MIKE 21 HD FM水动力模型逐步练习实例
MIKE 21 HD FM水动力模型逐步培训教程
目录
1概述 (1)
1.1工程背景 (1)
1.2练习实例的目的 (1)
2创建计算网格 (2)
2.1创建网格前需要注意的问题 (2)
2.2创建?RESUND的计算网格 (3)
2.2.1由原始的xyz数据生成mdf文件 (4)
2.2.2三角边界的调整 (7)
2.2.3模拟区域的三角划分 (8)
3创建MIKE 21 FM水动力模型的输入条件 (13)
3.1生成水位边界条件 (13)
3.1.1把测量水位导入时间序列文件 (14)
3.1.2创建边界条件 (19)
3.2初始条件 (22)
3.3风力作用 (22)
4MIKE 21 FM模型搭建 (23)
4.1FM模型 (23)
4.2模型率定 (37)
4.2.1实测水位 (37)
4.2.2实测流速 (38)
4.2.3模拟与实测结果比较 (39)
1 概述
本实例是连接丹麦和瑞典的跨海(?resund)工程。
图 1.1 Sound (?resund), 丹麦
1.1 工程背景
1994年，哥本哈根和马尔默(Malm?)开始了连接丹麦和瑞典隧道和桥梁的改造项目。该项目执行了严格的环境要求，即隧道和桥梁项目对波罗的海的环境不产生任何影响。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?resund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，?resund的情况需要一个三维模型。所以，利用DHI的三维模型，MIKE 3对?resund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?resund 较远海域的900米，垂直方向网格尺寸是1米。随后，MIKE 3模型会根据现场测量数据阶段进行率定和验证。
根据监测程序得到的数据，初步选择足以反映?resund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。
1.2 练习实例的目的
练习实例的目的在于通过使用MIKE 21的Flexible Mesh模块为?resund建立水流模型和MIKE 3的水流模型，生成令人满意的率定结果。
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MIKE 21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：
C:\Program files\DHI\2011\MIKEZero\Examples\MIKE_21\FlowModel_FM\HD
\Oresund
C:\Program files\DHI\2011\MIKEZero\Examples\MIKE_3\FlowModel_FM\HD
\Oresund
如果用户对导入MIKE Zero格式数据的过程已经熟悉，则不用再自行生成所有的输入文件。在模型中确定了运行模型需要的所有输入条件后，用户就可以开始模拟。
2 创建计算网格
创建计算网格需要对数据进行大量的修改，在此，只对主要方法进行解释。
网格文件中包含不同地理位置的水深和下列信息：
?计算网格
?水深
?边界资料
在建模过程中，网格文件的生成至关重要。
请在下列目录中参见网格生成器的用户手册：
C:\Program Files\DHI\2011\MIKEZero\Manuals\MIKE_ZERO\MzGeneric.pdf
2.1 创建网格前需要注意的问题
地形和网格文件应该：
1)描述模拟区域内的水深
2)使模拟结果达到理想的精度
3)达到用户能够接受的模拟用时
为了达到上述目的，用户需要注意的网格是：
1)没有过小角度的三角形（完美的的网格是等边三角形）
2)带有平滑的边界
3)分辨率更高的嵌套部分
4)来自于xyz数据的网格
较大的角度和较高的分辨率需要较长的计算时间，所以模型的使用者必须在计算时间和网格分辨率之间保持一个平衡。
网格的分辨率、水深、和时间步长决定了模型设置中的克朗值。最大克朗值应该小于0.5，所以，模拟用时不仅和三角网格相关，还由网格的节点数量和克朗值决定。因此，在深水区网格较细的地方所需要的计算时间就比浅水区较细的网格要长些。
2.2 创建?resund的计算网格
实例中的模拟区域的海图如图2.1所示，它覆盖了丹麦和瑞典的海峡。根据海图可以得到水深和海岸线的xyz数据。在本实例中，海岸线和水深的xyz数据已经创建好了，见图2.14。
图2.1 模拟区域：?resund, 丹麦和瑞典海峡
2.2.1 由原始的xyz数据生成mdf文件
网格文件包括水深资料，网格是通过MIKE Zero的网格创建器建立。首先，打开“Mesh Generator”(New Mesh Generator)，见图2.2。
打开“Mesh Generator”，用户需要确定模拟地区的投影方式为UTM，并定义UTM 区为33，如图2.3所示。
图 2.2 MIKE Zero中的“Mesh Generator”
图 2.3 定义模拟区域的投影方式
定义好的模拟区域如图2.4所示。
图 2.4 添加xyz数据以前在“Mesh Generator”定义的模拟区域
从ACSII文件中导入海岸线的数据(Import→Boundary data →Open XYZ file: land.xyz)，见图2.5。
图 2.5 导入海岸线数据
请注意需要转换地理坐标：在导入了海岸线数据后请选择“Longitude/Latitude”，见图2.6。
