MIKE11培训-ppt

南京环科所2010年5月8日MIKE11介绍WaterQualitySedimentTransportHydrodynamicRainfall-RunoffAdvection-DispersionFloodForecastingMIKE11GIS降雨径流模型（RR）•NAM•UHM•SCS•SMAP•Urban•FEH•DRiFTMIKE11RR中包含了众多的水文模拟方法NAMMIKE11-NAM模型简介•NAM=降雨-径流模型(丹麦语)•简单、定量描述了陆相水文循环•确定性的、概念性的、集总式模型•连续计算4个不同且相互作用储水层的含水量•有限的数据输入:降雨、蒸发、气温•主要结果:地表径流、地下水位、土壤含水率等MIKE11-NAM支流入流旁侧入流Mike11河网半分布式流域模型支流入流旁侧入流MIKE11河网MIKE11-NAM模型结构MIKE11-NAMSOILMOISTUREPROFILEDepthLLmaxGWLSyGWLGROUNDWATERSTORAGERootZoneGWPumpBFBaseFlowGWLBFoCKBFLOWERZONESTORAGELmaxLBFuDLCAFluxSURFACESTORAGEUUmaxOFIFGRAINSNOWSNOWSTORAGEPPsQIFInterFlowPnCK1CK2QOFOverlandFlowEpEaOwpOfcOsat积雪储水层可选项:如果加入融雪，则需要温度数据降雪PsPs=0,TempT0Ps=f(Qmelt),TempT0积雪储水层地表储水层Csnow:融雪系数，mm/c/dayMIKE11-NAM融雪量Qmelt＝0000TTforTTfor)T(TCsnow融雪径流PS＝snowwrsnowwrmeltSCWRforSCWRforQ0Ssnow:储雪量；Cwr：积雪持水系数WR:积雪含水量地表储水层地表储水层UUmaxOFIF降雨PQIFInterFlowPnCK1CK2QOFOverlandFlowEpInfiltrationMIKE11-NAM坡面流地表储水层MIKE11-NAM地表储水层地表储水层UUmaxOFIF降雨PQIFInterFlowPnCK1CK2QOFOverlandFlowEpInfiltrationMIKE11-NAM壤中流QIF根区储水层根区储水层LmaxLDLCAFluxEaInfiltration/RechargeMIKE11-NAM含水率变化地下水储水层GWL地下水储水层GWPumpBFBaseFlowGWLBFoCKBFBFuCAFluxGMIKE11-NAM地下水补充基流MIKE11-NAM散蒸发计算PapPEUforEUEUforEEmax)(LLUEEPa蒸发量初始条件需要给定的初始条件:•地表和根区储水层的初始含水量•坡面流和壤中流的初始条件•初始地下水埋深计算前半年-1年的结果受初始条件影响较大MIKE11-NAM模型率定MIKE11-NAM需3－5年长序列的水文、气象观测资料用于NAM率定MIKE11HDMIKE11-HDMIKE11HD功能MIKE11-HD•水工建筑物•堰•涵洞•桥梁•泵•水闸•控制建筑物•溃坝•洪水预报•GIS界面(ArcGIS)基本方程MIKE11-HD圣维南方程6点Abbott-Ionescu格式QxhtQtQAxhx+b=0,++gA=02QQQhhhh•树支状/环状河网•交错网格布置计算网格点MIKE11-HD6点Abbott格式的计算网格点布置方式里程[m]:20,00028,00032,00040,000根据断面数据库确定的计算水位点根据maxΔx自动插入的计算水位点计算流量点maxΔx=5,000mmaxΔx=3,000mmaxΔx8,000m计算网格点MIKE11-HD6点Abbott格式的计算网格点布置方式归纳河段上下游端