MIKE11培训教学教育资料.doc

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1、1MIKE 11 HD、SO、AD、Ecolab 完全实例教程完全实例教程通过建立东江水动力、水质模型，熟悉通过建立东江水动力、水质模型，熟悉 MIKEMIKE 1111 基本功能和应用技巧。练习中将要建立的基本功能和应用技巧。练习中将要建立的模型为模型为 DHIDHI 咨询项目实例（世咨询项目实例（世界界银银行行贷款项目），练习所使用的数据完全为该项目真实数贷款项目），练习所使用的数据完全为该项目真实数据。据。让我们从最原始数据开始！让我们从最原始数据开始！1 MIKE 11 HD MIKE 11 水动力模型水动力模型MIKE 11 HD 建模需要以下各类数据或信息建模需要以下各类数据或信息

2、 流域描述 河网形状，可以是 GIS 数值地图或流域纸图； 最好能包含水工建筑物和水文测站的位置河道和滩区地形 河床断面，间距视研究目标有所不同，但原则上应能反映沿程断面的变化 滩区地形资料（有时有滩区的水位蓄水量关系曲线也行），如果要模拟滩区行洪的话模型边界处水文测量数据 边界最好设在有实测水文测量数据处，如果实在不可能那么就不得不必须估算边界条件了！用水文测量数据进行率定验证用水文测量数据率定验证的数据越多，模型就越可靠，但工作量也会越大。水工建筑物设计参数及调度运行规则 所有水工建筑物都有其调度运行规则，问题是 1) 能否收集到有关资料？2) 实际是否按照此规则运行了？建筑物处的实测水位

3、或流量资料可以反映实际运行情况。MIKE 11 将上述信息分别存放在以下文件内将上述信息分别存放在以下文件内:河网文件(.nwk11)断面数据(.xns11)边界条件 (.bnd11)2 模型参数文件(.hd11) (时间序列文件)(.dfs0) 下面开始逐个建立这些文件。1.1 河网文件河网文件河网文件或许是 MIKE 11 所有文件中最复杂、又是最重要的一个文件了。收集到的原始数据为 ArcView 河网文件（river.shp）：包含了河道位置、河道长度等信息。建立河网文件步骤：第一步：从 ArcView 河网文件提取河网背景图用 ArcView 打开 river.shp 文件 缩放图形

4、区域至完整包含所有将要模拟的河道 记下此区域左下角和右上角的 UTM 坐标，比如分别为(38448327.54，2517015.05)和(38545141.72，2590115.16) 输出为 bmp 格式图（File Export.）注：如果是纸图，同样可以将其扫描后生成 bmp 文件。用尺在地图上丈量左下角和右上角的坐标，可以设左下角坐标为（0，0）。如果模拟范围不是很大（比如整个长江流域），那么这种对地图的平面假设所产生的误差可以忽略不计。生成的 bmp 图应大致同如下图 1：3图1第二步：确定所要模拟的各河段名及长度一般水利部门有河段长度信息，从数值地图、AutoCAD 图、甚至纸质地

5、图上也能量出各河段长度。东江模型各河段名、位置及长度见图 2 和表 14表1河名河名长度，米长度，米河名河名长度，米长度，米Beihai12468Ma3747Chifen9225Ou10400Dafen2650Qiandong2640Dao12110Qianxi3810Dongguan24930She6745Dongjiang43611Shizijiao10325Dongjiangnan9950Shu3017Dongjiangupper53290Taiyangdong3115Dongnangu7169Taiyangxi4160Dongnanhou18257Wu2926Dongnanhou112

6、96Xiancunchong6036Gu915Xibian3290Heng4830Zengjiang33031Henghai2550Zhongtang13843Hongguo18074Zhongtang1824Huang82455ZengjiangDongjiangDongjiang upperDongjiangnanDongnanguHuangSheDongnanhouShizijiaoXiancunchong MaGuHengHongguoOuDaoXibianQianxiQiandongTaiyangxiTaiyangdongDongguanShuWuDongnanhou1Hongguo

