1、 日程安排日程安排周一周一 早上早上 软件安装；软件安装；DHI 简介；简介；MIKE 11 总体介绍总体介绍; 理论背景理论背景 下午下午 模块结构；简单例子；模块结构；简单例子； MIKE 11 模拟文件模拟文件周二周二 上午上午 MIKE 11 河网文件河网文件 下午下午 MIKE 11 断面文件断面文件; MIKE 11 边界文件边界文件周三周三 上午上午 时间序列编辑器时间序列编辑器; HD 参数文件参数文件; MIKE VIEW 下午下午 NAM 模型模型周四周四 上午上午 SO 下午下午 AD 参数文件参数文件; WQ 参数文件参数文件周五周五 上午上午 WQ 参数文件；参数文件
2、；Ecolab 下午下午 练习；讨论练习；讨论 DHI 水与环境水与环境 Internet:http:/www.dhi.dkEmail:softwaredhi.dksosdhi.dk 离岸建筑物与管线离岸建筑物与管线 港口与海岸建筑物港口与海岸建筑物 近海水动力近海水动力 海洋学与海洋环境海洋学与海洋环境 海岸管理海岸管理 河流水动力与水工建筑物河流水动力与水工建筑物 水资源管理水资源管理 DHI 水与环境水与环境 环境影响评价环境影响评价 实验室服务实验室服务 化学物质和产品毒理化学物质和产品毒理 清洁生产清洁生产 大气与固废治理大气与固废治理 给排水给排水 机构能力建设与培训机构能力建设与
3、培训 DHI 水与环境水与环境 DHI 软件软件MIKE BASINMIKE SHEMIKE 11MIKE 3MIKE INFOMIKE NETMIKE SWMMMOUSELITPACKMIKE 21 MIKE 11 一维河渠模拟软件系统一维河渠模拟软件系统 模模 块块 结结 构构水 质泥 沙 输 运水 动 力降 雨 - 径 流对 流 扩 散MIKE 11 数 据 库 断 面、地 形 时 间 序 列 文 件 降雨降雨-径流径流 (NAM)降雨、蒸发降雨、蒸发模型模型参数参数径流组分径流组分地下水补充地下水补充MIKE 11 水 工 建 筑 物 堰 涵 洞 桥 梁 泵 水 闸 控 制 建 筑 物
4、 溃 坝 洪 水 预 报 GIS 界面 (ArcView)MIKE 11水动力模块水动力模块 水 位 流 量 淹 水 实 时 校 正 MIKE 11洪水预报模块洪水预报模块MIKE 11 对 流 输 运 扩 散 输 运 一 级 衰 减 率 粘性泥沙 单层/多层 T = Q CT = -DxCMIKE 11对流扩散模块对流扩散模块 BOD/DO 富营养化 重金属BODDONH3NO3浮游植物浮游动物叶绿素a氮磷溶解氧碳溶解性吸附悬浮颗粒孔隙水底泥水质模块水质模块MIKE 11 非粘性泥沙输运 Engelund-Hansen Ackers-White Engelund-Fredse van Rij
5、n Smart-Jaeggi 显式 河床演变 单一泥沙组分 级配泥沙SuspededLoadBedloadPassive泥沙输运模块泥沙输运模块MIKE 11 数据库数据库MIKE 11 地形数据: 河道断面 滩区地形 河道、滩区糙率 水工建筑物设计参数 时间序列数据: 边界条件 率定验证资料 其它（Q-h 边界条件）b (storage width)h (elevation)flood plainflood plainchannelTime Discharge m3/s 模块应用模块应用MIKE 11 水动力模拟 河口 河流 灌溉系统 溃坝 水工建筑物规划设计调度 洪水管理 洪水预报 对流扩
