MIKE_FM_HD_Step_By_Step_CN

1、MIKE 21 FM 水動(dòng)力模型水動(dòng)力模型 逐步練習(xí)實(shí)例逐步練習(xí)實(shí)例目錄目錄1概述.11.1工程背景.11.2練習(xí)實(shí)例的目的.12創(chuàng)建計(jì)算網(wǎng)格.32.1創(chuàng)建網(wǎng)格前需要注意的問(wèn)題.32.2創(chuàng)建 resund 的計(jì)算網(wǎng)格 .32.2.1由原始的 xyz 數(shù)據(jù)生成 mdf 文件.42.2.2三角邊界的調(diào)整.72.2.3模擬區(qū)域的三角劃分.93創(chuàng)建 MIKE 21 FM 水動(dòng)力模型的輸入條件.153.1生成水位邊界條件.153.1.1把測(cè)量水位導(dǎo)入時(shí)間序列文件.163.1.2創(chuàng)建邊界條件.223.2初始條件.253.3風(fēng)力作用.254MIKE 21 FM 模型搭建.274.1FM 模型.274.2模型

2、率定.424.2.1實(shí)測(cè)水位.424.2.2實(shí)測(cè)流速.424.2.3模擬與實(shí)測(cè)結(jié)果比較.44 1DHI Water & Environment1概述概述本實(shí)例是連接丹麥和瑞典的跨海(resund)工程。圖 1.1 Sound (resund), 丹麥1.1工程背景工程背景1994 年，哥本哈根和馬爾默（Malm）開始了連接丹麥和瑞典隧道和橋梁的改造項(xiàng)目。該項(xiàng)目執(zhí)行了嚴(yán)格的環(huán)境要求，即隧道和橋梁項(xiàng)目對(duì)波羅的海的環(huán)境不產(chǎn)生任何影響。這樣的要求意味著橋梁和隧道設(shè)計(jì)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。為了達(dá)到環(huán)境的要求和監(jiān)理工程施工，建立了一個(gè)主要的監(jiān)測(cè)程序。整個(gè)監(jiān)測(cè)程

3、序包括 40 多個(gè)水文測(cè)站，收集水文、鹽度、溫度和流場(chǎng)數(shù)據(jù)。另外還為 ADCP 的船載測(cè)站和 CTD 等固定站點(diǎn)進(jìn)行了廣泛的補(bǔ)充測(cè)量。監(jiān)測(cè)程序最初于 1992 年開始并一直持續(xù)到本世紀(jì)。 由于 resund 海域天然水文的多樣性和多變性，連接工程的阻流作用只能通過(guò)數(shù)值模型來(lái)評(píng)價(jià)。而且，resund 的情況需要一個(gè)三維模型。所以，利用 DHI 的三維模型，MIKE 3 對(duì) resund 整個(gè)海域進(jìn)行模擬，并在其中設(shè)置嵌套模型，網(wǎng)格尺寸水平方向由連接工程附近的 100 米到 resund 較遠(yuǎn)海域的 900 米，垂直方向網(wǎng)格尺寸是 1 米。隨后，MIKE 3 模型會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)階段進(jìn)行率定和驗(yàn)

4、證。根據(jù)監(jiān)測(cè)程序得到的數(shù)據(jù)，初步選擇足以反映 resund 海域天然水文多樣性的 3個(gè)月作為模擬的“設(shè)計(jì)時(shí)段”。設(shè)計(jì)時(shí)段用來(lái)對(duì)連接工程進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃和優(yōu)化，并確定需要填充的挖泥量，以達(dá)到對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何影響。1.2練習(xí)實(shí)例的目的練習(xí)實(shí)例的目的練習(xí)實(shí)例的目的在于通過(guò)使用 MIKE 21 的 Flexible Mesh 模塊為 resund 建立水流模型和 MIKE 3 的水流模型，生成令人滿意的率定結(jié)果。此次練習(xí)和實(shí)際工程操作相同，但根據(jù)輸入數(shù)據(jù)也做了一些預(yù)備工作，主要是為用戶準(zhǔn)備了 MIKE 21 格式的輸入數(shù)據(jù)，以保證原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和預(yù)處理。根據(jù)數(shù)據(jù)的數(shù)量和質(zhì)量，數(shù)據(jù)的處理是非常耗時(shí)但又必不

