 格式”,打开文本文件 waterlevel_hornbaek.txt。选择“Equidistant Calendar Axis”并 确认,然后右击鼠标并选择“properties”,把类型改变为“Water Level”,保存数据为 waterlevel_hornbaek.dfs0。对其他三个测站 重复上述步骤。 注意在 MIKE 21/3 FM 水流模型的现有版本中,必须是等时间步长, 这就意味着原始数据如有缺失,必须在导入之前通过内差等方式补 充。

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图 3.3

测站 Hornb?k 的实测水位,ASCII 文件

图 3.4

时间序列编辑器的导入界面

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图 3.5

时间序列属性

图 3.6

由测站 1 Hornb?k 导入到时间序列中的水位数据

如果要把水位数据绘成时间序列图,打开 MIKE Zero 中的“Plot Composer”, 见图 3.7。选择“plot” → “insert a new plot object”并选择“Time Series Plot”,见图 3.8。

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图 3.7

MIKE Zero 中打开 Plot Composer

右击绘图区域并选择“properties”,点击 添加时间序列文件到 “Plot Composer”,见图 3.10。用户可以在同一个绘图中添加多个 时间序列图,在属性对话框中还能对图形进行编辑,如颜色等(见图 3.9)。

图 3.8

在 Plot Composer 中插入新的绘图对象

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图 3.9

在 Plot Composer 的 Time Series Plot 对话框中选择时间序列文件,调整比例和曲 线等

图 3.11和图 3.12是两个边界上的实测水位。

图 3.10 在 Plot Composer 中选择时间序列文件

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图 3.11 北边界测站 1 和 2,Hornb?k 和 Viken 的时间序列

图 3.12 南边界测站 3 和 4,Skan?r 和 R?dvig 的时间序列

3.1.2

创建边界条件
下一步是根据生成的时间序列创建线边界。打开 MIKE Zero 中的 “Profile Series”并选择“Blank ...”,见图 3.13。

图 3.13 在 MIKE Zero 中打开 Profile Series Editor

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需要的信息如下: 北边界 ? 开始时间 1993-12-02 00:00:00 ? 时间步长:1800s ? 时间步骤数:577 ? 网格点数:2 ? 网格间距:9200m (边界的宽度,事实上并不需要,因为 MIKE 21/3 FM 的水流模型中线边界的内差不考虑此宽度,见 MIKE 21/3 FM 水流模型的用户手册)。 打开测站 Hornb?k (waterlevel_hornbaek.dfs0) 的水位文件,复制并粘 贴到“profile Series Editor”中点“0”的位置,然后打开测站 Viken (waterlevel_viken.dfs0) 的的水位文件,复制并粘贴到“profile Series Editor”中点“1”的位置,见图 3.15。保存文件为 “waterlevel_north.dfs1”,见图 3.16。

图 3.14 剖面序列属性

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图 3.15 从测站 1 (Hornb?k)复制水位到 Profile Series Editor(Ctrl V)

图 3.16 北边界的水位线边界

除了网格间距不同,和使用的水位数据来自测站 R?dvig (waterlevel_rodvig.dfs0)和 Skan?r(waterlevel_skanor.dfs0),对南 边界重复相同的步骤和类似的信息,并保存结果为 waterlevel_south.dfs1。 南边界 ? 开始时间 1993-12-02 00:00:00 ? 时间步长:1800s ? 时间步骤数:577 ? 网格点数:2 ? 网格间距:33500m (边界的宽度,事实上并不需要,因为 MIKE 21/3 FM 的水流模型中线边界的内差不考虑此宽度,见 MIKE 21/3 FM 水流模型的用户手册)。

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3.2

初始条件
初始的水面高程由北边界和南边界水位的平均值计算得到。从两个边 界文件中看平均的高程约为 –0.37 m。

3.3

风力作用
来自 Kastrup 机场的风数据形成的风力是时间序列,但空间上恒定。 打开时间序列编辑器,从 ASCII 文件“wind_kastrup.txt”中导入数 据,使用等时间步长。保存文件为“wind_kastrup.dfs0”。风速和风向 的时间序列如 图 3.17所示。 对于风的更形象描述是风玫瑰图。打开“Plot Composer”,插入新的 绘图对象,并选择“Wind/Current Rose Plot”,然后选择属性,选择 新生成的文件“wind_kastrup.dfs0”并按需要对图形进行编辑(颜色 等)。结果如图 3.18所示。

