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南京环科所 2010 年 5 月 8 日,MIKE 11 介绍,,,Water Quality,,Sediment Transport,,Hydrodynamic,,Rainfall-Runoff,,,,,,,Advection-Dispersion,,Flood Forecasting,,,MIKE 11 GIS,降雨径流模型（RR）,NAM UHM SCS SMAP Urban FEH DRiFT,MIKE 11 RR中包含了众多的水文模拟方法,NAM,MIKE 11 - 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,MIKE 11 - NAM,,,,,,,,支流入流,旁侧入流,,,Mike 11 河网,半分布式流域模型,,,,,,,,支流入流,旁侧入流,,,MIKE 11 河网,MIKE 11 - NAM,模型结构,MIKE 11 - NAM,,,,,,,,,SOIL MOISTURE PROFILE,,,Depth,,,,,,,,,,L,Lmax,GWL,,,Sy,,,,,,GWL,,,,,,,GROUNDWATER STORAGE,,,,,,Root Zone,,,GWPump,BF BaseFlow,,,GWLBFo,,CKBF,,LOWER ZONE STORAGE,,,,,,Lmax,L,,,,,,,,,BFu,DL,,,,CAFlux,SURFACE STORAGE,,,,U,,,Umax,,,,,,,,,,OF IF,,,,G,RAIN,SNOW,SNOW STORAGE,,,,,,,P,,Ps,,,,QIF InterFlow,,,Pn,,,CK1 CK2,,QOF Overland Flow,,Ep,Ea,,Owp Ofc Osat,,,,,,,,,,,积雪储水层,可选项: 如果加入融雪，则需要温度数据,,,,,,,,降雪,,Ps,Ps = 0 , Temp T0,Ps = f (Qmelt) , Temp T0,积雪储水层,地表储水层,,,,,Csnow : 融雪系数，mm/c/day,MIKE 11 - NAM,融雪量Qmelt ＝,融雪径流PS＝,Ssnow : 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,,,,U,,,Umax,,,,,,,OF IF,,,,降雨,P,,,QIF InterFlow,,,Pn,,,CK1 CK2,,QOF Overland Flow,,Ep,,,,Infiltration,,MIKE 11 - NAM,坡面流,,地表储水层,MIKE 11 - NAM,地表储水层,,,地表储水层,,,,U,,,Umax,,,,,,,OF IF,,,,降雨,P,,,QIF InterFlow,,,Pn,,,CK1 CK2,,QOF Overland Flow,,Ep,,,,Infiltration,,MIKE 11 - NAM,壤中流,QIF,,根区储水层,MIKE 11 - NAM,含水率变化,,地下水储水层,,,,,,,GWL,,,,,,,地下水储水层,,,,GWPump,BF BaseFlow,,,GWLBFo,,CKBF,,,,BFu,,CAFlux,,,,G,,,,MIKE 11 - NAM,地下水补充,基流,,,MIKE 11 - NAM,散蒸发计算,,,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,MIKE 11 - NAM,模型率定,MIKE 11 - NAM,MIKE 11 HD,,MIKE 11 - HD,MIKE 11 HD功能,,MIKE 11 - 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,,MIKE 11 - HD,圣维南方程 6点 Abbott-Ionescu 格式,,树支状/环状河网 交错网格布置,计算网格点,,MIKE 11 - HD,6点 Abbott格式的计算网格点布置方式,,,,,,,,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 根据max Δx自动插入的计算水位点 计算流量点,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,max Δx = 5,000 m,max Δx = 3,000 m,max Δx 8,000 m,计算网格点,MIKE 11 - HD,6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,MIKE 11 - HD,对MIKE 11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,,MIKE 11 - HD,,,,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,Garbage in ＝ Garbage out,MIKE 11 - HD,方程组求解需要以下数据,文件设置,,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 - HD,模型结构,,,,,MIKE 11 - HD,河网文件编辑器,河道定义: Topo ID 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 x,MIKE 11 - 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 Topo ID 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 - HD,标记,,,有效面积,MIKE 11 - HD,河床糙率,河床糙率: 公式: Manning-Strickler M [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),MIKE 11 - HD,时间序列文件编辑器,MIKE 11 - 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),,,,,,,,Q,Q,Q,h or Q/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MIKE 11 - 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,MIKE 11 - HD,HD 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 = 30,,M = 30 M = 25 M = 20,,,,,,,0.0 5000 10000 15000 20000 距离 [m],,,,曼宁系数,,,,,,,MIKE 11 - 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?,MIKE 11 - HD,NAM与HD的耦合,MIKE 11 - HD,,,MIKE VIEW,MIKE VIEW,,MIKE 11 水工建筑物,堰 涵洞 桥梁 泵 Regulating 用户定义 表格,MIKE 11 – HD,桥梁处理,,MIKE 11 – HD,MIKE 11 SO,MIKE 11 – SO,定义,Underflow 泄洪闸（纵视图）:,闸门启闭范围,闸底高程 (Sill level),闸门操作,MIKE 11 - SO,闸门高程 (Gate level),,,定义,Undeflow 泄洪闸（前视图）:,闸宽,闸底高程（Sill level）,MIKE 11 – SO,闸门高程 (Gate level),,,定义,Overflow 越流闸（纵视图）:,闸门启闭范围,闸门操作,MIKE 11 - SO,,,闸底高程（Sill level）,,闸门高程 (Gate level),,定义,Overflow 越流闸（前视图）:,闸宽,MIKE 11 - SO,,,闸底高程（Sill level）,,闸门高程 (Gate level),,可控建筑物设置,MIKE 11 - SO,水工建筑物设计参数；,If (条件1) then (调度目标1) else if (条件2) then (调度目标2) else if (条件3) then (调度目标3) . . else (最后一个调度目标) end if,调度控制方式。

调度目标及其优先度；,判断条件: 是否需要执行此调度目标? 控制条件: 建筑物调度时的参照依据 调度方式: 根据控制条件进行调度操作,控制方式,MIKE 11 – 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,MIKE 11 - AD,一维对流扩散模型,,,MIKE 11 - AD,,AD 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,,C = Cbound Q*C = Qbound * Cbound,C = Cin + (Cout-Cin)*e-tmix/kmix,MIKE 11 - AD,,,AD 边界,混合系数, Kmix :,,,C,t,,,,Delay due to Kmix,,,Outflow,Inflow,,,,,,,,,,,,,,,,River,Sea,,,C,t,,,,,,,,,,,Small Kmix (instantanous mixing) Large Kmix,,Outflow,Inflow,Outflow,Inflow,,,,,,MIKE 11 - AD,ECOLab - 数值生态模拟实验室,ECOLab,什么是ECO Lab?,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。