图 2.6 导入海岸线数据
生成的模拟地区包括导入的海岸线数据被称为“Mesh Definition File”(mdf-file)，如图2.7。
图 2.7 导入海岸线xyz数据后在Mesh Generator中的mdf文件
下一步是把模拟区域的原始数据变为可以划分三角网格的数据。
2.2.2 三角边界的调整
边界调整的目的是使模拟地区的边界能够被划分为三角网格，包括水边界（绿色弧形）。
从删除不需要包含于模拟区域的海岸线的交汇点和节点（红色和兰色点）开始进行调整，这还包括陆地上的节点，如图2.7所示。
通过在“丹麦”节点和“瑞典”节点之间添加弧形来定义北部和南部的边界。边界应当定义在测量的边界位置附近，如表2.1。
选择北部边界并选择“properties”，把北部的圆弧属性设置为“2”，南部边界的圆弧属性设为“3”，见图2.8和图2.9。这些属性用来区分网格中的不同边界类型：北部边界（2）和南部边界（3）。陆地/水面边界（1）由网格创建器自动生成。
表2.1 测量的水位数据
图2.8 编辑属性（右击鼠标）选择北部边界的圆弧（紫色）
图2.9 编辑北部边界圆弧的属性
现在用户能够看到一个可以划分三角网格的闭合区域，但首先需要对所有的海岸线进行核对和修正。模拟区域的三角网格划分从边界多边形开始，所以，网格三角划分过程中产生的元素数量和海岸线的交汇点和节点数量密切相关。用户可以使用相应的工具把各交汇点重新分布到圆弧上，使海岸线更为平滑均匀。在特别关心的地区，用户还可以把交点沿陆地边界重新分布，并使其相互保持较小的间距。用户需要注意，如果内陆港口和内陆湖对模拟地区影响不大，则不需要在模拟地形中予以考虑。
编辑完所有的海岸线后，用户可以得到和下图 2.10所示相似的地形图，名为oresund.mdf。用户可以在随后的工作中使用此文件。
2.2.3 模拟区域的三角划分
下一步就是真正进行模拟面积的三角划分。首先，选择不适合进行三角划分的多边形（绿色）的闭合地区（如岛屿）。
图2.10 Mesh Generator 中的mdf文件，
边界xyz数据经过调整以形成能够进行三角划分的闭合面积
为了进行最初的三角划分(Mesh→Triangulate→Generate)，用户需要进行相应的设置，如图2.11 (Mesh→ Triangulate→Options)。在本实例中，特别需要关注的地区的网格分辨率较高。用户也可以根据需要把某些地区的网格变细，具体做法是在需要加密的网格上添加多边形并设置多边形的属性（在多边形中添加绿色标识并右击鼠标定义属性）。
图2.11 三角划分的选项
三角划分完成后，用户可以通过工具使网格平滑(Mesh→Smooth Mesh)。在这个例子中，网格被平滑了100次，如图2.12所示。
图2.12 三角划分和网格平滑100次后的网格。三角划分选项允许的最大面积是1500000 m2，最小的角度是30度，最多的节点是6000个。加密地区的选项在加密地区的多边形选择。
随后，用户需要把xyz文件中的水深数据(water.xyz)内差到网格中(Mesh→Interpolate)，见图2.13。注意在MIKE 21 FM和MIKE 3 FM中的水深不同，因为它们的测量年份不同，地形也有了变化。MIKE 21的mdf文件是1993年的数据，如图2.15。
图2.13 内差水深需要选择xyz的数据文件。定义投影方式为地理坐标1993 water.xyz （MIKE 21 Flow Model FM 例子）和UTM 33 1997 water.xyz（MIKE 3 Flow Model FM 例子)
图2.14 ASCII文件，定义了地理位置（经度、纬度和深度），请注意如果使用了MIKE C-MAP，用户则不能以文本方式浏览数据，因为数据已经加密。
图2.15 在内差水深后的Mesh Generator中的网格
现在用户可以把编辑好的网格数据导入到MIKE 21/3 FM的水流模型中(Mesh Export Mesh)。保存文件为oresund.mesh。
用户可以在Data Viewer（图2.16）或MIKE Animator （图2.17）中浏览或编辑网格文件。
图2.16 Data Viewer中的网格文件
图2.17 MIKE Animator 中的?resund网格
3 创建MIKE 21 FM水动力模型的输入条件
在设置MIKE 21 FM水流模型前，必须根据测量数据创建输入数据，1993年测量的数据是：
1)边界上的水位
2)丹麦哥本哈根Kastrup机场的风数据
通过使用MIKE Zero中各种工具来准备输入数据，相应的用户手册在下列安装目录中可以找到：
C:\Program Files\DHI\2011\MIKEZero\Manuals\MIKE_ZERO\MzGeneric.pdf
3.1 生成水位边界条件
在模型的边界附近有四个测站有测量的水位记录，见3.1。
?resund模型是水位边界，测量的水位数据表明沿着边界的水位变化比较显著，所以水位边界应该定义为线边界（dfs1类型的数据文件），是两个边界点数据的内差。
随后，两条线边界（dfs1类型的数据文件）的水位数据来自于两条边界上的四个测站的测量数据。四个测站的位置如表2.1所示。
Viken
Hornb?k
Skanor
R?dvig
图3.1 开边界上的水位测站位置：Hornb?k，Viken，Skan?r和R?dvig
3.1.1 把测量水位导入时间序列文件
图3.2 MIKE Zero中的时间序列编辑器