图 3.17 来自 Kastrup 机场的风速和风向数据,ASCII 文件

图 3.17 Kastrup 机场的风速和风向数据,由 Plot Composer(Time Series Direction plot control)绘制

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图 3.18 Kastrup 机场的风玫瑰图,由 Plot Composer 绘制,南边界

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4 4.1

MIKE 21 FM 模型搭建 FM 模型
现在我们采用第三章生成的 1993 年 ?resund 地形资料,边界条件和动 力数据搭建 MIKE21 FM 水动力模型。首先,我们采用模型默认参 数,不考虑边界密度变化的影响。模型参数如下表所示:
参数 模型配置文件 网格地形 模拟时段 时间步长 模拟步长数 干湿水深 值 Oresund.m21fm Oresund.mesh (1993) 2057 个节点

1993-12-02 00:00 – 1993-12-13 00:00 (11 天) 8秒 118800 干水深 0.01 米 洪水深 0.05 米 湿水深 0.1 米

初始水位 风场 风摩阻系数

-0.37 米 随时间变化,在模型范围内常量: wind_kastrup.dfs0 随风速变化: 0.001255 ,风速为: 7 m/s 时 0.002425 ,风速为 25 m/s 时

北部边界 南部边界 涡粘系数 糙率 结果文件 模拟时段

Waterlevel_north.dfs1 Waterlevel_south.dfs1 Smagorinsky 公式, 常量 0.28 m /s 曼宁系数. 常量 32 m /s Flow.dfsu ndr_roese.dfs0
1/3 1/3

大约 25 分钟, 2.4 GHz CPU, 512 MB DDR RAM

下面简短地介绍了模型的搭建过程。 在模型范围对话框内指定地形网格文件 oresund.mesh,如图 5.1 所 示。此地形文件已经内含了模型投影 UTM-33。在地形文件中,每个 边界被给定一个识别代码。在 ?resund 例子中,北部边界识别代码为 2,南部边界识别代码为 3。在边界名称对话框中将“代码 2”改名为 “北部”,“代码 3”为“南部”。 注意,点击 按钮,可以直接打开并查看网格文件。用户可 以在 Data Viewer 中查看代码值(第二项),如图 5.2 所示。

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图 4.1

MIKE 21 FM 模型: 指定模型地形文件

图 4.2

在 Data Viewer 中查看边界代码值

在“Time”对话框中指定时间步长为 8 秒,对应的克朗数小于 0.5。 输入时间步数为 118800 步,对应的模拟时间 11 天,见图 5.3。

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图 4.3

MIKE 21 FM 模型: 模拟时段

如果要同时计算对流扩散或 Ecolab 水质,请在“Module Selection”对 话框对应的选择框中打勾,见图 5.4。 在本例中,我们只进行水动力模拟。如果希望在水动力模块的基础上 增加 Ecolab 水质模块,请参考"Step-by-Step Training Example for ECO Lab"。

图 4.4

MIKE 21 FM 模型: 模块选择

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在"Flood and Dry"对话框中,可以进行干湿动边界的参数设置,见图 5.5 所示。在该例子中,选取默认值,即干水深 0.01 米,洪水深 0.05 米,湿水深 0.1 米。 在该例子中,由于沿着 Saltholm 海岸的某些区域在模拟期间内会干 涸,所以应该包含干湿动边界功能。如果没有选择该功能,模型会在 干涸地区溢出。但是,包含干湿功能后会影响模型的稳定性,因此, 如果干湿功能对所要模拟的问题不是很重要的话,建议不要将其包含 进来。做为补偿,请调整网格地形文件,使浅水区域有更深的水深, 从而防止这些区域干涸,然后运转不包含干湿功能的模型。

