1、MIKE21 软件注释说明MIKE21 软件注释说明1. MIKE21编辑工具1.1. 预处理工具1.1.1. Time Series Editor（时间系列编辑器）1.1.1.1. 功能说明用于创建和编辑0型（*.dfs0/*.dt0）数据文件，该类数据文件给定某点处的某些条目（Item）随坐标轴（时间轴或相对条目轴）变化的情况。该类文件可以用来作为模型创建的输入条件，也可以是由模型计算结果通过后处理工具生成的结果文件。1.1.1.2. 创建步骤选择空（Blank）文件，则在文件Properties（属性）对话框中，需要设定文件标题、坐标轴类型、起点和时步间隔、条目名称和类型等内容。对坐标轴
2、类型可以有五种不同类型的设定，即日历时间轴等分和不等分、相对时间轴等分和不等分以及相对条目坐标轴五类情况。条目数量可以添加和删除。也可由0型ASCII文件直接读入进行创建。1.1.1.3. 编辑工具图形显示内容为所有选定条目的时间变化过程线。在图形区右键选择Properties（属性）项可以打开其对话框进行编辑，选择Graphics（图形）项可以打开图形设置对话框对于各条目显示的线型、点标进行编辑，等等。菜单项中Export ASCII可以将文件以ASCII的形式输出在*.txt文件中，Export Graphics可以将图形以三种方式输出，Calculator可以对各条目进行代数运算处理，I
3、nterpolation可以对空缺点进行插值处理，等等。1.1.2. Profile Series Editor（剖面系列编辑器）1.1.2.1. 功能说明用于创建和编辑1型（*.dfs1/*.dt1）数据文件，该类数据文件给定某剖面（线）各网格点处的某些条目（Item）随时间变化的情况。该类文件可以用来作为模型创建的输入条件，也可以是由模型计算结果通过后处理工具生成的结果文件。1.1.2.2. 创建步骤选择空文件，则在文件Properties（属性）对话框中，需要设定文件标题、时间坐标轴类型、起点和时步间隔、空间网格点个数和间隔、条目名称和类型等内容。对坐标轴可以有两种不同类型的设定，即日历
4、时间轴等分和相对时间轴等分。条目数量可以添加和删除。也可由1型ASCII文件直接读入进行创建。1.1.2.3. 编辑工具图形显示内容为某项选定条目在某时刻各网格点处的空间变化曲线。菜单项中Navigation可以选择当前要显示的条目和当前时刻，也可选择在当前时刻显示所有条目。另外的Properties、Graphics、Export ASCII、Calculator、Interpolation等功能同Time Series Editor。1.1.3. Grid Series Editor（网格系列编辑器）1.1.3.1. 功能说明用于创建和编辑2型（*.dfs2/*.dt2）数据文件，该类数据
5、文件给定计算域各网格点处的某些条目（Item）随时间变化的情况。该类文件可以用来作为模型创建的输入条件（其中很重要的应用是创建地形文件用于模型计算中），也可以是由模型计算直接得到的结果文件。1.1.3.2. 创建步骤选择空文件，则出现创建向导，共4步：第一步选择网格维度（二维或三维），第二步设定网格的地理位置信息和工程区域，第三步设定时间轴起点、时间步间隔和空间网格数及间隔，第四步设定条目数目、名称、类型以及数值忽略精度。也可由2型ASCII文件直接读入进行创建。1.1.3.3. 编辑工具图形显示内容为某项选定条目在某时刻各网格点处的值。菜单项中Navigation可以选择当前要显示的条目和当
6、前时刻。菜单项中Palette用来设定不同取值范围的颜色显示，Select可以通过不同工具（如点、线、多边形等）用来定义块，Set Value项可以对于整个区域或者已定义的块区域中的数值进行直接设定或加乘操作，Filter可以对于计算域或块区域进行多次不同类型的光滑化处理，Crop可以截取该文件的空间、时间范围以及各条目范围内的一部分另加保存，Edit Custom Blocks用来定义特定的用户块，Edit Graphics Information用来编辑该区域的地理位置信息。另外的Export ASCII、Calculator、Interpolation等功能类似Time Series E