点为计算水位点支流入流点为计算水位点实测断面资料点为计算水位点模型根据maxΔx值自动插入的计算水位点水工建筑物点为计算流量点两个水位点之间只存在一个计算流量点计算网格点MIKE11-HD对MIKE11初学者，此计算网格点布置方式容易导致出现问题：极小的Δx-极大的Courant数-计算不稳定或发散MIKE11-HDQtQAxgAhxgQQCAR()220运动波扩散波动力波方程近似散波方程适用于相对稳定的回水现象或缓慢演进的洪水波，不能用于潮汐计算运动波方程适用于陡坡河道，不能用于回水和潮汐计算模型数据要求•流域描述•河道和滩区地形•边界处水文测量数据•率定验证用水文测量数据•水工建筑物设计参数及调度运行规则Garbagein＝GarbageoutMIKE11-HD方程组求解需要以下数据文件设置设置MIKE11模型需要以下文件:•断面数据(.xns11)•河道位置(.nwk11)•河道连接(.nwk11)•水工建筑物位置(.nwk11)•边界条件(.bnd11)•模型参数文件(.hd11)•(时间序列文件)(.dfs0)MIKE11-HD模型结构模拟文件断面文件参数文件河网文件时间序列文件边界文件MIKE11-HD河网文件编辑器河道定义:•TopoID•河道名•上游端点里程[m]•下游端点里程[m]•河道类型(常规或其它特殊渠道)•上游与其它河道的连接信息•下游与其它河道的连接信息•MaxxMIKE11-HD断面文件编辑器文件扩展名：*.xns11断面通过以下三个要素与河段匹配:•河名•里程•TopoID每个断面包含以下信息:•原始数据(X,Z值，定义河床高程)•处理后数据(水力参数，如过水断面面积、水力半径等)MIKE11-HD标记有效面积MIKE11-HD河床糙率河床糙率:公式:•Manning-StricklerM[m1/3/s]•Manning系数n[s/m1/3](=1/M)•Chezy系数C[m1/2/s]计算糙率=阻力调整系数*河床糙率(断面文件)(HD参数文件)(缺省:Rf=1.0)(缺省:M=30)MIKE11-HD时间序列文件编辑器MIKE11-HD*.dfs0边界条件在外部边界处应设置边界条件流量,Q:河道上游旁侧入流水位,h:下游边界Q/h边界:下游边界(禁止设在上游)QQQhorQ/h－边界应设在远离研究区域，系统内部的变化不应导致边界条件的变化。－核心研究区域不应受边界条件的直接影响。MIKE11-HD参数文件编辑器编辑HD参数文件:•初始水位流量•河床糙率•选择圣维南方程的简化方程•附加输出结果•‘引擎程序’的参数设定MIKE11-HDHD参数文件编辑器全域和局部值:全域值全域值局部值局部值M=30M=30M=25M=200.05000100001500020000距离[m]曼宁系数MIKE11-HD模拟文件编辑器两大作用:•定义模拟设定-模拟–类型,-时段,-时间步长-输入输出结果文件名•集成各编辑器文件信息文件扩展名:*.sim11模型选择(HD/AD/WQ)?非稳态/准稳态?哪些输入文件?模拟时段及时间步长?初始条件?MIKE11-HDNAM与HD的耦合MIKE11-HDMIKEVIEWMIKEVIEWMIKE11水工建筑物•堰•涵洞•桥梁•泵•Regulating•用户定义•表格MIKE11–HD桥梁处理MIKE11–HDMIKE11SOMIKE11–SO定义Underflow泄洪闸（纵视图）:闸门启闭范围闸底高程(Silllevel)闸门操作MIKE11-SO闸门高程(Gatelevel)定义Undeflow泄洪闸（前视图）:闸宽闸底高程（Silllevel）MIKE11–SO闸门高程(Gatelevel)定义Overflow越流闸（纵视图）:闸门启闭范围闸门操作MIKE11-SO闸底高程（Silllevel）闸门高程(Gatelevel)定义Overflow越流闸（前视图）:闸宽MIKE11-SO闸底高程（Silllevel）闸门高程(Gatelevel)可控建筑物设置MIKE11-SO水工建筑物设计参数；If(条件1)then(调度目标1)elseif(条件2)then(调度目标2)elseif(条件3)then(调度目标3)......else(最后一个调度目标)endif调度控制方式。