图4.5

MIKE 21 FM 水动力模型: 干湿动边界

本例中不考虑密度梯度流,在"Density "对话框中选择"Barotropic"(正 压),见图 5.6。

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图 4.6

MIKE 21 FM 水动力模型: 密度梯度

水平涡粘系数的设定采用 Smagorinsky 公式,Smagorinsky 常数取默认 值 0.28,见图 5.7。

图 4.7

MIKE 21 FM 水动力模型: 涡粘系数的设定

第一次模型运行采用默认的河床糙率值(曼宁系数)32 m1/ 3/s,在随 后的率定中可以改变它,见图 5.8。

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图4.8

MIKE 21 FM 水动力模型: 河床糙率

在 ?resund 地区潮流作用占优,一般来说,应该考虑科氏力的作用。 但是在该例中,由于海峡很浅,科氏力的影响也可以忽略。 而在实际的工程应用中,除非个别情况,一般都要考虑科氏力的作 用,仅仅在实验室模拟中科氏力可以不考虑,见图 5.9。

图 4.9

MIKE 2 FM 水动力模型: 科氏力

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使用已生成的风时间序列(在 Wind Forcing 对话框中风时间序列指定 为“随时间变化,全域内常量”,时间序列文件名为 wind_kastrup.dfs0)。在本例中,风场软启动时间间隔指定为 7200 秒。软启动时间间隔指在模拟开始阶段风的影响不完全考虑。在软启 动间隔开始阶段,风力的影响为零,然后它逐渐增长直到在软启动间 隔终止阶段充分考虑风力的影响。在本例中,指定风摩擦随风速变 化,并采用默认的风摩擦值,见图 5.11。 注意,在风场对话框中点击 文件,见图 5.10。 按钮,可以直接打开并查看风场

图 4.10

MIKE 2 FM 水动力模型: 风场

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图 4.11

MIKE 2 FM 水动力模型: 风摩擦系数

在本例中 不考虑冰盖影响 不考虑降雨和蒸发 不考虑波浪辐射应力 源和汇的流量及速度在“源”对话框中指定。在本例中,由于 ?resund 地区的源流量过小,不会对水动力条件产生大的影响,因此 没有包含在该例子中。此页设置为空白,见图 5.12。

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图 4.12

MIKE 2 FM 水动力模型:源项

在“Initial Conditions”对话框中设置初值条件,即模拟开始时刻的水 位/流速。本例中初始水位采用常量-0.37 米,即模拟初始阶段北部和 南部边界水位的平均值,水平方向和垂直方向流速为 0,见图 5.13。

图 4.13

MIKE 2 FM 水动力模型: 初始条件

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在“Boundary Conditions”中边界条件应该与域对话框中指定的边界 名一致。本例中北部边界和南部边界使用第三章生成的线序列水位边 界文件。 本例中,边界类型是"Specified Level"(水位),这是因为边界上仅有 水位实测结果可以利用。"Specified Level"意味着边界上采用了水位实 测数据,而流量数据是未知的,只能在模拟过程中估算。如果边界类 型是"Specified discharge",意味着边界上采用了流量实测数据,水位 数据是估算的。 边界格式必须设置为'Variable in time and along boundary' (随时间和边 界变化),这种情况下,需要给定一个线序列文件。 点击 按钮,在弹出的对话框中选择相应的数据文件,见图 5.16。 对于北部边界,选择 waterlevel_north.dfs1 水位文件;对于南部边界, 选择 waterlevel_south.dfs1 水位文件。 注意:当在边界上指定线序列时,我们必须知道 MIKE 21 FM 是如何 定义边界起始点和结束点的。定义规则是:以边界海岸线为界,使模 型边界处于左手方向,沿海岸线第一个点定义为起始点,见图 5.2。 软启动间隔取 7200 秒,对应初始水位值为–0.37 米。软启动间隔是指 在模拟开始阶段边界水位的影响并未充分考虑。在软启动间隔开始阶 段,边界水位的影响是零,然后该影响逐渐增大直到在软启动终止阶 段充分发挥作用,见图 5.14 和图 5.15。 用户可以在边界对话框中点击 据文件。 按钮,快速打开并查看边界数