7、ChifenBeihaiDafenZhongtang1HuangHengh ai图图 2 2Zhongtang17图图 29第三步：建立东江模型的河网文件1) 引入河网背景图打开 MIKE ZERO ，File New MIKE 11 River Network（见图 3） OK，弹出一个新窗口（图 4 ） 输入河网模型区域的范围（左下角和右上角坐标） 输入刚才记下的背景图左下角和右上角坐标(38448327.54，2517015.05)和(38545141.72，2590115.16) OK, 出现河网文件视图（模拟区域暂时空白） 河网文件菜单 Layers Add/Remove. 点击添加

8、项目键 点击浏览按钮, 引入刚才生成的 bmp 背景图 回到河网文件视图，Layers Properties. 将图像坐标 Image Coordinates 修改为正确值(38448327.54，2517015.05)和(38545141.72，2590115.16)。至此背景图引入工作完成，河网视图应与图 5 大致相同。10图3图411图52) 输入各河段信息使用河网文件编辑器内的工具条定义各河段12例如：要在背景图上绘制各河段时按，在河段的起始点开始鼠标左击背景图上相应位置，在河段结束点鼠标左键双击，完成该河段的绘制。可以放大背景图以准确绘制河段走向。准确的河段走向有助于确定各河段连接关

9、系、确定该河段上水工建筑物或水文测站的里程，所以是很重要的工作。请参见“帮助”或按 F1 查看其它工具按钮的功能。以下是定义河段信息的步骤。注意：MIKE 11 目前暂时还不能使用恢复键不能使用恢复键，所以在操作过程中请随时保存，一旦操作失误，您只能删除重做或不保存退出，重新进入河网文件编辑器！a） 在背景图上绘制某条河段b） 打开河网文件编辑器的表格视窗（View Tabular View.）c） 在左侧列表区展开 Network，选 Branch。在右侧的河段信息内容中可以发现刚才所绘制河段的信息，MIKE 11 已自动为该河段命名，并确定了其长度。将该河段名改为实际名称。注意避免避免使用

10、中文河段名称中文河段名称！河段长度一般不会与实际长度一致，将在以下 d) 步骤中修改。d） 在左侧列表区选 Points。在右侧的河段点信息内容中可以发现刚才在绘制河段过程中每次点击点的坐标位置（MIKE 11 已自动测出！），您会发现河段名已经是实际名称。注意：这些点并不是模型的计算点，与计算没有任何关系！里程类型 Chainage Tpye 列上，我们将该河段的起始点从 System Defined 改为 User Defined，将接下来一列里相应行的里程数Chainage 改为 0（程序缺省值为 0）；将该河段的结束点从 System Defined 改为 User Defined，将

11、接下来一列里相应行的里程数 Chainage 改为实际的河段长度。这样我们已经将程序测出的河段长度改成了实际长度。注意：任何河段的起始里程可以是任何数值，正、零或负数，整数或小数。选值的原则是与当地水利部门采用的桩号值一致，这样将来若要与他们讨论问题时会比较方便，否则就取 0。必须要满足的是：河段长度河段长度 结束点里程数结束点里程数 起始点起始点里里历历程数程数e） 重复以上步骤 a) 至 d)，完成所有河段信息的输入。f） 在河网文件编辑器的图像视窗内用工具按钮连接各河段。注意：有多条河段相连时必须所有河段同时连向某条河段。但连接方向（谁连向谁）对计算结果没有任何影响。g） 在河网文件编辑

12、器的表格视窗内 NetworkBranch，在右侧的河段信息总览表第二列是地形标识 TopoID 信息。这是河网文件编辑器将来从断面文件编辑器内读取与该河段相对应的断面数据信息、参与模型计算的唯一信息通讯通道，一定要与断面文件编辑器内相应的 TopoID 一致。13TopoID 可以是数值，也可以是文字符，一般用断面测量年份，如Topo2002，这样便于提醒自己目前模型采用的断面数据来自哪年实测数据，或用 Artifical，表明该断面数据并不是真实数据。参见有关断面文件编辑器内容。h） 在河网文件编辑器的图像视窗内 SettingsNetwork.或 Font.你可以对图像的外观做随意修改，