7、ditor。1.1.4. Bathymetry Editor（地形编辑器）1.1.4.1. 功能说明用来依照原始的海图文件，通过对一定水深值的设定和对陆地边界、等水深线的描绘，以及对模型计算区域的地理信息、计算网格等的设定，利用一定的工具命令实现海图的矢量化过程，从而生成可用于模型建立的初始地形文件（*.dt2）。1.1.4.2. 创建步骤初始创建时，要设定工作区域的原点的地理位置坐标，和图形实际UTM坐标尺寸大小，则可以创建一个原始的*.batsf文件。1.1.4.3. 编辑工具工具栏。Pick Mode可用来选择各种点。Move Mode可用来移动点的位置。Add Points可用来添加点
8、。Add Contours用来添加等水深线。Add Land/Water Polygons添加陆地轮廓线。Add Point to Polygon/Contour在陆地轮廓线、等深线上添加点。Select Polygon/Contour整体选择陆地轮廓线或等深线。菜单项。Double Buffer Redraw用来使图像刷新更快，但是会占用更多内存空间。Set Current Value用来设定当前操作的高度（水深为负）值。Bathymetry Management用来管理要最终生成的地形文件相关的计算域范围内各参数的设定情况。Background Management用来添加或删除背景图形（
9、海图文件）。Show Background用来显示背景图。Export可以将矢量化后的文件输出为*.xyz格式的矢量化文件。Resize可以使用户根据背景图代表的实际区域大小进行重新设定，使该*.batsf文件所代表区域的大小和相关地理信息与实际一致。Settings可以用来设定陆地轮廓线、等水深线、单独点等的点标志和线型及鼠标分辨率等。Export Graphics的相关功能类同Time Series Editor。1.1.4.4. 基本应用步骤（1）选取海图范围，并计算海图代表的实际区域大小。根据经纬度计算原点所在UTM区域，公式：Integral Part of (Longitude+1
10、80)/6+1，即“对(经度+180)/6+1的结果取整数部分”。（2）设定地理范围。根据（1）中选定的海图原点经纬坐标和实际海图尺寸设定初始Batsf文件，要求原点与（1）中海图一致，但范围可以比选定海图大些。（3）设定坐标。放大文件显示并查找左下原点坐标值Xmin, Ymin，该值为原点经纬坐标对应的UTM坐标值，并根据海图实际尺寸计算其右上点UTM坐标值Xmax,Ymax。（4）在Background Management中导入Background图片。在Background编辑对话框中选择*.bmp文件，并按照（3）中的值设定其范围。（5）创建Bathymetry Grid。根据模型B
11、ath的要求在Bathymetry编辑对话框中设定合适的坐标原点，各向网格步长（grid spacing）和节点数目（grid number），以及方位角和陆地表征值（Land value）。（6）调整Bathymetry。根据显示的已创建的Bath位置，检验边界位置以及其他设定是否合适，并对Bathymetry进行调整。记录相关参数：UTM Zone，Origin Position，Grid Spacing，Grid Number，NYC（地形相对于北方向的顺时针夹角），Land Value。（7）采用陆地/水域分界线编辑器(Land/Water Polygons)设置闭合陆地边界轮廓。（8
12、）采用特征点编辑器(Add Point)在特殊水深点处设置该点水深。水深值须先在Set Current Value中建立。很多时候需要根据情况人工添加特征点水深。（9）设定某级等高线代表值，采用等高线编辑器(contour)描绘该值下的等高线。改变SCV的值，描绘其他等高线。（10）采用Bathymetry Management将已有的等高线和特征点图进行插值矢量化（Interpolate）处理，然后输出（Export）插值后的结果文件，即可用于模型计算当中的Grid类的Bathymetry文件。注意此过程中最为重要的就是将海图完整且尺寸相当的映射到Bathymetry编辑器中，即要确定选定的
13、（即要显示的）海图矩形范围的最大、最小UTM坐标值，该值将在背景选择时的Background中的Import命令下被要求设定。1.2. 模型建立和计算工具1.2.1. Flow Model Editor（流场模型编辑器）通过设定一系列参数、原始条件、输入输出文件等过程来建立流场的数学模型。详见2.中说明。1.3. 后处理工具1.3.1. Plot Composer Editor（作图编辑器）1.3.1.1. 功能说明该工具用来将模型计算结果文件进行处理以生成图形文件，可用于模拟过程的流场状况等的介绍说明。1.3.1.2. 创建步骤新建该类文件，然后在图形区域插入相关类型的空白Plot图，通过其