5、可少的過(guò)程。本實(shí)例中，所 2DHI Water & Environment有的原始數(shù)據(jù)都以 ASCII 文件的格式提供，所有相關(guān)數(shù)據(jù)和文件請(qǐng)?jiān)谝韵履夸浿胁樵儯篊:Program filesDHIMIKEZeroExamplesMIKE_21FlowModel_FMHDOresundC:Program filesDHIMIKEZeroExamplesMIKE_3FlowModel_FMHDOresund如果用戶對(duì)導(dǎo)入 MIKE Zero 格式數(shù)據(jù)的過(guò)程已經(jīng)熟悉，則不用再自行生成所有的輸入文件。在模型中確定了運(yùn)行模型需要的所有輸入條件后，用戶就可以開始模擬。 3DHI Water & Enviro

6、nment2創(chuàng)建計(jì)算網(wǎng)格創(chuàng)建計(jì)算網(wǎng)格創(chuàng)建計(jì)算網(wǎng)格需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量的修改，在此，只對(duì)主要方法進(jìn)行解釋。網(wǎng)格文件中包含不同地理位置的水深和下列信息：計(jì)算網(wǎng)格; 水深;邊界資料在建模過(guò)程中，網(wǎng)格文件的生成至關(guān)重要。請(qǐng)?jiān)谙铝心夸浿袇⒁娋W(wǎng)格生成器的用戶手冊(cè)：C:Program FilesDHIMIKEZeroManualsMIKE_ZEROMzGeneric.pdf2.1創(chuàng)建網(wǎng)格前需要注意的問(wèn)題創(chuàng)建網(wǎng)格前需要注意的問(wèn)題地形和網(wǎng)格文件應(yīng)該描述模擬區(qū)域內(nèi)的水深；使模擬結(jié)果達(dá)到理想的精度；達(dá)到用戶能夠接受的模擬用時(shí)為了達(dá)到上述目的，用戶需要注意的網(wǎng)格是：沒(méi)有過(guò)小角度的三角形（完美的的網(wǎng)格是等邊三角形）；帶有

7、平滑的邊界；分辨率更高的嵌套部分；來(lái)自于 xyz 數(shù)據(jù)的網(wǎng)格；較大的角度和較高的分辨率需要較長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，所以模型的使用者必須在計(jì)算時(shí)間和網(wǎng)格分辨率之間保持一個(gè)平衡。網(wǎng)格的分辨率、水深、和時(shí)間步長(zhǎng)決定了模型設(shè)置中的克朗值。最大克朗值應(yīng)該小于0.5，所以，模擬用時(shí)不僅和三角網(wǎng)格相關(guān)，還由網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和克朗值決定。因此，在深水區(qū)網(wǎng)格較細(xì)的地方所需要的計(jì)算時(shí)間就比淺水區(qū)較細(xì)的網(wǎng)格要長(zhǎng)些。 2.2創(chuàng)建創(chuàng)建resund的計(jì)算網(wǎng)格的計(jì)算網(wǎng)格實(shí)例中的模擬區(qū)域的海圖如 圖 2.1 所示，它覆蓋了丹麥和瑞典的海峽。根據(jù)海圖可以得到水深和海岸線的 xyz 數(shù)據(jù)。在本實(shí)例中，海岸線和水深的 xyz 數(shù)據(jù)已經(jīng)創(chuàng)建好

8、了，見圖 2.14。 4DHI Water & Environment 圖 2.1模擬區(qū)域：resund, 丹麥和瑞典海峽2.2.1由原始的由原始的xyz數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)生成mdf文件文件網(wǎng)格文件包括水深資料，網(wǎng)格是通過(guò) MIKE Zero 的網(wǎng)格創(chuàng)建器建立。首先，打開“Mesh Generator” (NewMesh Generator)，見圖 2.2。打開“Mesh Generator”，用戶需要確定模擬地區(qū)的投影方式為UTM，并定義 UTM 區(qū)為 33，如圖 2.3 所示。 5DHI Water & Environment圖 2.2MIKE Zero中的“Mesh Generator”圖 2

9、.3定義模擬區(qū)域的投影方式定義好的模擬區(qū)域如圖 2.4 所示。圖 2.4添加xyz數(shù)據(jù)以前在“Mesh Generator”定義的模擬區(qū)域 6DHI Water & Environment從 ACSII 文件中導(dǎo)入海岸線的數(shù)據(jù) (ImportBoundary data Open XYZ file: land.xyz)，見圖 2.5。圖 2.5導(dǎo)入海岸線數(shù)據(jù)請(qǐng)注意需要轉(zhuǎn)換地理坐標(biāo)：在導(dǎo)入了海岸線數(shù)據(jù)后請(qǐng)選擇“Longitude/Latitude”，見圖 2.6。圖 2.6導(dǎo)入海岸線數(shù)據(jù)生成的模擬地區(qū)包括導(dǎo)入的海岸線數(shù)據(jù)被稱為“Mesh Definition File”(mdf-file)， 如圖