13、选择自己想显示的信息。至此河网基本信息输入完毕。练习：以东江模型的河网为例，熟悉河网编辑器的操作及编辑和显示功能。- 改变里程值，观察 MIKE 11 如何自动重算各点里程。- 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。完成的东江模型河网应与图 6 基本一致，图61.2 断面文件编辑器断面文件编辑器收集到的原始数据为文本格式的所有河道各断面 x, z 数据，断面的位置为AutoCAD 文件。为节省时间，已转换成符合 MIKE 11 输入要求格式的文本 文件。所要求的格式见本文件附录一 MIKE 11 断面输入格式说明，用14FORTRAN、BASI

14、C、EXCEL VBA 等自编小程序，很容易将原始数据格式转换成符合 MIKE 11 输入要求格式的文本 文件。开始以下步骤时假定已有转换好的文本文件东江模型断面.txt。第一步：打开断面文件编辑器MIKE 11 New Cross Sections （见图 7）15图7第二步：在断面文件编辑器中引入断面数据File Import Import Raw Data 点击 OK，回到组分 Component 菜单。 按 TAB 键，再添加一行，添加氯离子浓度模拟，单位选 mg/l，如图 18。图18第二步：定义扩散系数扩散系数是率定参数，根据经验确定，模型的扩散系数值 D 通过以下公式计算：V 是

15、流速，来自 HD 计算结果；a 和 b 是系数，分别在扩散系数界面的第一行和第二行输入；第三行和第四行是最小和最大扩散系数值，如果根据上面公式计算出来的值超出此范围，则取最大或最小值。对于东江模型，我们暂时设D10m2/s。相应地，我们可以将第一至第四行分别设为 0，0，10，10。第三步：定义初始条件1) 如果只用 AD 模块而不用 EcoLab在初始条件界面 Init. Cond.中输入各组分的初始浓度值，组分名从下拉菜单内选择，“Global”前打勾表明该初始条件是全域值；不打勾表明是局部值，应在后面的列内输入河段名和里程数。baVD 362）如果以 AD 模块为基础应用 EcoLab不

16、必输入，在 EcoLab 内定义。第四步：定义衰减系数1) 如果只用 AD 模块而不用 EcoLab对非保守物质组分定义合适的衰减系数，注意其单位是/小时（通常用/天）2) 如果以 AD 模块为基础应用 EcoLab无论是保守物质和非保守物质都不要定义衰减系数。简单地可以理解为：EcoLab 本身就是在模拟衰减系数。因此如果在 AD 中同时设定衰减系数的话，模型计算过程中相关的物质就会得到两次衰减的机会，而这不是我们模型设定时的初衷。5.2 AD 边界条件边界条件我们已经建立了 HD 边界文件，现在在此基础上添加水质边界条件。收集到的原始边界水质数据保存在水质边界.xls 文件中。由于缺乏实测

17、数据，边界浓度均为恒定值。氯离子浓度值保存在氯度.dfs0 中，是小时实测值。工厂排放口浓度保存在 dongjiangUpper.dfs0 文件中。打开东江边界文件。选择上部区域的各边界信息定义，以 DongjiangUpper 的上游边界博罗为例： 在中间区域的 Include AD Boundaries 前打勾。 鼠标点击下方新出现区域，如图 19 所示。按 TAB 键添加行，行数组分数37图19 记住各组分编号代表哪种污染物（如果忘了，打开 AD 参数文件查询），输入相应的浓度值。除了氯离子浓度，其它都是恒定值。两个内部边界条件的 AD 边界设定方法如下。注意：对于外部边界条件必须给出所

18、有的模拟组分浓度；而对于内部边界条件则不一定，要看实际水流中是否存在该污染物质。 东深取水口是出流，模型根据附近计算浓度确定出流浓度，所以不必设定浓度。 工厂的排污口浓度边界设置方法同上述外部边界条件设置一样，保存在dongjiangUpper.dfs0 文件中，其实是恒定值。所以可以按 TS File 设定，也可按Constant 设定。5.3 运行运行 MIKE 11 AD 模型模型完成 AD 设置后，可以运行 MIKE 11 AD 模块了。在模拟文件中，进入模型 Models 界面，在 Advention-Dispersion 前面打勾；进入输入 Input 界面，引入刚生成的 AD 参