14、Propertise对话框导入原始文件进而对其进行各项参数设定即可。1.3.1.3. 编辑工具Insert New Plot Object：选择所要作图的文件类型填充作图区域并可进行图形大小设定。在图形区域右键打开Properties对话框可以对条目定义、时间步、Y坐标轴、曲线定义以及文本编辑等进行相关的设定。1.3.2. Data Viewer（数据阅读器）1.3.2.1. 功能说明用来对模型计算结果文件进行多种观察并可生成相关条目的Profile Series或Time Series结果文件以及向量形式下的动态演示文件。1.3.2.2. 创建步骤新建该类文件，选择已有的计算结果文件打开即可
15、。1.3.2.3. 编辑工具Data Option项中各项功能说明。Time：设定当前显示时间步和跳跃显示间隔步数。Contour：设定要显示的等值线条目、类型以及是否显示其间的分界线。Mesh：设定是否显示网格和陆地边界。Vector：设定是否显示速度矢量箭头，箭头显示密度，以及自定义矢量含义，Vector Option中还可对矢量做更详细的设定。Text Annotation设定图形主题、坐标轴和日期时间等基本信息。Vertical Profile by Coordinates：由两点坐标生成其间的Profile Series文件。Time Series by Coordinates：由某
16、些孤立点坐标生成其位置的Time Series文件。Video Propertiese：设定演示视频文件的保存和帧密度。工具栏中有分别前后方向的连续显示、逐步显示、生成视频文件等功能。Position of Time Series可以直接在图上某位置处点选以生成Time Series文件。1.3.3. MIKE Zero Toolbox Editors（MIKE Zero工具箱编辑器组）1.3.3.1. 功能说明当前用到的有：Extraction（抽取）中的Profile series from 2D files（从2D文件中生成Profile文件），Time series from 1D/2
17、D files（从1D/2D文件中生成Time series文件）。1.3.3.2. 创建和编辑选择新建MIKE Zero Toolbox Editors，则出现Tool List对话框，显示包含的各种工具。对于上述Extraction中的三种工具的具体说明如下：（1）Profile series from 2D files：双击该项（或者选定该项，再点击New按钮），打开新建对话框，依次在各步设定该工具的具体名称、原始2D文件位置名称、要生成的时步范围、要生成的条目、生成Profile的直线数目和起终点网格坐标、输出文件名称和主题等，然后点击Execute（执行）按钮完成Profile文件的
18、生成。如果要对其进行编辑，则需双击已创建的工具名称（或选中后按EDIT按钮）进行逐步编辑。若要再次执行该工具，则选中后点击RUN按钮即可。（2）Time series from 1D files：双击该项（或者选定该项，再点击New按钮），打开新建对话框，依次在各步设定该工具的具体名称、原始1D文件位置名称、要生成的时步范围、要生成的条目、生成Time series的点数目和网格位置坐标、输出文件名称和主题等，然后点击Execute（执行）按钮完成Profile文件的生成。如果要对其进行编辑，则需双击已创建的工具名称（或选中后按EDIT按钮）进行逐步编辑。若要再次执行该工具，则选中后点击RUN
19、按钮即可。（3）Time series from 2D files：双击该项（或者选定该项，再点击New按钮），打开新建对话框，依次在各步设定该工具的具体名称、原始2D文件位置名称、要生成的时步范围、要生成的条目、生成Time series的点数目和网格位置坐标、输出文件名称和主题等，然后点击Execute（执行）按钮完成Profile文件的生成。如果要对其进行编辑，则需双击已创建的工具名称（或选中后按EDIT按钮）进行逐步编辑。若要再次执行该工具，则选中后点击RUN按钮即可。2. MIKE21 Flow Model 流场模型2.1. Hydrodynamics ModuleHD（水动力学模型