10、 2.7。 7DHI Water & Environment圖 2.7導(dǎo)入海岸線xyz數(shù)據(jù)后在Mesh Generator中的mdf文件 下一步是把模擬區(qū)域的原始數(shù)據(jù)變?yōu)榭梢詣澐秩蔷W(wǎng)格的數(shù)據(jù)。 2.2.2三角邊界的調(diào)整三角邊界的調(diào)整邊界調(diào)整的目的是使模擬地區(qū)的邊界能夠被劃分為三角網(wǎng)格，包括水邊界（綠色弧形）。從刪除不需要包含于模擬區(qū)域的海岸線的交匯點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)（紅色和蘭色點(diǎn)）開始進(jìn)行調(diào)整，這還包括陸地上的節(jié)點(diǎn)，如圖 2.7 所示。通過(guò)在“丹麥”節(jié)點(diǎn)和“瑞典”節(jié)點(diǎn)之間添加弧形來(lái)定義北部和南部的邊界。邊界應(yīng)當(dāng)定義在測(cè)量的邊界位置附近，如表 2.1。選擇北部邊界并選擇“properties”，把北部的

11、圓弧屬性設(shè)置為“2”，南部邊界的圓弧屬性設(shè)為“3”，見圖 2.8 和圖 2.9。這些屬性用來(lái)區(qū)分網(wǎng)格中的不同邊界類型：北部邊界（2）和南部邊界（3）。陸地/水面邊界（1）由網(wǎng)格創(chuàng)建器自動(dòng)生成。 8DHI Water & Environment表表 2 2. .1 1測(cè)量的水位數(shù)據(jù)測(cè)量的水位數(shù)據(jù)圖 2.8編輯屬性（右擊鼠標(biāo)）選擇北部邊界的圓弧（紫色）位置位置測(cè)站測(cè)站數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件東東(m)北北(m)WL13 Vikenwaterlevel_viken.txt3497446224518WL14 Hornbkwaterlevel_hornbaek.txt3418116219382WL19 Skan

12、rwaterlevel_skanor.txt3627486143316WL20 Rdvigwaterlevel_rodvig.txt3331916126049 9DHI Water & Environment圖 2.9編輯北部邊界圓弧的屬性現(xiàn)在用戶能夠看到一個(gè)可以劃分三角網(wǎng)格的閉合區(qū)域，但首先需要對(duì)所有的海岸線進(jìn)行核對(duì)和修正。模擬區(qū)域的三角網(wǎng)格劃分從邊界多邊形開始，所以，網(wǎng)格三角劃分過(guò)程中產(chǎn)生的元素?cái)?shù)量和海岸線的交匯點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)數(shù)量密切相關(guān)。用戶可以使用相應(yīng)的工具把各交匯點(diǎn)重新分布到圓弧上，使海岸線更為平滑均勻。在特別關(guān)心的地區(qū)，用戶還可以把交點(diǎn)沿陸地邊界重新分布，并使其相互保持較小的間距。用戶需

13、要注意，如果內(nèi)陸港口和內(nèi)陸湖對(duì)模擬地區(qū)影響不大，則不需要在模擬地形中予以考慮。編輯完所有的海岸線后，用戶可以得到和下圖 2.10 所示相似的地形圖，名為 oresund.mdf。用戶可以在隨后的工作中使用此文件。2.2.3模擬區(qū)域的三角劃分模擬區(qū)域的三角劃分下一步就是真正進(jìn)行模擬面積的三角劃分。首先，選擇不適合進(jìn)行三角劃分的多邊形（綠色）的閉合地區(qū)（如島嶼）。圖 2.10 Mesh Generator 中的mdf-文件，邊界xyz數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)調(diào)整以形成能夠進(jìn)行三角劃分的閉合面積 10DHI Water & Environment為了進(jìn)行最初的三角劃分(MeshTriangulateGenerate

14、)，用戶需要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，如圖 2.11 (Mesh TriangulateOptions)。在本實(shí)例中，特別需要關(guān)注的地區(qū)的網(wǎng)格分辨率較高。用戶也可以根據(jù)需要把某些地區(qū)的網(wǎng)格變細(xì)，具體做法是在需要加密的網(wǎng)格上添加多邊形并設(shè)置多邊形的屬性（在多邊形中添加綠色標(biāo)識(shí)并右擊鼠標(biāo)定義屬性）。 圖 2.11三角劃分的選項(xiàng)三角劃分完成后，用戶可以通過(guò)工具使網(wǎng)格平滑(MeshSmooth Mesh)。在這個(gè)例子中，網(wǎng)格被平滑了 100 次，如圖 2.12 所示。 11DHI Water & Environment圖 2.12三角劃分和網(wǎng)格平滑100次后的網(wǎng)格。三角劃分選項(xiàng)允許的最大面積是 1500000