打开MIKE Zero中的“Time Series Editor”(File→New→Time Series)见图3.2。选择“ASCII格式”，打开文本文件waterlevel_hornbaek.txt。选择“Equidistant Calendar Axis”（等距离日历轴）并确认，然后右击鼠标并选择“properties”，把类型改变为“Water Level”，保存数据为waterlevel_hornbaek.dfs0。对其他三个测站重复上述步骤。
注意在MIKE 21/3 FM水流模型的现有版本中，必须是等时间步长，这就意味着原始数据如有缺失，必须在导入之前通过内差等方式补充。
图3.3 测站Hornb?k 的实测水位，ASCII文件
图3.4 时间序列编辑器的导入界面
图 3.5 时间序列属性
图3.6 由测站1 Hornb?k导入到时间序列中的水位数据
如果要把水位数据绘成时间序列图，打开MIKE Zero中的“Plot Composer”，见图3.7。选择“plot” “insert a new plot object”并选择“Time Series Plot”，见图3.8。
图3.7 MIKE Zero中打开Plot Composer
右击绘图区域并选择“properties”，点击添加时间序列文件到“Plot Composer”，
见图3.10。用户可以在同一个绘图中添加多个时间序列图，在属性对话框中还能对图形进行编辑，如颜色等（见图3.9）。
图3.8 在Plot Composer 中插入新的绘图对象
图 3.9 在Plot Composer的Time Series Plot对话框中选择时间序列文件，调整比例和曲线等图3.11和图3.12是两个边界上的实测水位。
图3.10 在Plot Composer中选择时间序列文件
图3.11 北边界测站1和2，Hornb?k和Viken 的时间序列
图3.12 南边界测站3和4，Skan?r和R?dvig的时间序列
3.1.2 创建边界条件
下一步是根据生成的时间序列创建线边界。打开MIKE Zero中的“Profile Series”并选择“Blank ...”，见图3.13。
图3.13 在MIKE Zero中打开Profile Series Editor
需要的信息如下：
DHI MIKE11 水动力模块
02.MIKE 11 水动力模块页面介绍 ? DHI
MIKE 11 水动力学模块 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)
模型结构 模 拟 文 件.sim11 断 面 文 件.xns11 参 数 文 件.hd11 河 网 文 件.nwk11 时 间 序 列 文 件 .dfs0 边 界 文 件.bnd11 MIKE 11 水动力学模块
数据名称说明 流域数据 河网形状，ArcGis或AutoCAD电子地图或流域纸图 水工建筑物和水文测站的地理位置 河道和滩区地形数据河道断面，间距视研究对象而定，应能反映沿程断 面的变化 若模拟滩区行洪，需滩区地形数据（或水位-蓄水量 关系曲线） 水工建筑物水工建筑物地理位置、设计参数及调度规则等 水文测量数据 用于设置边界条件 用于模型率定和验证MIKE 11 水动所需数据资料
模拟文件编辑器 ?两大作用: ? 定义模拟设定 - 模拟类型, - 模拟时段, - 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 应用模块选择(HD/AD/WQ)? 非稳态/准非稳态? 哪些输入文件? 模拟时段及时间步长? 初始启动模式?
文件扩展名: *.nwk11 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 ?最大 x
一维水量水质模型
第七章 一维非恒定河流和河网水量水质模型 对于中小型河流，通常其宽度及水深相对于长度数量较小，扩散质（污染物质、热量）很容易在垂向及横向上达到均匀混合，即扩散质浓度在断面上基本达到均匀状态。这种情况下，我们只需要知道扩散质在断面内的平均分配状况，就可以把握整个河道的扩散质空间分布特征，这是我们可以采用一维圣维南方程描述河流水动力特征或水量特征（水位、流量、槽蓄量等）；用一维纵向分散方程描述扩散质在时间及河流纵向上的变化状况。特别地，对于稳态水流，可以采用常规水动力学方法推算水位、断面平均流速的沿程变化；采用分段解析解法计算扩散质浓度沿纵向的变化特征。但是，在非稳态情况下（水流随时间变化或扩散质源强随时间变化）解析解法将无能为力（水流非恒定）或十分繁琐（水流稳态、源强非恒定），这时通常采用数值解法求解河道水量、水质的时间、空间分布。在模拟方法上，无论是单一河道还是由众多单一河道构成的河网，若采用空间一维手段求解，描述水流、水质空间分布规律的控制方程是相同的，只不过在具体求解方法上有所差异而已。 7.1 单一河道的控制方程 7.1.1 水量控制方程 采用一维圣维南方程组描述水流的运动，基本控制方程为： (1) 023/42 2=+-++R Q u n g x A u x Z gA x Q u t Q ???????? (2)