20、）2.1.1. Basic Parameters（基本参数）2.1.1.1. Module Selection（模型选择）模块的选择。除了Hydrodynamic Only外，另有五类附加模块可以选择，是在HD模块基础上加以各类系数的补充和设定。2.1.1.2. Bathymetry（海测图）在水动力学模型模拟过程中，Bathymetry的设定是最为重要的任务，包括以下几项内容： （1）选择模型区域。MIKE21 Flow Model模型为xy向空间步长恒定的有限差分模型；边界处至少要有10个节点；可能要设定比之需要考虑的区域大许多的区域以考虑如风荷载等因素的影响；选择流态较好的边界作为开边界
21、，最好是使开边界处流速垂直与开边界；流态好意味着边界处以及边界内部510个节点内的流态均光滑；需要自己设定开边界处的流向；要将开边界设定在水面变化和流量均已知的位置点内；相交开边界的角点必须设定为计算节点，并确保在两个边界范围内来考虑时在该点的边界条件为已知，这需要在边界处由良好的波面或者流的数据，如果做不到这一点，角点处应设定为一个不是特别小的岛；在开边界周围避免流的突然扩张和压缩除非流速很小；尤其要避免图2.3的情况，除非是为了采用波面条件来允许边界内的涨落现象；不要在可能干涸的点设定开边界，开边界处的点应该永远不会干涸；旋转模型以使得流向尽量平行与某一坐标轴；尽量将模型的原点设定在一个定
22、义良好的坐标系内以方便模型网格坐标转换到背景坐标系。 （2）选择空间划分。网格应当能够处理解决所有地形的变化；在非开边界附近范围内的单独的如期和孔洞一般不会影响计算的稳定性，但是如果流向平行于网格线并且Courant Number大于1时，沿着该网格线的一系列突起或孔洞就会引起不稳定性的出现；如果不能避免与网格成45度夹角的航道存在，则其网格和时步划分应当按照图2.6所示进行；在窄深的航道中，如果只有仅仅一个或几个节点宽度时，则由一条网格线过渡到另一条网格线时，其间的衔接网格数一定要大于当地的Courant数；当Courant数大于1时要避免Landwaterlandwater交替式的边界。
23、（3）选择基准面（Reference Level）。理论上可以使用任意的参考面，但是建议使用平均海平面（MSL，mean sea level）作为参考基准面。但是海图上的水深往往是相对于最低天文潮面（LAT，the lowest astronomical tide）给出的，并且地形图也是往往因此相对于该数据输入的。可以通过Grid Editor内的编辑工具将MSL和LAT之间的差加到地形文件的所有网格节点上。要保证所有用于产生地形文件的海图均是基于同一个基准产生的，如果不是，则需要自己选择一个公共基准数并基于该基准将所有水深进行相应的变换。 （4）设定地形图。有三种方法可以用来设定地形图。 A
24、）将计算网格线画在透明纸上，将其放在海图上面并写出各网格节点对应的水深，然后在一个二维矩阵数据文件编辑器中输入这些水深值。 B）可以用数字化板建立关于水深的（x，y）坐标系的数据文件，然后利用地形图编辑器Bathymetry Editor进行网格化处理。 C）如果有水深的数据形式，可以据此创建ASCII文件（.txt）并利用Grid Editor将其输入为标准数据文件格式。 要注意的是，各网格点处的水深值不仅仅是指该点处的水深值，而且代表了其周围一个网格范围内的水深值。在基准以下的水深值均为负值。 （5）附加项描述。 A）区域初始表面高度。由于模型将流量或者流速初始化为0，所以必须设定一项初始
25、表面高度以对应于这些条件。实际中这意味着要设定一个值来匹配初始时步的边界条件。 B）模型原点的经纬度必须由地形数据文件给定；在dfs2类文件中由应用工程区域（applied projection zone）来设定该信息，而在dt2类文件中由于没有相关项而将原点位置默认为UTM区域。如果选择NONUTM项，则Coriolis力在模拟计算中就不被考虑。 C）模型的方向定义为由正北方向顺时针至模型Y轴的角度，即NYC（from North to the Yaxis Clockwise）。 D）陆地表征值。计算域内等于或大于该值的位置始终被认为是陆地，而不论涨落是否在该处发生。 E）陆地区域的涨落不论
26、是否会发生都要被考虑在模拟计算中。注意地形数据文件必须包含一个名为“M21_Misc”的有七个浮点型元素的用户块：1）第一个元素指方位角；2）第三个元素是一个标记，其值900指数据文件包含地理信息；3）第四个元素指陆地代表值；4）其他的元素在地形数据文件中没有用到。2.1.1.3. Simulation Period（模拟时段）模拟时期内的时步数，时步长度，起始和终止时刻，预热起止时步，及其最大科朗数（Courant Number）的确定。模拟时期内的时步数，时步长度，起始和终止时刻，预热起止时步，及其最大科朗数（Courant Number）的确定。科朗数计算公式为： 2.1.1.4. Bo