19、数文件；进入模拟 Simulation 界面，定义 AD 模拟的初始条件选择（与 HD 类似）；进入结果 Results 界面，定义 AD结果输出文件名及保存频率。进入 Start 界面，开始计算！可以用 MIKE View 查看 AD 模块计算结果。6 EcoLab 生态模型生态模型38EcoLab 是 DHI 在传统的水质模型概念发展起来的全新的水质和生态模拟工具。EcoLab 软件开发的理念和方法非常先进，就是用户不仅仅可以修改模型参数，更重要的是可以修改模型核心程序、甚至编写新程序，然后 EcoLab 将其与MIKE 11 的 HD、AD 集成计算。所以说 EcoLab 是真正意义上的

20、水质研究工具：您编程序，EcoLab 帮您算！MIKE View 帮您演示计算结果！DHI 已经将大部分传统的水质模块转换成 EcoLab 通用模板，供用户调用或修改使用。东江模型曾应用了 DHI 的第四级水质计算模块（WQlevel4）模拟东江流域水质，现在我们将用相应的 EcoLab 模板来计算。先修改 EcoLab 模板，然后建立EcoLab 参数文件 .ecolab11。MIKE 11 New MIKE 11 MIKE 11 EcoLab，如图 20 OK，打开EcoLab 参数文件编辑器。图20第一步：修改 EcoLab 模板因为没有完全合适的 EcoLab 模板，所以必须先找到一个

21、合适的模板，对之进行修改以满足东江模型的需要。在通用模板中有 WQlevel4.ecolab 模板，该模板能模拟东江模型中除了氯度外的所有其它水质组分，所以我们要做的修改非常简单，就是在程序中增加氯度的计算。1) MIKE 11 Open. 选 Ecolab Files (*.ecolab) 在 MIKE 11 安装目录内找到此模板39（如 C:Program FilesDHIMIKEZeroTemplatesWQlevel4.ecolab），如图 21 所示 Open，。图212) 在 WQlevel4.ecolab 主界面展开 State_Variables, 鼠标右击，在弹出菜单中选择C

22、reate state variable。3) 在 Variable Name 栏输入 chl; 在 Description 栏输入 chloride；确认 Scope 为WC（表示此污染物存在于水体中）；Transport 为 Advection_Dispersion; Eum Type 选择 concentration_3; Default value 填 0；Min value 填 0；Max value 填100004) 在 Expression 区域输入 -decaychl 按 update; 出现提示框后按 Yes；现在应出现图 2240图225)展开 PROCESSES; 点击新

23、增加的 decaychl-no description；在 Expression 区域输入kdchl*chl按 Update; 出现提示框后选 constants, 按 Yes；现在应出现图 23图236) 展开 CONSTANTS; 点击新增加的 kdchl-no description; Description 填 Decay of Chloride; Spatial Var.选 Horizontal; Eum Type 选 1st order rate WQ model; 按Update7) 保存文件，用其它文件名保存，如 WQlevel4chl.ecolab, 退出。41第二步：生成

24、MIKE 11 EcoLab 参数文件1) MIKE 11 New MIKE 11 MIKE 11 EcoLab; 2) 在 Model definition 界面的 Model selection 选择 From File.;3) 按引入刚生成的 WQlevel4chl.ecolab；在弹出的提示框中选 Yes;4) 在 State variables 界面内输入各组分的初始浓度值；5) 在 Constants 界面内输入各模型参数值，注意氯离子是保守物质，衰减系数为0。保存文件，完成 EcoLab 参数文件设置。第三步：运行程序在模拟文件中，进入模型 Models 界面，在 ECOLab 前面打勾；进入输入 Input界面，引入刚生成的 EcoLab 参数文件；进入 Start 界面，开始计算！以上只是一个简单的例子，但是通过它可以初步理解 EcoLab 的强大功能。5.2 AD 边界条件426 EcoLab 生态模型43