式中t 为时间坐标，x 为空间坐标，Q 为断面流量，Z 为断面平均水位，u 为断面平均流速，n 为河段的糙率，A 为过流断面面积，B W 为水面宽度（包括主流宽度及仅起调蓄作用的附加宽度），R 为水力半径，q 为旁侧入流流量（单位河长上旁侧入流场）。此方程组属于二元一阶双曲型拟线性方程组，对于非恒定问题，现阶段尚无法直接求出其解析解，通常用有限差分法或其它数学离散方法求其数值解。在水流稳态、棱柱形河道条件下，上述控制方程组退化为水力学的谢才公式，可采用相应的方法求解水流特征。 7.1.2 扩散质输运控制方程 描述河道扩散物质运动及浓度变化规律的控制方程为：带源的一维对流分散（弥散）方程，形式如下： S S h A KAC x c AE x x QC t AC r x ++-???? ??=+????????)()( (3) 式中，C 为污染物质的断面平均浓度，Q 为流量， 为纵向分散系数，S 为单 位时间内、单位河长上的污染物质排放量，K 为污染物降解系数，S r 为河床底泥释放污染物的速率。 此方程属于一元二阶偏微分方程，对于非恒定水流问题，微分方程位变系数的偏微分方程，现阶段尚无法直接求出其解析解，通常用有限差分法或其它数学离散方法求其数值解。在水流稳态、污染源源强恒定条件下，可按水动力特征将河道分为若干子段，在每个分段上，上述控制方程简化为常系数的常微分方程，可采用解析方法秋初起理论解。 7.2 单一河道一维水量水质模型
129-24 摆式波能转换装置的水动力分析模型
摆式波能转换装置的水动力分析模型* 滕斌，陈文 （大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024） 摘要：基于势流理论分别建立了波浪与摆式波能转换装置作用的频域和时域分析模型，用于求解摆板运动过程、摆板表面压力、活塞作用力和俘获的能量。对于线性活塞模型和小振幅运动假设，开展了时域模型和频域模型的对比计算，验证了模型的一致性和正确性。应用频域模型，开展了活塞阻尼和波浪频率对俘获能量影响的系统研究，给出了转换装置的最佳阻尼和频率范围。对于非线性活塞模型，采用时域模型做了计算分析，给出了摆板运动响应、活塞作用力和俘获能量的时间历程及与波高的关系。 关键词：波能转换装置；摆式；水动力分析；数值模型 1 引言 随着世界能源日趋紧张，海洋能的利用[1]逐渐受到各国重视，波能作为一种绿色、可再生的新能源具有非常广阔的发展空间。目前，许多波能转换装置[2]-[4]相继开发出来，效率较高的装置类型主要有鸭式、振荡水柱式、振荡浮子式、摆式等。其中，摆式波能转换装置具有频率响应范围宽、可靠性好、常海况条件转换效率高、建造成本相对较低等许多优点。芬兰AW-Energy公司开发的WaveRoller式装置[5][6]和英国AquamarinePower公司与女王大学共同研发的Oyster式装置[7]-[9]为常见的两种摆式波能转换装置形式，如图1、图2所示。这类摆式装置主要由摆板、转轴、传动系统部分组成，利用垂直于摆板方向的波浪作用，摆板绕摆轴前后摆动带动传动系统的活塞杆运动，进而将摆板俘获的波能转换为传动系统的机械能，最终通过其它装置将机械能转换为电能。 图1 WaveRoller式图2 Oyster式 对于线性和非线性的传动系统，本文分别建立了波浪与摆式波能转换装置相互作用的频域和时域分析模型，可用于分析摆式波能转换装置的摆板转动幅度、摆板表面的压力、活塞的作用力和俘获的波浪能量。 2 计算方法 2..1 水动力分析的频域势流方法 定义一右手坐标系Oxyz来研究波浪对三维结构物的作用问题，如图3所示，原点在平均静水面上，Z 轴垂直向上为正，X轴为波浪入射方向。物体表面定义为S B，自由水面S F，水平海底S D。 图3 坐标系和计算域定义图 假定流体不可压缩，无粘，运动无旋。速度势满足拉普拉斯方程 20 ?Φ=（1）*作者简介：滕斌（19-），男，教授。Email: bteng@https://www.wendangku.net/doc/7e11157557.html,
基于水动力模型海绵城市建设分析案例
基于AWater Plan2.0海绵城市规划设计案例分析 2017.07.14赖泽辉 联系QQ及邮箱（356290189/356290189@https://www.wendangku.net/doc/7e11157557.html,） 示范区背景 示范区为广州东濠涌以西某排水子系统，排水体制为合流制。排水系统收集的雨污水通过下游干管排放至猎德污水处理厂进行处理。系统沿东濠涌有截留管道，暴雨条件下，如果下游干管不能满足排放需要，则系统中雨污水通过截留管道直接排放到东濠涌。 示范区位于广州老城区房屋、道路等硬化下垫面所占比例大，排水标准偏低，暴雨情况下，易出现内涝风险和溢流污染风险。
目的 针对示范区下垫面建设情况，现利用海绵设施对其进行改造，以提高排水系统对雨水调蓄能力，减少内涝和溢流污染风险，减少下游污水处理负荷。使示范区排水标准在内涝、排水系统负载、溢流等指标方面达到5年一遇标准。 工具 利用海绵城市规划与设计辅助软件（AWater Plan2.0）。
静态模型构建 收集整理示范区排水设施、河流、下垫面、地形等数据，利用AWater Plan2.0模型建设功能，考虑排水管道拓扑、汇水区划分、系统网络结构、模型概化等内容，构建示范区水动力静态模型，模型参数采用常用的经验参数。
降雨数据制作 根据地方暴雨强度公式，生成1年一遇、2年一遇、5年一遇、10年一遇降雨数据，降雨历时为2小时。 示范区排水能力现状分析 利用设计降雨对示范区排水系统进行现状评估。现状评估情景包
括1年一遇降雨情景、2年一遇降雨情景、5年一遇降雨情景、10年一遇情景。评估结果如下： 地表径流量 累积径流量
瞬时径流量
基于水动力模型的农田水利沟渠特性分析