27、undary（边界）一般由程序根据地形文件自动寻找生成，当边界复杂或需要进行某些处理时也可由用户自己指定。 （1）水面和流在开边界处的表述是模拟中的第二重要的任务。边界条件越好则计算结果越好且稳定性问题越少。由于未知量为表面位置高度和x、y向的流密度，所以理论上要求在各时步的所有开边界节点上设定其中的两项未知量。但是实际应用中一般是要么知道表面高度和流向，要么知道边界的整个流及其方向，则设定边界条件的方法就基于这两种方式给出。 A）设定水面高度和流向。水面高度可以被设定为常量或者沿边界线变化。时间维度上的变化也可认为是常量、正弦变化或者按照0或1类数据文件变化。方向可以设定为默认的正交于边界或
28、者由1类数据文件读入。该数据文件必须包含边界上的每一个独立网格节点的方向。 B）设定整流即通过边界的排出量和流向。整流可以在时间维上设定为常量或者正弦变化或者按照0和1型数据文件变化。整流在独立边界节点上的分布由MIKE21行对于水深进行求解。流向的设定同A）中所述。 （2）设定边界条件。在边界对话框中呈现了一列由模型自己检测出的开边界。模型是通过在地形图的四个边上寻找连接的水节点来检测开边界的。要注意，当进行地形图的数字化时开边界的实际位置就已经被定义了。大多数情况下，被检测出的边界就是计划中的边界，倘若不是，则需要选择“用户设定”边界并设定开边界的数目以及其在模型中的位置。A）选择边界条件
29、类型是水面（level）还是流（flux）。选择流边界时要注意：流向相对于模型坐标系，入射流在左边和底边时为正，在右边和顶边时为负；出射流情况相反。B）设定时间和空间上的变化类型。a）在整个模拟过程和整个边界上的所有节点处设定为常量。对于要求为稳定流场时非常有用。b）在模拟时段内设定为正弦变化，例如，潮汐引起的变化可以被设定。变化可以由下式进行计算：c）0型数据文件给定变化。该文件对于所有边界点均给定相同的值。如果该文件的时步设定与模型中的不同，则通过三次插值进行变换。d）1型数据文件给定变化。该文件给定了边界各节点的值。数据文件必须具有与开边界节点数相同的节点数。如果时步设定与模型中的不同，
30、则通过线性插值进行变换。e）由相关的周边模型得出的流条件。该边界类型被称之为传递边界，可以由包含该边界区域的先前模型的模拟计算而准备好。该1型的传递数据文件包括了关于水面高度和x、y向的流密度的信息。所有情况下，边界数据的参考基准面必须与地形数据的参考基准面相同。C）通过三种选择确定边界处数据的使用方法。当计算沿边界流（FAB，the Flux Along the Boundary）时有以下几种可能情况：0：流假定垂直于边界，即FAB0。1：边界处的流向由边界内的节点推断得出。2：边界处的流向被明确给出。当边界条件以Transfer Data给出时此项必选。12：联合使用1和2措施，当为出流时
31、用1，否则用2。D）边界水面是否需要倾斜以适应可能的风或者Coriolis结构。相关的表述在章节Recommended Selection and Values。要使用倾斜设置，进行倾斜方法的选择并设定绕哪一点进行倾斜，该倾斜设置当为流边界时或者边界数据设定为迁移数据时不可用。E）边界处的流向如何？默认流向是垂直于边界面的。如果不垂直，则需要用户自己为各个边界节点的流向创建一个1型数据文件。方向应当以角度数给出并以顺时针为正方向。方向数据文件应当只包含一个时间步，即流向在整个模拟过程中始终为常量。然而，方向仅仅用于入流，出流时流向可由模型内的点推断得出。当边界数据为迁移数据时方向设置不可用。*
32、用户自设定边界：设定自定义边界的数目，然后设定开边界的位置，即在边界网格线上的始末点的坐标。自设定边界仅仅相对于以下两种情况：（1）有一个长的开边界，但是中间由两个小岛屿隔断。菜单会显示为三段小的边界。如果边界条件对于该三个边界均相同或者对于整个边界可以非常方便地保存在同一个1类的数据文件或者迁移文件（transfer file）中，用户可以将这三个边界设定为一个边界。其中将包含少量的陆地点，但是不是错误。（2）用户希望设定模型内部的开边界。内部开边界是指没有座落在任意模型区域边的边界。可以通过内部开边界使得模型尺寸变小。注意：如果要引入内部开边界，必须以陆地节点填充该开边界后面的区域。在模型边上的所有水节点必须均被包含在开边界中。出于MIKE21的计算结构，对于边界设定有一些限制如图5.2所示。在内部开边界和模型边界之间的部分不能有计算域内的水域存在。*对于选择和值设