6、散模拟 盐水入侵 水温 污染物传输 水质模拟 溶氧平衡；氨氮；etc. 富营养化 重金属 湿地 泥沙输运模拟 粘性泥沙 非粘性泥沙 泥沙负荷 河床演变 MIKE 11 一维河渠模拟软件系统一维河渠模拟软件系统 任何有关非稳态流动的数学模拟程序都基于以下三个要素:反映有关物理定律的微分方程组对微分方程组进行线性化的有限差分格式求解线性方程组的算法数学方程数学方程 假定:不可压缩、均质流体基本是一维流态坡降小、纵向断面变化幅度小静水压力分布连续性方程 (质量守恒定律)动量方程 (牛顿第二定律)微分方程微分方程:St. Venant 方程方程 dxQat time tat time t+dth(t)
7、h(t+dt)QQxd xQxAt质量守恒质量守恒 xh(t)FPP+Pz(t)H动量通量 = 动量 * 流速压力= 静水压力 阻力 = 河床阻力重力= X 方向分量 动量守恒动量守恒 0)(22RACQgQxhAgxAQtQQxAt圣维南方程组微分方程组微分方程组 QtQAxgAhxg Q QCAR()220 运动波 扩散波 动力波方程近似方程近似 包括:1. 加速项2. 水压梯度项3. 河床摩阻项4. 重力项适合应用于:+ 流态变化剧烈+ 潮汐+ 快速回水效应+ 洪水演进动力波动力波 包括: 1. 水压梯度项2. 河床摩阻项3. 重力项适合应用于:+ 相对稳定的回水效应+ 缓慢演进的洪水波
8、- 不能不能用于潮汐计算扩散波扩散波 包括: 1. 河床摩阻项2. 重力项适合应用于:+ 陡坡河道- 不能不能用于回水计算- 不能不能用于潮汐计算运动波 水动力水动力 6 点 Abbott-Ionescu 有限差分格式 动力波/扩散波/运动波 支状/环状河网QQQhhhh求解格式求解格式 MIKE 11 一维河渠模拟软件系统一维河渠模拟软件系统 HD 模拟模拟MIKE 11模拟河道水位流量 水动力模拟 河口 河流 灌溉系统 溃坝 水工建筑物 洪水管理 洪水预报 模型数据要求模型数据要求方程组求解需要以下数据方程组求解需要以下数据 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
9、数据 水工建筑物设计参数及调度运行规则 HD 模型设置模型设置设置MIKE 11 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) MIKE 11数据编辑器数据编辑器 模模 拟拟 文文 件件 断断 面面 文文 件件 参参 数数 文文 件件 河河 网网 文文 件件 时时 间间 序序 列列 文文 件件 边边 界界 文文 件件 模拟文件编辑器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
10、件名 集成各编辑器文件信息 文件扩展名: *.sim11模型选择模型选择 (HD/AD/WQ)?非稳态非稳态/准稳态准稳态?哪些输入文件哪些输入文件?模拟时段及时间步长模拟时段及时间步长?初始条件初始条件? 练习练习使用模拟文件编辑器目标: 熟悉模拟文件编辑器结构，并用它运行 MIKE 11程序。练习内容:- 熟悉模拟文件编辑器结构，试着修改其中的各项设定。- 关闭模拟文件编辑器（不要保存），自己创建一个新的模拟文件，使之与刚才关闭的文件完全一致。- 运行所创建的文件 MIKE 11河网文件编辑器河网文件编辑器文件扩展名: *.nwk11 编辑有关描述河网的数据。 河网设定内容 : 数值化河网
11、 河段定义 水工建筑物- 堰- 涵洞- 泵- 控制水闸 - 溃坝 子流域划分 MIKE 11河网文件编辑器河网文件编辑器河段定义河段定义: Topo ID 河段名 上游端点里程 m 下游端点里程 m 河段类型 (常规或连接渠道) 上游与其它河段的连接 下游是否与其它河段的连接 最大 x MIKE 11河网文件编辑器河网文件编辑器河网设定0.00010.40015.00025.00015.0003.000River A0.000 - 10.400River C15.000 - 25.000River B3.000 - 15.000河名 上游端点 下游端点 上游连接 下游连接 River A 0.