图 4.14

MIKE 21 FM 水动力模型:北部边界条件 waterlevel_north.dfs1

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图 4.15

MIKE 21 FM 水动力模型:南部边界条件 waterlevel_south.dfs1

图 4.16

MIKE 21 FM 水动力模型: 选择边界文件

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指定输出格式为面序列,并给出结果文件名,见图 5.17。输出文件名 称为 flow.dfsu。同时,确保硬盘空间具有足够的存储空间。选择输出 频率为 3600 秒(对于潮流模拟来说该频率较合理),这样可以使输出 的面序列文件大小减小到合理范围。本例中,时间步长是 8 秒,指定 输出频率为 3600/8 = 450。默认情况下,面序列输出范围为全域。 选择输出文件要包含的参数,见图 5.18。 在水文站 Ndr. Roese 处输出一个点序列文件作模型率定用,该站的位 置见表 5.1。如果有兴趣,您也可以输出监测站附近的一些点,以便 了解监测站附近的计算结果随空间位置的变化。

图 4.17

MIKE 21 FM 水动力模型: 结果保存为点,线和面序列

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图 4.18 表 4.1

MIKE 21 FM 水动力模型: 输出结果参数

Ndr. Roese 站测量结果

位置 水文站 数据文件 东 (米) 米 Ndr. Roese waterlevel_ndr_roese.txt currents_ndr_roese.txt 354950 北 (米) 米 6167973

现在我们准备运行 MIKE 21 FM 水动力模型. (Run→Start simulation…). 用户也可以运行 DHI 为您预先准备好的模型配置文件:
C:\Program Files\DHI\MIKEZero\Examples\MIKE_21\ FlowModel_FM\HD\Oresund\Calibration_1\oresund.m21fm

注意,如果模拟不成功,请打开 log 日志文件找出错误原因 (File→Recent log file list);您也可以在模拟运行之前在菜单栏的"View log file after simulation"前打勾,这样模拟结束后,会自动弹出 Log 日 志文件。 模拟结束后使用 Plot Composer (或 Data Viewer)检查和显示结果,见图 5.19 和图 5.20,其中一个是北向潮流,一个是南向潮流。 dfs2 和 dfs3 的后处理工具(数据提取,统计等等)也能被 dfsu 文件使 用。这要求先将 dfsu 文件转换成 dfs2 或 dfs3。这里也有相应的转换工 具可用。 New→MIKE Zero→Grid Series→From Dfsu File

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图 4.19

北向水流流速与水位

图 4.20

南向水流流速与水位

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4.2

模型率定
模型率定,需要模型范围内的实测数据。表 5.1 为实测水位与实测流 速。

4.2.1

实测水位
水文站 Ndr. Roese (waterlevel_ndr_roese.txt)提供了实测水位资料,使 用时间序列编辑器导入这些 ASCII 文件(如何输入见章节 3.1.1),制 作成时间序列文件,图 5.21 为 Ndr. Roese 站实测水位。

图 4.21

Ndr. Roese: 实测水位

4.2.2

实测流速
水文站 Ndr. Roese (currents_ndr_roese.txt)提供了实测流速资料,使用 时间序列编辑器导入这些 ASCII 文件,制作成时间序列文件,图 5.22 -5.24 为 Ndr. Roese 站流速与流向示意图。

图 4.22

Ndr. Roese:实测流速

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图 4.23

Ndr. Roese: 实测流速和流向

图 4.24

Ndr. Roese 流速玫瑰图(也能在 Plot Composer 看到)

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4.2.3

模拟与实测结果比较
采用 Plot Composer 可以同时显示模拟与实测水位,本例中已做好一个 Plot Composer 文件,打开文件 ndr_roese.plc 便可,见:
C:\Program Files\DHI\MIKEZero\Examples\MIKE_21\ FlowModel_FM\HD\Oresund_N\Calibration_1\Plots

图 5.25 显示了 Ndr. Roese 水文站实测与模拟水位、流速比较图,实测 与模拟结果比较说明率定结果令人满意。 改变河床糙率为 45 ,Smagorinskyd 常数为 0.24,再次运行,图 5.26 显示实测结果与模拟结果更加匹配。 通过改变糙率和涡粘性系数进一步率定模型,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。

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图 4.25

Ndr. Rose 水文站采用默认参数得出的实测与模拟水位、流速

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图 4.26

Ndr. Rose 水文站率定后得出的实测与模拟水位、流速

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