15、m2，最小的角度是30度，最多的節(jié)點(diǎn)是6000個(gè)。加密地區(qū)的選項(xiàng)在加密地區(qū)的多邊形選擇。隨后，用戶需要把 xyz 文件中的水深數(shù)據(jù)（water.xyz）內(nèi)差到網(wǎng)格中 (MeshInterpolate)，見圖 2.13。注意在 MIKE 21 FM 和 MIKE 3 FM 中的水深不同，因?yàn)樗鼈兊臏y(cè)量年份不同，地形也有了變化。MIKE 21 的 mdf 文件是 1993 年的數(shù)據(jù)，如圖 2.15。圖 2.13內(nèi)差水深需要選擇xyz的數(shù)據(jù)文件。定義投影方式為地理坐標(biāo)1993 water.xyz （MIKE 21 Flow Model FM 例子）和UTM 33 1997 water.xyz （MI

16、KE 3 Flow Model FM 例子) 12DHI Water & Environment圖 2.14 ASCII文件，定義了地理位置（經(jīng)度、緯度和深度），請(qǐng)注意如果使用了MIKE C-MAP，用戶則不能以文本方式瀏覽數(shù)據(jù)，因?yàn)閿?shù)據(jù)已經(jīng)加密。圖 2.15在內(nèi)差水深后的Mesh Generator中的網(wǎng)格 現(xiàn)在用戶可以把編輯好的網(wǎng)格數(shù)據(jù)導(dǎo)入到 MIKE 21/3 FM 的水流模型中 (MeshExport Mesh)。保存文件為 oresund.mesh。 13DHI Water & Environment用戶可以在 Data Viewer（圖 2.16）或 MIKE Animator （

17、圖 2.17）中瀏覽或編輯網(wǎng)格文件。圖 2.16 Data Viewer中的網(wǎng)格文件圖 2.17 MIKE Animator 中的resund網(wǎng)格 14DHI Water & Environment3創(chuàng)建創(chuàng)建MIKE 21 FM水動(dòng)力模型的輸入條件水動(dòng)力模型的輸入條件在設(shè)置 MIKE 21 FM 水流模型前，必須根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)創(chuàng)建輸入數(shù)據(jù) ，1993 年測(cè)量的數(shù)據(jù)是： 1. 邊界上的水位2. 丹麥哥本哈根 Kastrup 機(jī)場(chǎng)的風(fēng)數(shù)據(jù)通過(guò)使用 MIKE Zero 中各種工具來(lái)準(zhǔn)備輸入數(shù)據(jù)，相應(yīng)的用戶手冊(cè)在下列安裝目錄中可以找到：C:Program FilesDHIMIKEZeroManualsM

18、IKE_ZEROMzGeneric.pdf3.1生成水位邊界條件生成水位邊界條件在模型的邊界附近有四個(gè)測(cè)站有測(cè)量的水位記錄，見圖 3.1。resund 模型是水位邊界，測(cè)量的水位數(shù)據(jù)表明沿著邊界的水位變化比較顯著，所以水位邊界應(yīng)該定義為線邊界（dfs1 類型的數(shù)據(jù)文件），是兩個(gè)邊界點(diǎn)數(shù)據(jù)的內(nèi)差。隨后，兩條線邊界（dfs1 類型的數(shù)據(jù)文件）的水位數(shù)據(jù)來(lái)自于兩條邊界上的四個(gè)測(cè)站的測(cè)量數(shù)據(jù)。四個(gè)測(cè)站的位置如表 2.1 所示。HornbkVikenRdvigSkanor圖 3.1開邊界上的水位測(cè)站位置： Hornbk，Viken，Skanr，和Rdvig 15DHI Water & Environme

19、nt3.1.1把測(cè)量水位導(dǎo)入時(shí)間序列文件把測(cè)量水位導(dǎo)入時(shí)間序列文件圖 3.2MIKE Zero中的時(shí)間序列編輯器打開 MIKE Zero 中的“Time Series Editor”（FileNewTime Series）見圖 3.2。選擇“ASCII 格式”，打開文本文件 waterlevel_hornbaek.txt。選擇“Equidistant Calendar Axis”并確認(rèn)，然后右擊鼠標(biāo)并選擇“properties”，把類型改變?yōu)椤癢ater Level”，保存數(shù)據(jù)為 waterlevel_hornbaek.dfs0。對(duì)其他三個(gè)測(cè)站重復(fù)上述步驟。注意在 MIKE 21/3 FM 水