12、000 10.400 - River C 15.000River B 3.000 15.000 - River C 15.000River C 15.000 25.000 River B 15.000 - MIKE 11河网文件编辑器河网文件编辑器河段计算网格点 里程 m : 20.000 28.000 32.000 40.000 根据断面数据库确定的计算水位点模型自动内插断面处的计算水位点计算流量点 最大 dx = 5.000 m 最大 dx = 3.000 m 最大 dx 8.000 m MIKE 11河网文件编辑器河网文件编辑器河段的纵向概化: 详详 细细 概概 化化 起起 码码 概概
13、化化 MIKE 11河网文件编辑器河网文件编辑器河网的横向概化: 详细概化详细概化起码概化起码概化 练习练习 目标: 熟悉河网编辑器的操作及编辑和显示功能。练习:- 改变里程值，观察MIKE 11如何自动重算各点里程。- 尝试加入一个涵洞。- 改变显示的颜色和符号。- 关闭河网编辑器（不要保存）。创建一个新的河网文件并输入背景图。 东江简化河网东江简化河网-1dongjiangzengjiangdongjiangupperhuangdongjiangnandongnanhoushuDongguanqianxidaohengzhongtangoudongnangutaiyangxi 东江简化河网
14、东江简化河网-2Dao2002012110NegativeDongguan2002024930NegativeDongjiang2002043611NegativeDongjiangnan200209950NegativeDongjiangupper2002053290NegativeDongnangu200207169NegativeDongnanhou2002018257NegativeHengartificial04830PositiveHuang198808245PositiveOu1988010400PositiveQianxi200203810PositiveTaiyangxi20
15、0204160PositiveShu200203017NegativeZengjiang1988033031PositiveZhongtang2002013843Negative 断面数据库断面数据库文件扩展名：文件扩展名： *.xns11断面通过以下三个要素与河段匹配断面通过以下三个要素与河段匹配: 河名河名; Topo ID 里程里程 每个断面包含以下信息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) MIKE 11断面文件编辑器断面文件编辑器文件扩展名: *.xns11编辑河道断面数据。内容包括: 原始数据- 断面测量资
16、料- 一组 (x,z) 数据 处理后数据- 每个断面的水力参数表， f(h)- 从原始数据自动计算，也可手工输入- 模拟过程中只用表格内数据 = 所有断面都必须有处理过数据 MIKE 11原始数据原始数据原始数据原始数据:河床高程x,z 坐标断面类型:敞口 / 封闭基准面:相对高程 水力半径公式:阻力或水力半径标记左右岸堤阻力调整系数:相对阻力.对河床糙率进行横向调整Flood Plain River channelM = 10 M = 30 Datum MIKE 11标记标记有效面积 MIKE 11处理后数据处理后数据处理后数据处理后数据包括: 各种可能水位下过水断面面积、水力半径、水面宽度
17、、流量模数 流域调蓄（可选） 阻力调整系数（垂向，可选） MIKE 11河床糙率河床糙率河床糙率: 公式: Manning-StricklerMm1/3 /s Manning 系数 ns/ m1/3 (= 1/M) Chezy 系数Cm1/2 /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) 练习练习使用断面文件编辑器目标: 熟悉断面文件编辑器的显示和编辑功能。练习:- 尝试修改、复制和插入新的断面- 从图像修改断面数据- 观察处理后数据表格 - 输出断面数据至一文本文件。关闭断面文件（不要保存），创建一个新
18、的断面文件，输入断面文本文件。 边界条件边界条件MIKE 11再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)QQQh or Q/h 上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。 MIKE 11边界文件编辑器边界文件编辑器文件扩展名: *.bnd11编辑边界条件:边界条件由以下要素定义: 河名 里程 边界类型 时间序列文件名 时间序列项QtttQWl MIKE 11时间序列编辑器时间序列编辑器文件扩展名: *.dfs0编辑时间序列数据:时间序列编辑器包括: 表
19、格视窗 图像视窗时间序列由以下要素定义: 名称、类型（水位、流量等）、单位 时间序列轴类型 (等时间间隔 / 不等时间间隔等) 开始时间、时间步长、步数 练习练习使用边界和时间序列编辑器练习:- 在图像窗口修改数据，注意在表格视窗内数据的变化。 -改变时间序列编辑器的显示属性。- 用工具栏中的“calculator”功能改变时间序列数据。- 在Excel和时间序列编辑器之间进行数据交换。 MIKE 11HD 参数文件编辑器参数文件编辑器文件扩展名: *.hd11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 引擎程序 的参数设定 MIKE 11HD 参数文件编辑器参数文件