基于水动力模型的农田水利沟渠特性分析 为了促进农田水利沟渠能够得到畅通的排放，利用水动力模型分析了排放沟渠形态改造前后的流场变化，并通过调查探索整修先后农田水利沟渠内水流速度的快慢，证实了水动力模型在暢通农田水利沟渠中的有效作用。 标签：水动力模型；农田水利沟渠；分析 1 背景简介 在我国某市的风景区中有两个重要的雨污合流排放口，这两个排放口的水流都是依靠沟渠排入某湖的。据相关数据表明，该沟渠大致有320m长，最宽处可达到45m。沟渠呈现出蜿蜒曲折的状态，中间有一小岛。如此的形态布局，经常导致水流通道被堵塞，水流无法正常通行，渠道内部沉积的厚重的淤土泥沙长年没有得到良好的清理，其数量与日剧增。因此，淤泥成为了雨污水中最主要的沉积物，也是湖水最主要的污染源之一。合流制雨污水中存在很大比例的小型颗粒物质。为此，为尽量减少这些固体物质对湖水水体的污染，也为了减少湖底厚重的淤泥淤积，急需动用切实可行的工程措施来对沟渠中的沉淀地进行改造、修整，以期降低颗粒类污染源对湖水的污染。为了使固体颗粒物能够顺利的在沉淀地内下沉，对该流域内的水体流速具有较高的要求。只有流速达到了一定要求，就能在较短时间内使颗粒物沉积下来，为彻底清理区域内的淤泥提供便利。 水动力模型是一种用于描述不同水体、水文特性及流场空间布局规律的数理模型。在探究湖水污染物具体布局的过程中，首先要研究不同类型水体、水文的特殊性质，掌握水体中流场的空间布局特色，为正确把握湖水污染物的具体分布特征打下基础。所以，在分析农田水利沟渠特性时，我们先要利用水动力数学模型对该区域水体特性与流场分布作一定的研究调查。 3 分析水动力学模型RAm2的建立过程 3.1 导入所需要的数据 在RAm2中，除了可以输入文本型数据外，还能输入图形文件，如CIS、CAD、TIFF、JPEG······具体而言，在实际操作中，可以将DWG等各类格式的具体地形利用CAD等图形文件转变为DXF格式的文件，并将这些文件导入到RAm2中，利用软件对其进行散点化处理，为下一步划分网格打下基础。 3.2 合理划分网格 首先，在操作过程中，可以将所要调整的区域利用map模块进行二维有限元网格的划分。接着，将划分完毕的网格切换至mesh模块项下，以便有效的纠正、整改初步划分的有限元网格。在RmA2模型中，其主要边界选用的是四边形网格，而非三角形网格。因此，在进行边界网格划分时，必须采用自动、手动
地下水动力学(专升本)
地下水动力学(专升本) 填空题 1. 博尔顿第一模型主要是考虑了___(1)___ ；第二模型主要考虑了___(2)___ 。(4分) (1). 标准答案是: 井附近水流垂直分速度(2). 标准答案是: 潜水的弹性释水和迟后给水 2. 当地下水流斜向通过透水性突变界面时，介质的渗透系数越大，则折射角就越___(3)___ 。(2分) (1). 标准答案是: 大 3. 第一越流系统是指考虑___(4)___ 和忽略___(5)___ 的越流系数；第二越流系统是指考虑___(6)___ 而不考虑 ___(7)___ 的越流系统；第三越流系统是指考虑___(8)___ 而忽略___(9)___ 的越流系统。(12分) (1). 标准答案是: 弱透水层的弹性释放(2). 标准答案是: 补给层水头变化 (3). 标准答案是: 弱透水层弹性释水(4). 标准答案是: 补给层水头变化 (5). 标准答案是: 补给层水头的变化(6). 标准答案是: 弱透水层弹性释水 4. 渗透系数在各向同性岩层中是___(10)___ ，在各向异性岩层中是___(11)___ 。在三维空间中它由___(12)___ 组成，在二维流中则由___(13)___ 组成。(8分) (1). 标准答案是: 标量(2). 标准答案是: 张量 (3). 标准答案是: 九个分量(4). 标准答案是: 四个分量 5. 均质与非均质岩层是根据___(14)___ 的关系划分的，各向同性和各向异性岩层是根据___(15)___ 的关系划分的。 (1). 标准答案是: 岩层透水性与空间坐标(2). 标准答案是: 岩层透水性与水流方向 6. 在各向异性岩层中，水力坡度与渗透速度的方向是___(16)___ 。(2分) (1). 标准答案是: 不一致的; 问答题 7. 如下图所示的水文地质条件，已知水流为稳定一维流，画出1、2断面间的水头曲线。 (18分)
水动力水质模型验证咨询方案
水动力水质模型验证咨询方案 北运河是流经北京市东郊和天津市的一条河流，为海河的支流。干流通州至天津也即京杭大运河的北段。古称白河、沾水和潞河。其上游为温榆河，源于军都山南麓，自西北而东南，至通州与通惠河相汇合后始称北运河。为了将水动力水质模拟应用于黑臭水体治理，第一步需要验证水动力水质模型的适用性和准确定。 为此，相关单位在北运河北京段选取一段河流进行物模试验，然后委托北京三易思创科技有限公司进行数值模拟，通过两者对比来验证模型的适用性和准确性。 选取的河段上下游均由闸门控制，可以充分人为控制河道内的水动力条件，同时沿途没有流入的水流和污染负荷，因此可以从一定程度上隔绝其他未知因素的干扰。首先通过控制上下游闸门，将该河段的内水全部放空，然后开启上游闸门放水，并且每日监测从上游至下游沿途一共5个点的流量和水质。 本次数值模拟主要用于验证水动力水质模型的适用性和准确定，因此定义一个水动力+水质问题。使用3EWATER建模工具软件，建立基于Delft3D中Flow 和Waq模块耦合的水动力水质模型。 3EWATER软件中直接整合了国家测绘标准的“天地图”地理底图，同时可以支持通用格式的地图shp文件加载，建模工程师对照底图结合北运河精确轮廓进行了网格绘制。由于Delft3D支持曲面正交网格，因此绘制出的网格能够很好的贴合北运河蜿蜒曲折的河流形态。北运河沿途的底部地形高程通过关键断面实测断面高程分布进行插值处理。完成基本建模后，先对北运河的水动力水质模型进行率定和验证。