20、流模型的現(xiàn)有版本中，必須是等時(shí)間步長(zhǎng)，這就意味著原始數(shù)據(jù)如有缺失，必須在導(dǎo)入之前通過(guò)內(nèi)差等方式補(bǔ)充。 16DHI Water & Environment圖 3.3測(cè)站Hornbk 的實(shí)測(cè)水位，ASCII文件圖 3.4時(shí)間序列編輯器的導(dǎo)入界面 17DHI Water & Environment圖 3.5時(shí)間序列屬性圖 3.6由測(cè)站1 Hornbk導(dǎo)入到時(shí)間序列中的水位數(shù)據(jù) 如果要把水位數(shù)據(jù)繪成時(shí)間序列圖，打開 MIKE Zero 中的“Plot Composer”， 見圖 3.7。選擇“plot” “insert a new plot object”并選擇“Time Series Plot”，見

21、圖 3.8。 18DHI Water & Environment圖 3.7MIKE Zero中打開Plot Composer右擊繪圖區(qū)域并選擇“properties”，點(diǎn)擊添加時(shí)間序列文件到“Plot Composer”，見圖 3.10。用戶可以在同一個(gè)繪圖中添加多個(gè)時(shí)間序列圖，在屬性對(duì)話框中還能對(duì)圖形進(jìn)行編輯，如顏色等（見圖 3.9）。圖 3.8在Plot Composer 中插入新的繪圖對(duì)象 19DHI Water & Environment圖 3.9在Plot Composer的Time Series Plot對(duì)話框中選擇時(shí)間序列文件，調(diào)整比例和曲線等圖 3.11 和圖 3.12 是兩個(gè)

22、邊界上的實(shí)測(cè)水位。圖 3.10在Plot Composer中選擇時(shí)間序列文件 20DHI Water & Environment圖 3.11北邊界測(cè)站1和2，Hornbk和Viken 的時(shí)間序列圖 3.12南邊界測(cè)站3和4，Skanr和Rdvig的時(shí)間序列 3.1.2創(chuàng)建邊界條件創(chuàng)建邊界條件下一步是根據(jù)生成的時(shí)間序列創(chuàng)建線邊界。打開 MIKE Zero 中的“Profile Series”并選擇“Blank .”，見圖 3.13。圖 3.13在MIKE Zero中打開Profile Series Editor 21DHI Water & Environment需要的信息如下：北邊界北邊界開始時(shí)

23、間 1993-12-02 00:00:00時(shí)間步長(zhǎng)：1800s 時(shí)間步驟數(shù)：577 網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)：2 網(wǎng)格間距：9200m （邊界的寬度，事實(shí)上并不需要，因?yàn)?MIKE 21/3 FM 的水流模型中線邊界的內(nèi)差不考慮此寬度，見 MIKE 21/3 FM 水流模型的用戶手冊(cè)）。打開測(cè)站 Hornbk (waterlevel_hornbaek.dfs0) 的水位文件，復(fù)制并粘貼到“profile Series Editor”中點(diǎn)“0”的位置，然后打開測(cè)站 Viken (waterlevel_viken.dfs0) 的的水位文件，復(fù)制并粘貼到“profile Series Editor”中點(diǎn)“1”的位置

24、，見圖 3.15。保存文件為“waterlevel_north.dfs1”，見圖 3.16。圖 3.14剖面序列屬性 22DHI Water & Environment圖 3.15從測(cè)站1 （Hornbk）復(fù)制水位到 Profile Series Editor（Ctrl V）圖 3.16北邊界的水位線邊界除了網(wǎng)格間距不同，和使用的水位數(shù)據(jù)來(lái)自測(cè)站Rdvig（waterlevel_rodvig.dfs0）和 Skanr（waterlevel_skanor.dfs0），對(duì)南邊界重復(fù)相同的步驟和類似的信息，并保存結(jié)果為waterlevel_south.dfs1。南邊界南邊界開始時(shí)間 1993-12-

25、02 00:00:00時(shí)間步長(zhǎng)：1800s 時(shí)間步驟數(shù)：577 網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)：2網(wǎng)格間距：33500m （邊界的寬度，事實(shí)上并不需要，因?yàn)?MIKE 21/3 FM 的水流模型中線邊界的內(nèi)差不考慮此寬度，見 MIKE 21/3 FM 水流模型的用戶手冊(cè)）。 23DHI Water & Environment3.2初始條件初始條件初始的水面高程由北邊界和南邊界水位的平均值計(jì)算得到。從兩個(gè)邊界文件中看平均的高程約為 0.37 m。3.3風(fēng)風(fēng)力作用力作用來(lái)自Kastrup機(jī)場(chǎng)的風(fēng)數(shù)據(jù)形成的風(fēng)力是時(shí)間序列，但空間上恒定。打開時(shí)間序列編輯器，從ASCII文件“wind_kastrup.txt”中導(dǎo)入數(shù)據(jù)，使