20、编辑器全域和局部值:全域值局部值M = 30M = 30M = 25M = 200.0 5000 10000 15000 20000 Distance mMannings M MIKE 11数据编辑器数据编辑器 模拟文件编辑器模拟文件编辑器 断面文件编辑器断面文件编辑器 参数文件编辑器参数文件编辑器 河网文件编辑器河网文件编辑器 时间序列编辑器时间序列编辑器 边界文件编辑器边界文件编辑器 MIKE VIEWMIKE 11 计算结果用计算结果用 MIKE VIEW 提取和演示提取和演示打开结果文件打开结果文件选择装在选项选择装在选项 MIKE VIEW平面视窗平面视窗显示平面视窗显示结果文件中的
21、结果文件中的所有计算水位所有计算水位流量点流量点水位点蓝色水位点蓝色流量点红色流量点红色 MIKE 11 一维河渠模拟软件系统一维河渠模拟软件系统 水闸运行控制水闸运行控制MIKE 11越流闸 , 纵视图 :闸底高程闸门启闭范围闸门操作 水闸运行控制水闸运行控制MIKE 11越流闸 , 前视图 : 闸宽闸底高程 水闸运行控制水闸运行控制MIKE 11泻流闸 , 纵视图 :闸门启闭范围闸底高程闸门操作 水闸运行控制水闸运行控制MIKE 11泻流闸 , 前视图 : 闸宽闸底高程 MIKE 11 一维河渠模拟软件系统一维河渠模拟软件系统 AD 模拟模拟MIKE 11 对流扩散模拟 盐水入侵 水温变化
22、 污染物传输 一级衰减模拟河流中溶解或悬浮物质的一维输运。 MIKE 11AD 边界边界 开边界出流 开边界入流 - 浓度 - 传输 开边界出流 - 入流 封闭 022xC0 xCC = Cbound Q*C = Qbound * Cbound C= Cbound + (Cout-Cin)*e-tmix/kmix MIKE 11AD 边界边界混合系数, Kmix :CtDelay due to Kmix OutflowInflowRiverSeaCtSmall Kmix (instantanous mixing)Large Kmix OutflowInflowOutflowInflow 水质模
23、拟水质模拟 MIKE WQ 模块结构模块结构水水 动动 力力 模模 拟拟水水 质质 模模 拟拟对流扩散模拟对流扩散模拟 流量流量 降雨降雨 蒸发蒸发 水水 位位 流流 量量 风风 温温 度度 初初 始始 条条 件件 边边 界界 条条 件件 点点 源源 面面 源源 温温 度度 盐盐 度度生化反应系数生化反应系数BOD, 溶氧溶氧, 氨氮氨氮, 硝氮硝氮, 磷磷, 大肠杆菌大肠杆菌影影 响：响： MIKE WQ 水质过程水质过程 大气复氧有机物降解迅速耗氧迅速 & 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 状态变量状态变量1.水温2.溶氧3.氨氮4
24、.硝氮5.BOD_溶解性BOD_悬浮 BOD_底泥BOD6.溶解性 P7.颗粒状 P8.粪大肠杆菌9.总大肠杆菌 Oxygen processesExchange with atmosphereDecompositionNitrificationAlgae respirationAnimal respirationRespiration by bacteria and vegetationOxygenproductionAdvectionDispersionDispersionAdvectionSediment oxygen demandin bottom layerExchange with
25、deeper layers 溶氧昼夜变化溶氧昼夜变化 呼吸呼吸 耗氧耗氧P(t) 产氧产氧P00aTKl: 00 12 2421Tt4a 0,4aTt4a,Tta2cosPTtP0mg O2m-2d-1 有机物有机物 (BOD) 生物需氧量生物需氧量 (BOD)02468Dayoxygen mg/lC-startC-endBOD5CkdtdC 水质过程水质过程 氮氮OrganicmatterNO3-NH4+/NH3氨化氨化硝化硝化反硝化反硝化大气沉降大气沉降污染源污染源(BOD, 氮氮)沉积沉积再悬浮再悬浮藻类藻类植物植物植物植物/藻类吸收藻类吸收 矿化矿化水质过程水质过程 磷磷颗粒颗粒 P污
26、污 染染 源源(BOD, PO4, 颗粒颗粒 P)沉降沉降PO4藻类藻类植物植物藻类藻类/植物吸收植物吸收BOD再悬浮再悬浮底 泥沉降沉降再悬浮再悬浮 各级水质模型中状态变量各级水质模型中状态变量State variableModel level123456TemperatureXXXXXXOxygenXXXXXXAmmoniaXXXNitrateXXBODXXXXBOD, dissolvedXXBOD, suspendedXXBOD, at bedXXP, dissolvedXXXXXXP, particulateXXXXXXFaecal ColiformXXXXXXTotal ColiformXXXXXX 练习练习 MIKE 11 应用应用
