MIKE-21平面二维水流模型中文教程

1MIKE21平面二维水流模型渐进练习实例1DHIWater&Environment目录MIKE21平面二维水流模型渐进练习实例1.1背景知识.................................................................................................................................21.2练习实例的目的.....................................................................................................................31.3水动力学计算设置步骤.........................................................................................................32生成地形文件.........................................................................................................................43生成输入参数.......................................................................................................................123.1创建水位边界条件...............................................................................................................123.1.1把测量水位导入时间序列文件...........................................................................................133.1.2创建边界条件.......................................................................................................................173.2初始表面高度.......................................................................................................................203.3风条件...................................................................................................................................203.4边界处的密度变化...............................................................................................................214模型建立...............................................................................................................................234.1平面二维水流模型...............................................................................................................234.2模型校核...............................................................................................................................334.2.1测量水深...............................................................................................................................334.2.2流速测量...............................................................................................错误！未定义书签。4.2.3模型结果提取.......................................................................................................................354.2.4比较模型结果与测量结果...................................................................................................392DHIWater&Environment1.概述本实例以连接丹麦和瑞典的跨海(Øresund)工程为例。图1.1丹麦海峡(Øresund)1.1背景知识1994年，哥本哈根和Malmö开始了连接丹麦和瑞典隧道及桥梁的项目。该项目执行了严格的环境要求，即隧道和桥梁对波罗的海的环境不得产生任何影响。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校核和验证。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。3DHIWater&Environment1.2练习实例的目的练习实例的目的在于为Øresund建立并校核MIKE21平面二维水流模型，生成令人满意的校核结果。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：\MIKEZero\Example\MIKE_21\FlowModel\HD\Sound.1.3水动力学计算设置步骤地形文件设置通过导入基于测量和数字化海图的图形数据来设置地形创建边界条件在边界设置水位边界条件设置风场条件水动力学模型的验证需要模拟区域内同步测量的水位和流速值。创建验证数据创建流速和方向的数据创建水位的数据4DHIWater&Environment2生成地形文件图2.1模拟区域5DHIWater&Environment根据海图我们可以在“BathymetryEditor”中确定模拟区域。图2.2定义模拟区域确定的WrokingArea在UTM－33，原点坐标为东290000米、北6120000米，Width为120000米,Height为120000米的正方形（见图2.2）。WrokingArea图如图2.4所示。用户还要从ASCII文件中导入数字化的海岸线数据（land.xyz）和水域数据（water.xyz），见图2.5，要注意转换地理坐标（WorkAreaBackgroundMangementImport），见图2.6。图2.3ASCII文件，描述特定地理位置的高（深）度（经度、纬度和深度）6DHIWater&Environment图2.4WrokingArea图2.5背景管理7DHIWater&Environment图2.6从ASCII文件导入数字化海岸线和水深数据图2.7导入了陆地和水深数据后的模拟地区下一步是定义Bathymetry（WorkAreaBathymetryNew）。8DHIWater&Environment图2.8地形管理定义地形如下：GridSpacing为900m原点坐标East337100m和North6122900m方向角(Orientation)327度网格大小x方向72个，y方向94个图2.9定义地形9DHIWater&Environment图2.10导入地形数据和定义地形的模拟地区（黑色长方形）现在模拟地区如图2.10所示，其中的图象文件实际上作为背景图（map.gif）显示。背景图可以用来人工绘制模拟区域或使用菜单条中的工具调整某些面积。从背景图中导入数据（点击“Importfrombackground”并拖住鼠标选择需要的点，选择的点会变色，最后再点击“Importfrombackground”重新选择点）。然后就可以把xyz数据内差为网格点了（WrokAreaBathymetryInterpolate）。保存地形设置文件，并在网格编辑器中打开生成的dfs2文件。10DHIWater&Environment图2.11网格编辑器中内差后的地形用户需要对模拟区域进行调整，使其只有两个边界，即北边界和南边界。通过在东边界的南部添加陆地、和添平地形图中的小湖泊使东边界闭合。而且，还要仔细检查地形图，避免在模拟地区边缘内有很深的水体。调整北部边界使其沿第93行从60到69是开边界，调整南部边界使其沿第0行从1到30是开边界。使用陆地值添平靠近边界的地区，如图2.11所示。用户可以借助绘图工具中网格绘图控制来绘制地形图。选择FileNewPlotComposer。从菜单中选择PlotInsertNewPlotObject。选择GridPlot。在“PlotArea”上右击鼠标，选择“Properties”和“Masterfiles”来确定目标文件。11DHIWater&Environment图2.12调整后的地形图12DHIWater&Environment3生成输入参数3.1创建水位边界条件模型的开边界附近有4个水位测站的测量水位数据。由于强烈的潮流作用和柯氏力的影响，在每个开边界的端点都需要水位数据。实例的目的是根据4个测站测量的数据内插值成两条边界上的水位边界条件。4个测站如表3.1所示。表3.1测量的水位数据位置测站数据文件东(m)北(m)WL1WL1.txt3859296243197WL2WL2.txt3389576220549WL3WL3.txt3483106225949WL4WL4.txt362880613771313DHIWater&Environment图3.1水位测站位置图（LH=灯塔）3.1.1把测量水位导入时间序列文件打开TimeSeri