26、用等時(shí)間步長(zhǎng)。保存文件為“wind_kastrup.dfs0”。風(fēng)速和風(fēng)向的時(shí)間序列如圖 3.17 所示。對(duì)于風(fēng)的更形象描述是風(fēng)玫瑰圖。打開“Plot Composer”，插入新的繪圖對(duì)象，并選擇“Wind/Current Rose Plot”，然后選擇屬性，選擇新生成的文件“wind_kastrup.dfs0”并按需要對(duì)圖形進(jìn)行編輯（顏色等）。結(jié)果如圖 3.18 所示。圖 3.17來(lái)自Kastrup 機(jī)場(chǎng)的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)，ASCII文件圖 3.17 Kastrup機(jī)場(chǎng)的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)，由Plot Composer（Time Series Direction plot control）繪制 2

27、4DHI Water & Environment圖 3.18 Kastrup機(jī)場(chǎng)的風(fēng)玫瑰圖，由Plot Composer繪制，南邊界 25DHI Water & Environment4MIKE 21 FM模型搭建模型搭建4.1FM模型模型現(xiàn)在我們采用第三章生成的 1993 年 resund 地形資料，邊界條件和動(dòng)力數(shù)據(jù)搭建 MIKE21 FM 水動(dòng)力模型。首先，我們采用模型默認(rèn)參數(shù)，不考慮邊界密度變化的影響。模型參數(shù)如下表所示：參數(shù)參數(shù)值值模型配置文件Oresund.m21fm網(wǎng)格地形Oresund.mesh (1993) 2057 個(gè)節(jié)點(diǎn)模擬時(shí)段1993-12-02 00:00 1993-

28、12-13 00:00 (11 天)時(shí)間步長(zhǎng)8 秒模擬步長(zhǎng)數(shù)118800干濕水深干水深 0.01 米洪水深 0.05 米 濕水深 0.1 米初始水位-0.37 米風(fēng)場(chǎng)隨時(shí)間變化，在模型范圍內(nèi)常量：wind_kastrup.dfs0風(fēng)摩阻系數(shù)隨風(fēng)速變化：0.001255 ，風(fēng)速為： 7 m/s 時(shí)0.002425 ，風(fēng)速為 25 m/s 時(shí)北部邊界Waterlevel_north.dfs1南部邊界Waterlevel_south.dfs1渦粘系數(shù)Smagorinsky 公式, 常量 0.28 m1/3/s糙率曼寧系數(shù). 常量 32 m1/3/s結(jié)果文件Flow.dfsu ndr_roese.df

29、s0模擬時(shí)段大約 25 分鐘， 2.4 GHz CPU, 512 MB DDR RAM下面簡(jiǎn)短地介紹了模型的搭建過(guò)程。在模型范圍對(duì)話框內(nèi)指定地形網(wǎng)格文件 oresund.mesh，如圖 5.1 所示。此地形文件已經(jīng)內(nèi)含了模型投影 UTM-33。在地形文件中，每個(gè)邊界被給定一個(gè)識(shí)別代碼。在 resund 例子中，北部邊界識(shí)別代碼為 2，南部邊界識(shí)別代碼為 3。在邊界名稱對(duì)話框中將“代碼 2”改名為“北部”，“代碼 3”為“南部”。注意，點(diǎn)擊按鈕，可以直接打開并查看網(wǎng)格文件。用戶可以在 Data Viewer 中查看代碼值（第二項(xiàng)），如圖 5.2 所示。 26DHI Water & Environ

30、ment圖 4.1MIKE 21 FM模型: 指定模型地形文件圖 4.2在Data Viewer中查看邊界代碼值在“Time”對(duì)話框中指定時(shí)間步長(zhǎng)為 8 秒，對(duì)應(yīng)的克朗數(shù)小于 0.5。輸入時(shí)間步數(shù)為 118800 步，對(duì)應(yīng)的模擬時(shí)間 11 天，見圖 5.3。 27DHI Water & Environment圖 4.3MIKE 21 FM模型: 模擬時(shí)段如果要同時(shí)計(jì)算對(duì)流擴(kuò)散或 Ecolab 水質(zhì)，請(qǐng)?jiān)凇癕odule Selection”對(duì)話框?qū)?yīng)的選擇框中打勾，見圖 5.4。在本例中，我們只進(jìn)行水動(dòng)力模擬。如果希望在水動(dòng)力模塊的基礎(chǔ)上增加 Ecolab 水質(zhì)模塊，請(qǐng)參考Step-by-Ste