北运河曲面正交网格 在完成水动力模型率定和验证后，加入化学需氧量、氨氮、总磷三种水质参数以及对应的水质过程，对水质模型率定和验证。 监测断面氨氮浓度验证 从水动力和水质模型验证的结果来看，基于Delft3D计算引擎的水环境数值模拟软件3EAWTER能够很好的满足城市黑臭水体水动力水质模拟的需要，其结果也得到了相关单位的认可。
MIKE21水动力学模型应用研究进展
Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2020, 10(4), 510-515 Published Online August 2020 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/7e11157557.html,/journal/aep https://https://www.wendangku.net/doc/7e11157557.html,/10.12677/aep.2020.104061 Research Progress on Application of MIKE21 Hydrodynamic Model Qing Luo, Lihong Liu, Yumeng Wang Department of Earth and Environment, Anhui University of Science & Technology, Huainan Anhui Received: Jul. 15th, 2020; accepted: Aug. 4th, 2020; published: Aug. 11th, 2020 Abstract MIKE21 model is a reliable means and an important basis for studying the movement of surface water flow. The model simulation of planar two-dimensional water flow is of great significance for the actual water condition verification, hydrological change calculation and future trend predic-tion. At present, many experts and scholars have carried out practical application of multi-angle, multi-level and different fields, and have repeatedly verified the accuracy and fit of the MIKE21 model. This paper mainly reviews the application of MIKE21 hydrodynamic model in river flood analysis, flood evolution in flood storage area, analysis of urban waterlogging risk and impact of water conservancy construction. The hydrological changes, general conclusions and application limitations, which are obtained, are discussed by the model under different simulation conditions. On this basis, it elaborates and summarizes, and forecasts the application and development trend of MIKE21 hydrodynamic model. Keywords MIKE21 Hydrodynamic Model, River Flood, Flood Evolution in Flood Storage Area, Urban Waterlogging, Water Conservancy Construction MIKE21水动力学模型应用研究进展 罗庆，刘丽红，王雨蒙 安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南 收稿日期：2020年7月15日；录用日期：2020年8月4日；发布日期：2020年8月11日 摘要 MIKE21水动力学模型是研究地表水流运动的可靠手段和重要依据，模型关于平面二维水流的模拟，对
一维水量水质模型
第七章一维非恒定河流和河网水量水质模型 对于中小型河流，通常其宽度及水深相对于长度数量较小，扩散质（污染物质、热量）很容易在垂向及横向上达到均匀混合，即扩散质浓度在断面上基本达到均匀状态。这种情况下，我们只需要知道扩散质在断面内的平均分配状况，就可以把握整个河道的扩散质空间分布特征，这是我们可以采用一维圣维南方程描述河流水动力特征或水量特征（水位、流量、槽蓄量等）；用一维纵向分散方程描述扩散质在时间及河流纵向上的变化状况。特别地，对于稳态水流，可以采用常规水动力学方法推算水位、断面平均流速的沿程变化；采用分段解析解法计算扩散质浓度沿纵向的变化特征。但是，在非稳态情况下（水流随时间变化或扩散质源强随时间变化）解析解法将无能为力（水流非恒定）或十分繁琐（水流稳态、源强非恒定），这时通常采用数值解法求解河道水量、水质的时间、空间分布。在模拟方法上，无论是单一河道还是由众多单一河道构成的河网，若采用空间一维手段求解，描述水流、水质空间分布规律的控制方程是相同的，只不过在具体求解方法上有所差异而已。 单一河道的控制方程 7.1.1 水量控制方程
