MIKE水动力笔记5_建立水动力模型

前言

前文已经讲了如何制作网格文件（.mdf文件），这一博文就讲如何建立水动力模型。

Step 1 导出mesh文件

前文制作好的mdf网格文件不可以直接拿来用的，需要先导出成mesh文件，步骤如下三图：

于是，就可以看到你设定的文件夹里出现了一个 .mesh 的文件，这个就可以用作建立模型了。

Step 2 设置模型参数

首先，选择【MIKE 21】→【Flow Model FM（.m21fm）】，然后就打开了设置参数的界面，如下两图：


接下来，设置一下参数。

【Domain】，加载mesh文件，其他参数均保持默认。

【Time】，这个需要自己设置，如下图：

模拟结束时间 － 模拟开始时间 = 时间步长 × 时间步数

对于时间步长如何确定，也并没有特定的要求，我一般是根据情况取 60(1分钟) 或 120(2分钟) 或 180(3分钟) 或 240(4分钟)。

关于时间步长和时间步数，我自己做了一个 Excel 小工具，很方便计算，上传到我的CSDN资源库里了，有需要的读者可以到资源栏目中自行下载（不需要积分），叫做：【MIKE小工具】-计算时间步数-晏长街。

【Module Selection】，模块选择，其中水动力模块（Hydrodynamic）是必选的。我们这里也只选择水动力模块。

接下来的设置就都是水动力模块的参数了。

【Solution Technique】，算法。

Shallow water equations，浅水方程，Time和Space均选择低阶运算方法（Low order，fast algorithm）就行，其余均保持默认。

Transport equations，传输方程，均保持默认。

【Depth】，一般不需要水深校正，No depth correction，保持默认。

【Flood and Dry】，干湿边界，一般取默认值。干水深 0.005m，淹没水深 0.05m，湿水深 0.1m。

【Density】，密度，一般保持默认选择正压模型，Barotropic。

如果选择正压模型，温度和盐度会被定义为常数，在整个模型中保持不变。

事实上，如果水体充分混合，温盐密度在垂直方向都是定值；并且在大多数情况 下，密度梯度对二维浅水方程的影响是很小的，几乎可以忽略不计。

【Eddy Viscosity】，涡粘系数，默认采用Smagorinsky formulation，均采用默认即可。

【Bed Resistance】，底床糙率选用曼宁系数（Manning number），常数值需要自己设置，一般是根据拟合结果来多次回代确定。

一般我们根据拟合结果回调的值也就是底床糙率这个参数了。

【Coriolis Forcing】，科氏力，一般默认选择Varying in domain。

【Wind Forcing】，如果有风力数据，可以勾选这一项。随时间、空间变化的情况，对应dfs2文件。随时间变化、空间定值的情况，对应dfs0文件。其他均保持默认。

【Ice Coverage】，冰盖，一般不考虑。

【Tidal Potential】，引潮势，这是一个很弱的作用力，通常会在深且封闭的水体中作用明显，一般不考虑。

【Precipitation - Evaporation】，降水-蒸发，一般不需考虑。

【Wave Radiation】，波浪辐射应力，一般不需考虑。

【Sources】，源，一般不需考虑。

【Structures】，水工结构物，一般不需考虑。

【Initial Conditions】，初始条件，这个涉及到一个问题就是“冷启动”还是“热启动”。关于两者概念及具体操作今后会专门再讲的。一般第一次跑模型都会选择冷启动方式，选择Constant 常数，Surface elevation 初始水位默认保持0就行。其他默认即可。

【Boundary Conditions】，边界条件。

对于 Land boundary 陆地边界，选择 Land（zero normal velocity）即可。

对于开边界，选择 Specified level 水位设定，边界格式选择 Varying in time and along boundary 随时间且沿边界变化，然后导入潮汐边界条件dfs1文件。关于这个潮汐边界条件dfs1文件如何获取，请读者耐心往后看，在本博文Step3里面会讲到的。其他均按默认即可。

如下图所示：

【Decoupling】，解耦，一般不需要考虑。

【Outputs】，输出。

首先 New output，新建一个输出项目，如下图，可以自己命名。

然后，Output specification，对这个输出项目进行设置，一般如下图设置就行。

再然后，Output items，选择自己需要的模块，一般研究水动力的话就勾选Surface elevation，U velocity，V velocity。其他根据自己情况添加。

至此，参数就设置完成了。

接下来，就点击【Run】→【Start Simulation】，模型就开始运行了。运行完成后，点击【View】就可以查看模型计算结果。如下图：

Step 3 边界条件的获取与处理

我们刚刚讲了，边界条件 Boundary Conditions，对于开边界，需要导入 dfs1 文件。那么，这个dfs1文件是怎样获取的呢？

MIKE自带了一个潮汐预测的工具，可以根据这个工具来生成开边界水位数据。

具体操作如下图：

然后，就会发现，你选择的目录里生成了一个dfs1的文件，那个就是开边界的水位条件。

但这个dfs1文件还不能直接用在模型参数输入里面，必须修改一下。因为这个软件生成潮位边界的时间是格林尼治时间，而我们中国的海域的验测的水文数据用的是北京时间，北京时间比格林尼治时间滞后8个小时。

因此，我们要做的就是将开边界水位条件dfs1文件中的全部数据整体滞后8个小时。具体操作如下：

先复制一份水位条件，然后把两个dfs1文件同时打开，如下两图：

然后对dfs1源文件，选中全部数据，将其删除，操作如下两图：

再然后对dfs1副本文件，选中全部数据，ctrl + C 复制，如下图。

再转到刚刚数据全部被删掉了的源文件中，找到滞后8小时后的时间行，选中这一行，然后ctrl + V 粘贴，如下两图。

这样，这个边界条件文件dfs1就可以用在参数输入里面了。那个副本已经没用了，删掉就行了。

Step 4 拟合对比

拟合对比就是将你的模拟结果与实测数据进行对比，一般实测数据就是潮位站的水位数据，和潮流站的u速度分量、v速度分量数据(或流速流向数据)。

如果拟合的结果较好，则代表模型可以很好的模拟现实海湾；如果模拟结果较差，则代表模型不能代表海湾情况，必须重新调整，调整边界或者参数，一般如果你觉得边界基本没啥问题的话，那就调整参数就行，基本就是底床糙率那个参数了。

至此，水动力模型就初步建立起来啦！

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以上就是全部内容啦~

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