31、p Training Example for ECO Lab。 28DHI Water & Environment圖 4.4MIKE 21 FM模型: 模塊選擇在Flood and Dry對(duì)話框中，可以進(jìn)行干濕動(dòng)邊界的參數(shù)設(shè)置，見圖 5.5所示。在該例子中，選取默認(rèn)值，即干水深 0.01 米，洪水深 0.05 米，濕水深 0.1 米。在該例子中，由于沿著 Saltholm 海岸的某些區(qū)域在模擬期間內(nèi)會(huì)干涸，所以應(yīng)該包含干濕動(dòng)邊界功能。如果沒(méi)有選擇該功能，模型會(huì)在干涸地區(qū)溢出。但是，包含干濕功能后會(huì)影響模型的穩(wěn)定性，因此，如果干濕功能對(duì)所要模擬的問(wèn)題不是很重要的話，建議不要將其包含進(jìn)來(lái)。做為補(bǔ)償

32、，請(qǐng)調(diào)整網(wǎng)格地形文件，使淺水區(qū)域有更深的水深，從而防止這些區(qū)域干涸，然后運(yùn)轉(zhuǎn)不包含干濕功能的模型。圖4.5MIKE 21 FM水動(dòng)力模型: 干濕動(dòng)邊界本例中不考慮密度梯度流，在Density 對(duì)話框中選擇Barotropic（正壓），見圖 5.6。 29DHI Water & Environment圖 4.6MIKE 21 FM水動(dòng)力模型: 密度梯度水平渦粘系數(shù)的設(shè)定采用 Smagorinsky 公式，Smagorinsky 常數(shù)取默認(rèn)值 0.28，見圖 5.7。圖 4.7MIKE 21 FM水動(dòng)力模型: 渦粘系數(shù)的設(shè)定第一次模型運(yùn)行采用默認(rèn)的河床糙率值（曼寧系數(shù)）32 m1/ 3/s，在隨后

33、的率定中可以改變它，見圖 5.8。 30DHI Water & Environment圖4.8MIKE 21 FM水動(dòng)力模型: 河床糙率在 resund 地區(qū)潮流作用占優(yōu)，一般來(lái)說(shuō)，應(yīng)該考慮科氏力的作用。但是在該例中，由于海峽很淺，科氏力的影響也可以忽略。而在實(shí)際的工程應(yīng)用中，除非個(gè)別情況，一般都要考慮科氏力的作用，僅僅在實(shí)驗(yàn)室模擬中科氏力可以不考慮，見圖 5.9。圖 4.9MIKE 2 FM水動(dòng)力模型: 科氏力 31DHI Water & Environment使用已生成的風(fēng)時(shí)間序列（在 Wind Forcing 對(duì)話框中風(fēng)時(shí)間序列指定為“隨時(shí)間變化，全域內(nèi)常量”，時(shí)間序列文件名為wind_

34、kastrup.dfs0）。在本例中，風(fēng)場(chǎng)軟啟動(dòng)時(shí)間間隔指定為 7200 秒。軟啟動(dòng)時(shí)間間隔指在模擬開始階段風(fēng)的影響不完全考慮。在軟啟動(dòng)間隔開始階段，風(fēng)力的影響為零，然后它逐漸增長(zhǎng)直到在軟啟動(dòng)間隔終止階段充分考慮風(fēng)力的影響。在本例中，指定風(fēng)摩擦隨風(fēng)速變化，并采用默認(rèn)的風(fēng)摩擦值，見圖 5.11。注意，在風(fēng)場(chǎng)對(duì)話框中點(diǎn)擊按鈕，可以直接打開并查看風(fēng)場(chǎng)文件，見圖 5.10。圖 4.10MIKE 2 FM水動(dòng)力模型: 風(fēng)場(chǎng) 32DHI Water & Environment圖 4.11MIKE 2 FM水動(dòng)力模型: 風(fēng)摩擦系數(shù)在本例中 不考慮冰蓋影響 不考慮降雨和蒸發(fā) 不考慮波浪輻射應(yīng)力源和匯的流量及速

35、度在“源”對(duì)話框中指定。在本例中，由于resund 地區(qū)的源流量過(guò)小，不會(huì)對(duì)水動(dòng)力條件產(chǎn)生大的影響，因此沒(méi)有包含在該例子中。此頁(yè)設(shè)置為空白，見圖 5.12。 33DHI Water & Environment圖 4.12MIKE 2 FM水動(dòng)力模型:源項(xiàng)在“Initial Conditions”對(duì)話框中設(shè)置初值條件，即模擬開始時(shí)刻的水位/流速。本例中初始水位采用常量-0.37 米，即模擬初始階段北部和南部邊界水位的平均值，水平方向和垂直方向流速為 0，見圖 5.13。圖 4.13MIKE 2 FM水動(dòng)力模型: 初始條件 34DHI Water & Environment在“Boundary C