采用一维圣维南方程组描述水流的运动，基本控制方程为： ????Q x B Z t q W += (1) 023/42 2=+-++R Q u n g x A u x Z gA x Q u t Q ???????? (2) 式中t 为时间坐标，x 为空间坐标，Q 为断面流量，Z 为断面平均水位，u 为断面平均流速，n 为河段的糙率，A 为过流断面面积，B W 为水面宽度（包括主流宽度及仅起调蓄作用的附加宽度），R 为水力半径， q 为旁侧入流流量（单位河长上旁侧入流场）。此方程组属于二元一 阶双曲型拟线性方程组，对于非恒定问题，现阶段尚无法直接求出其解析解，通常用有限差分法或其它数学离散方法求其数值解。在水流稳态、棱柱形河道条件下，上述控制方程组退化为水力学的谢才公式，可采用相应的方法求解水流特征。 7.1.2 扩散质输运控制方程 描述河道扩散物质运动及浓度变化规律的控制方程为：带源的一维对流分散（弥散）方程，形式如下： S S h A KAC x c AE x x QC t AC r x ++-??? ? ??=+????????)()( (3)
MIKE21HDFM水动力模型逐步练习实例.doc
MIKE 21 HD FM水动力模型逐步培训教程 目录 1概述 (1) 1.1工程背景 (1) 1.2练习实例的目的 (1) 2创建计算网格 (2) 2.1创建网格前需要注意的问题 (2) 2.2创建?RESUND的计算网格 (3) 2.2.1由原始的xyz数据生成mdf文件 (4) 2.2.2三角边界的调整 (7) 2.2.3模拟区域的三角划分 (8) 3创建MIKE 21 FM水动力模型的输入条件 (13) 3.1生成水位边界条件 (13) 3.1.1把测量水位导入时间序列文件 (14) 3.1.2创建边界条件 (19) 3.2初始条件 (22) 3.3风力作用 (22) 4MIKE 21 FM模型搭建 (23) 4.1FM模型 (23) 4.2模型率定 (37) 4.2.1实测水位 (37) 4.2.2实测流速 (38) 4.2.3模拟与实测结果比较 (39)
概述 本实例是连接丹麦和瑞典的跨海(?resund)工程。 图 1.1 Sound (?resund), 丹麦 工程背景 1994年，哥本哈根和马尔默(Malm?)开始了连接丹麦和瑞典隧道和桥梁的改造项目。该项目执行了严格的环境要求，即隧道和桥梁项目对波罗的海的环境不产生任何影响。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?resund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，?resund的情况需要一个三维模型。所以，利用DHI的三维模型，MIKE 3对?resund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?resund 较远海域的900米，垂直方向网格尺寸是1米。随后，MIKE 3模型会根据现场测量数据阶段进行率定和验证。 根据监测程序得到的数据，初步选择足以反映?resund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。 练习实例的目的 练习实例的目的在于通过使用MIKE 21的Flexible Mesh模块为?resund建立水流模型和MIKE 3的水流模型，生成令人满意的率定结果。
水动力
?互动百科 ?新知社 ?小百科 ?HDWIKI建站 ?移动 ?帮助 ?免费注册 ?登录 ?首页 ?IN词 ?图片 ?任务 ?锐人物 ?WE公益 ?积分换礼 ?百科分类 ?知识官网 ?词条 ?图片 水动力学实验 正文 > 查看版本 ?历史版本：1 ?编辑时间：2006-01-18 03:42:21 ?作者：buzhidaole1 ?内容长度：6349字 ?图片数：13个 ?目录数：4个
?修改原因：创建 ?评审意见： 目录 ? 1 水动力学实验 ? 2 正文 ? 3 配图 ? 4 相关连接 液体动力学研究工作的一个组成部分。用仪器和其他实验设备测定表征水或其他液体流动及其同固体边界相互作用的各种物理参量，并对测定结果进行分析和数据处理，以研究各种参量之间的关系。实验的目的是揭示各种水流运动规律和机理，验证理论分析和数值计算结果，为工程设计和建设提供科学依据，以及综合检验工程设计质量和工作状态。 水动力学实验是从观测自然界和工程设施中的实际流动过程开始的，这种观测即所谓原型实验。进行原型实验，难于分别控制各种参量，而且费用高，有时甚至不可能进行，如一个水利工程或水中航行器在建成前就没有实验对象。后来，水动力学实验大都是在专门设计的实验室或实验场内用模型进行，这就是所谓模型实验。实验模型一般比原型小，也有与原型相等或比原型大的。水动力学模型实验是要研究流体某一流动特性参量同边界形状参量、流体特性参量、作用力参量之间的函数关系。在水动力学中，有些问题可用理论分析或数值计算方法求解；有些问题因物理现象复杂，基本规律还不清楚，或因边界形状复杂，而只能用实验方法研究。 水动力学实验理论水动力学实验理论包括力学过程的模拟、实验方案的优化、测试系统的设计、实验数据的处理等问题。