调度目标及其优先度；1)判断条件:是否需要执行此调度目标?2)控制条件:建筑物调度时的参照依据3)调度方式:根据控制条件进行调度操作控制方式MIKE11–SO•根据水位/流量控制闸门启闭•根据水位/流量差控制闸门启闭•上游来水按比例分流到两条河道•根据时间控制过闸流量•根据时间控制闸门启闭•利用水闸控制其上游水位•根据上游总来流量决定过闸流量•根据历史来流信息控制当前过闸流量•根据其它闸门的调度情况决定此闸门运行方式•等等对流扩散模型•盐水入侵•温排放•污染物传输模拟河流中溶解或悬浮物质的一维输运MIKE11-AD一维对流扩散模型稳态流、瞬时排入流量为Q、质量为W的污染物时的解析解：]4)(exp[)exp(4),(2tEutxKttEAWtxCxxKCxCExxCutCx)(河流一维对流扩散模型：MIKE11-ADAD边界•开边界出流•闭边界•开边界入流-浓度-传输•开边界出流-入流022xC0xCC=CboundQ*C=Qbound*CboundC=Cin+(Cout-Cin)*e-tmix/kmixMIKE11-ADAD边界混合系数,Kmix:CtDelayduetoKmixOutflowInflowRiverSeaCtSmallKmix(instantanousmixing)LargeKmixOutflowInflowOutflowInflowMIKE11-ADECOLab-数值生态模拟实验室ECOLab什么是ECOLab?•用于生态模拟的开放式过程模块•提供耦合常微分方程组求解器，并与DHI的水动力模型集成•基于ECOLab模板的过程描述•可修改或开发物理、化学、生物反应方程，作为新的ECOLab模板•ECOLab模板支持DHI的MIKE11、MIKE21和MIKE3ECOLab应用领域河流和湿地溶氧、污染物传输/降减、营养盐滞留湖泊和水库富营养化深层水体的溶氧消耗河口大型植物重金属海岸水体富营养化浴场水质ECOLabECOLab模板-WQ水质-EU富营养化-ME重金属ECOLabECOLab河流水质重金属BODDONH3NO3浮游植物浮游动物叶绿素a氮磷溶解氧碳溶解态吸附态悬浮泥沙孔隙水底泥富营养化BOD/DOColiECOLabTP过去模块结构水动力模拟WQ,EU,ME,..模拟对流扩散模拟•流量•降雨•蒸发•水位•流量•风•气温•初始值•边界值•点源•面源•作用力生化反应系数各水质参数值结果ECOLabECOLab模块结构水动力模拟ECOLab对流扩散模拟•流量•降雨•蒸发•水位•流量•风•气温•初始值•边界值•点源•面源•DHI模型＋自编模型生化反应系数＋作用力函数各水质参数值结果ECOLab氧平衡模型中水质反应过程•大气复氧•有机物降解•迅速耗氧•延迟耗氧•与河底/沉积物之间的交换•硝化•反硝化•磷的反应过程•磷在水体与底泥之间的交换•大肠杆菌衰减ECOLab状态变量1.水温2.溶氧3.氨氮4.硝氮5.BOD_溶解性BOD_悬浮BOD_底泥BOD6.溶解态P7.颗粒太P8.粪大肠杆菌9.总大肠杆菌ECOLab溶氧昼夜变化-1/2T-a/4T0a/4T1/2T呼吸－耗氧P(t)产氧P00½aTKl:00122421Tt4a0,4aTt4a,Tta2πcosPTtP0mgO2m-2d-1ECOLab水质过程－溶解氧颗粒态有机物溶解态有机物有机物沉积BOD降解颗粒态BOD降解可溶性BOD降解光合作用呼吸、硝化NH4污染源BODs,BODd,NH3大气复氧光照NO3N2沉淀、