36、onditions”中邊界條件應(yīng)該與域?qū)υ捒蛑兄付ǖ倪吔缑恢?。本例中北部邊界和南部邊界使用第三章生成的線序列水位邊界文件。本例中，邊界類型是Specified Level（水位），這是因?yàn)檫吔缟蟽H有水位實(shí)測(cè)結(jié)果可以利用。Specified Level意味著邊界上采用了水位實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，而流量數(shù)據(jù)是未知的，只能在模擬過(guò)程中估算。如果邊界類型是Specified discharge，意味著邊界上采用了流量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，水位數(shù)據(jù)是估算的。邊界格式必須設(shè)置為Variable in time and along boundary （隨時(shí)間和邊界變化），這種情況下，需要給定一個(gè)線序列文件。點(diǎn)擊按鈕，在彈出的對(duì)話

37、框中選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件，見圖5.16。對(duì)于北部邊界，選擇 waterlevel_north.dfs1 水位文件；對(duì)于南部邊界，選擇 waterlevel_south.dfs1 水位文件。注意：當(dāng)在邊界上指定線序列時(shí)，我們必須知道 MIKE 21 FM 是如何定義邊界起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)的。定義規(guī)則是：以邊界海岸線為界，使模型邊界處于左手方向，沿海岸線第一個(gè)點(diǎn)定義為起始點(diǎn)，見圖 5.2。軟啟動(dòng)間隔取 7200 秒，對(duì)應(yīng)初始水位值為0.37 米。軟啟動(dòng)間隔是指在模擬開始階段邊界水位的影響并未充分考慮。在軟啟動(dòng)間隔開始階段，邊界水位的影響是零，然后該影響逐漸增大直到在軟啟動(dòng)終止階段充分發(fā)揮作用，見圖 5.

38、14 和圖 5.15。用戶可以在邊界對(duì)話框中點(diǎn)擊按鈕，快速打開并查看邊界數(shù)據(jù)文件。圖 4.14MIKE 21 FM水動(dòng)力模型：北部邊界條件waterlevel_north.dfs1 35DHI Water & Environment圖 4.15MIKE 21 FM水動(dòng)力模型：南部邊界條件waterlevel_south.dfs1圖 4.16MIKE 21 FM水動(dòng)力模型: 選擇邊界文件 36DHI Water & Environment指定輸出格式為面序列，并給出結(jié)果文件名，見圖 5.17。輸出文件名稱為 flow.dfsu。同時(shí)，確保硬盤空間具有足夠的存儲(chǔ)空間。選擇輸出頻率為 3600 秒（

39、對(duì)于潮流模擬來(lái)說(shuō)該頻率較合理），這樣可以使輸出的面序列文件大小減小到合理范圍。本例中，時(shí)間步長(zhǎng)是 8 秒，指定輸出頻率為 3600/8 = 450。默認(rèn)情況下，面序列輸出范圍為全域。選擇輸出文件要包含的參數(shù)，見圖 5.18。在水文站 Ndr. Roese 處輸出一個(gè)點(diǎn)序列文件作模型率定用，該站的位置見表 5.1。如果有興趣，您也可以輸出監(jiān)測(cè)站附近的一些點(diǎn)，以便了解監(jiān)測(cè)站附近的計(jì)算結(jié)果隨空間位置的變化。圖 4.17MIKE 21 FM水動(dòng)力模型: 結(jié)果保存為點(diǎn)，線和面序列 37DHI Water & Environment圖 4.18 MIKE 21 FM水動(dòng)力模型: 輸出結(jié)果參數(shù) 38DHI

40、Water & Environment表 4.1Ndr. Roese站測(cè)量結(jié)果位置位置水文站水文站數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)文件東東(米米)北北(米米)Ndr. Roesewaterlevel_ndr_roese.txtcurrents_ndr_roese.txt3549506167973現(xiàn)在我們準(zhǔn)備運(yùn)行 MIKE 21 FM 水動(dòng)力模型. (RunStart simulation).用戶也可以運(yùn)行 DHI 為您預(yù)先準(zhǔn)備好的模型配置文件：C:Program FilesDHIMIKEZeroExamplesMIKE_21FlowModel_FMHDOresundCalibration_1oresund.m21fm注意，如果模擬不成功，請(qǐng)打開 log 日志文件找出錯(cuò)誤原因(FileRecent