以下只论述第一个问题。 力学过程的模拟理论（又称模型理论）是模型实验的理论依据。模型实验的正确提法，模型实验结果转用到原型上去，都是以量纲分析和相似律为基础的。 水动力学实验主要涉及惯性力(见达朗伯原理)、重力和粘性力。假定所考虑的问题可用特征长度L、特征速度U、流体密度ρ、重力加速度g和流体的动力粘性系数μ来表征，则上述三种力的数量级就分别为ρU2L2、ρgL3和μUL。三种力大小的比例关系将随着模型尺寸而改变。但是，只有上述三种力相对大小不变，模型流动才能与原型流动相似。 根据量纲分析，在具有独立量纲的物理参量的数目为5的情况下,可组成两个独立的无量纲参数。在以上所考虑的问题中，两个独立的无量纲参数是弗劳德数Fr＝U2/gL和雷诺数Re＝ρUL/μ＝UL/ν(其中ν＝μ/ρ)。前者代表惯性力同重力量级之比，后者代表惯性力
MIKE-21-HD-FM水动力模型逐步练习实例教学文案
M I K E-21-H D-F M水动力模型逐步练习实例
MIKE 21 HD FM水动力模型逐步培训教程 目录 1概述 (1) 1.1工程背景 (1) 1.2练习实例的目的 (1) 2创建计算网格 (2) 2.1创建网格前需要注意的问题 (2) 2.2创建?RESUND的计算网格 (3) 2.2.1由原始的xyz数据生成mdf文件 (4) 2.2.2三角边界的调整 (7) 2.2.3模拟区域的三角划分 (8) 3创建MIKE 21 FM水动力模型的输入条件 (13) 3.1生成水位边界条件 (13) 3.1.1把测量水位导入时间序列文件 (14) 3.1.2创建边界条件 (19) 3.2初始条件 (22) 3.3风力作用 (22) 4MIKE 21 FM模型搭建 (23) 4.1FM模型 (23) 4.2模型率定 (37) 4.2.1实测水位 (37) 4.2.2实测流速 (38) 4.2.3模拟与实测结果比较 (39)
概述 本实例是连接丹麦和瑞典的跨海(?resund)工程。 图 1.1 Sound (?resund), 丹麦 工程背景 1994年，哥本哈根和马尔默(Malm?)开始了连接丹麦和瑞典隧道和桥梁的改造项目。该项目执行了严格的环境要求，即隧道和桥梁项目对波罗的海的环境不产生任何影响。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?resund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，?resund的情况需要一个三维模型。所以，利用DHI的三维模型，MIKE 3对?resund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?resund 较远海域的900米，垂直方向网格尺寸是1米。随后，MIKE 3模型会根据现场测量数据阶段进行率定和验证。 根据监测程序得到的数据，初步选择足以反映?resund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。 练习实例的目的 练习实例的目的在于通过使用MIKE 21的Flexible Mesh模块为?resund建立水流模型和MIKE 3的水流模型，生成令人满意的率定结果。
地下水动力学(全)
地下水动力学复习资料 名词解释 1. 地下水动力学是研究地下水在孔隙岩石、裂隙岩石、和喀斯特岩石中运动规律的科学。它是模拟地下水流基本状态和地下水中溶质运移过程，对地下水从数量和质量上进行定量评价和合理开发利用，以及兴利除害的理论基础。。 2. 流量:单位时间通过过水断面的水量称为通过该断面的渗流量。 3. 渗流速度:假设水流通过整个岩层断面（骨架+空隙）时所具有的虚拟平均流速，定义为通过单位过水断面面积的流量。 4. 渗流场:发生渗流的区域称为渗流场。是由固体骨架和岩石空隙中的水两部分组成。 5. 层流:水质点作有秩序、互不混杂的流动。 6. 紊流:水质点作无秩序、互相混杂的流动。 7. 稳定流与非稳定流:若流场中所有空间点上一切运动要素都不随时间改变时，称为稳定流，否则称为非稳定流。 8. 雷诺数:表征运动流体质点所受惯性力和粘性力的比值。 9. 雷诺数的物理意义:水流的惯性力与黏滞力之比。 10.渗透系数:在各项同性介质（均质）中，用单位水力梯度下单位面积上的流量表示流体通过孔隙骨架的难易程度，称之为渗透系数。 11. 流网：在渗流场中，由流线和等水头线组成的网络称为流网。 12. 折射现象:地下水在非均质岩层中运动，当水流通过渗透系数突变的分界面时，出现流线改变方向的现象。 13.裘布依假设：绝大多数地下水具有缓变流的特点。 14. 完整井:贯穿整个含水层，在全部含水层厚度上都安装有过滤器并能全断面进水的井。 15. 非完整井:未揭穿整个含水层、只有井底和含水层的部分厚度上能进水或进水部分仅揭穿部分含水层的井。 16.水位降深:抽水井及其周围某时刻的水头比初始水头的降低值。 17.水位降落漏斗:抽水井周围由抽水（排水）而形成的漏斗状水头（水位）下降区，称为降落漏斗。 18. 影响半径:是从抽水井到实际观测不到水位降深处的径向距离。 19. 有效井半径:由井轴到井管外壁某一点的水平距离。在该点，按稳定流计算的理论降深正好等于过滤器外壁的实际降深。 20. 井损水流经过滤器的水头损失和在井向上运动至水泵吸水口时的水头损失，统称为井损。 21. 水跃:在实验室砂槽中进行井流模拟实验时发现，只有当井中水位降低非常小时，抽水井中的水位与井壁外的水位才基本一致，当井中水位降低较大时，抽水井中的水位与井壁外的水位之间存在差值的现象。