MIKE 21是一個專業(yè)的工程軟件包，用于模擬河流、湖泊、河口、海灣、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及環(huán)境。MIKE

21為工程應用、海岸管理及規(guī)劃提供了完備、有效的設計環(huán)境。高級圖形用戶界面與高效的計算引擎的結(jié)合使得MIKE21在世界范圍內(nèi)成為了一個專業(yè)河口海岸工程技術(shù)人員不可缺少的工具。ECO

LAB環(huán)境模塊的加入使得 ?MIKE

21還是一個有效的環(huán)境模擬及評價工具。全球眾多的工程技術(shù)人員及科學工作者都依賴于MIKE21作為他們的關(guān)鍵模擬工具。

MIKE

21使用了最先進的計算機軟件和硬件，適用于WINDOWS系統(tǒng)(98、NT、2000和XP)，為用戶提供：

友好的用戶界面

強大GIS數(shù)據(jù)接口和GIS數(shù)據(jù)處理工具

免費的數(shù)據(jù)處理工具，如AutoCAD轉(zhuǎn)換到MIKE

21等

開放靈活的環(huán)境評價平臺

– ECOLab

結(jié)果分析和圖形演示的支持工具

MIKE

21經(jīng)過了超過25年連續(xù)的開發(fā)和改進，結(jié)合了世界上千用戶的使用經(jīng)驗。DHI一直使用MIKE

21進行科研工作，同時為模型的開發(fā)和應用提供了寶貴的橋梁。

MIKE

21模型的子模塊主要有以下4個領(lǐng)域：

海岸水文學和海洋學

環(huán)境水文學

泥沙傳輸過程

波浪

MIKE

21網(wǎng)格介紹

MIKE21系統(tǒng)包括了以下幾個模擬引擎:

單一網(wǎng)格 傳統(tǒng)的矩形模型，將研究區(qū)域劃分成同一大小的矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格的大小(分辯率)由模擬區(qū)域大小及具體應用決定，網(wǎng)格越小計算精度越高，但耗時越長。

嵌套網(wǎng)格 也是矩形模型，只是在同一模型中可以有多種網(wǎng)格大小。在大網(wǎng)格模型中可以嵌套小網(wǎng)格模型。

曲線網(wǎng)格

網(wǎng)格呈四邊形或近似矩形，主要適用于蜿蜒河段的水動力學計算和河床演變分析

有限元網(wǎng)格 三角形網(wǎng)格，采用有限元解法。該網(wǎng)格能夠很好地模擬彎道或水上結(jié)構(gòu)物周圍區(qū)域的流場。

MIKE

21主要特點

無障性 ---

具有完備GUI功能的高級模擬軟件工具，易于使用；

高效性 ---

快速可靠的模擬引擎，確保高產(chǎn)出——一個真正廣為應用的工具；

便捷性 ---

有支持軟件用于數(shù)據(jù)處理、分析和表現(xiàn)；

廣泛性 ---

包括了近乎滿足各種河口海岸模擬需求的模塊；

兼容性 ---

用于在第三方程序中(如Matlab)處理模擬數(shù)據(jù)的GIS集成和工具；

靈活性 ---

多種計算網(wǎng)格、模塊及許可選擇確保用戶根據(jù)自身需求來選擇模型；

公認性 ---

有長達25年的記錄及在全球的廣泛應用所證明的技術(shù)。

MIKE

21主要模塊

(1)前后處理模塊 –

Pre- & Post Processing (PP)

MIKE

21為用戶準備輸入數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分析、和結(jié)果的演示提供了靈活方便的工具。MIKE

21系統(tǒng)使用相同的數(shù)據(jù)格式、文件、和目錄結(jié)構(gòu)作為前后處理的工具，以便應用于各種輸入和輸出數(shù)據(jù)及結(jié)果演示的操作中。

MIKE

21的前后處理工具主要應用于：

數(shù)據(jù)的讀取、編輯和打印

生成地形網(wǎng)格文件

地形的轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)

繪制時間序列、線序列、彩色等值線，三維表面等

水動力學相應的工具有：

邊界條件的準備

流量的計算

對流擴散模塊需要用到的工具有：

邊界條件的準備

波浪模擬會涉及到的工具有：

規(guī)則波的生成

不規(guī)則波和單向波的生成

不同類型波譜的生成

波浪反射和透射系數(shù)的計算

FFT分析

消能邊界的準備

二維風場的準備

波生流邊界條件的準備

泥沙模擬需要的工具有：

泥沙計算表格的生成

泥沙計算表格的擴展

輸沙量的計算

風暴引起的泥沙淤積總量計算

潮汐計算涉及的工具有：

潮高和潮流的預測

潮高和潮流的分析

MIKE

21主要使用三種不同的數(shù)據(jù)格式，包括：

“0”格式 -

(時間序列)包括各點的時間序列

“1”格式 -

(線序列)包括一條線上的序列，如沿網(wǎng)格線計算得到的流速；

“2”格式 -

(距陣序列)包括二維數(shù)據(jù)的序列，如地形數(shù)據(jù)、初始條件或計算結(jié)果。

任何一種類型的MIKE

21的數(shù)據(jù)文件都能轉(zhuǎn)換為ASCII格式的文本文件，這使MIKE

21的數(shù)據(jù)能與其他多種應用程序進行數(shù)據(jù)交換。

(2)水動力學模塊 –

Hydrodynamics (HD)

該模塊模擬由于各種作用力的作用而產(chǎn)生的水位及水流變化。它包括了廣泛的水力現(xiàn)象，可用于任何忽略分層的二維自由表面流的模擬。HD模塊是MIKE

21軟件包中的基本模塊，它泥沙傳輸和環(huán)境水文學提供了水動力學的計算基礎。

HD模塊模擬湖泊、河口和海岸地區(qū)的水位變化、和由于各種力的作用而產(chǎn)生的水流變化。當用戶為模型提供了地形、底部糙率、風場和水動力學邊界條件等輸入數(shù)據(jù)后，模型會計算出每個網(wǎng)格的水位和水流變化。

模型利用ADI二階精度的有限差分法對動態(tài)流的連續(xù)方程和動量守衡方程求解。

由于MIKE 21

HD模塊是非常通用的水文學工具，它可以用來描述各種水力現(xiàn)象，如：

潮汐交換和潮流

風暴潮

漩渦

港區(qū)的水面波動

潰壩

海嘯

(3)水質(zhì)和環(huán)境評價模塊

對流擴散模塊(AD)

該模塊模擬水中溶解物由于對流和擴散作用的傳輸過程，如：

鹽度

熱交換

大腸菌群

其他異型生物質(zhì)的化合物

線性衰減和熱耗散也能通過AD模塊來計算。

AD方程是采用三階精度有限差分法，QUICKEST-SHARP或ULTIMATE-QUICKEST來求解。這樣的解法有效的避免了對流擴散模塊中質(zhì)量守衡、偏高和偏低值的問題。第三種可能是使用簡單的UPWIND解法來求解。

AD模塊的典型應用有以下三類：

發(fā)電廠冷卻水的循環(huán)和脫鹽廠的鹽循環(huán)

各種守恒或線性衰減水溶物的環(huán)境研究，如鹽、溫度、污水、菌群、有毒的有機化金屬或放射性元素

高級水質(zhì)模塊中水溶物擴散計算(高級的水質(zhì)和環(huán)境評價分析則需要借助MIKE

21的水質(zhì)模塊ECOLab進行模擬)

水質(zhì)模塊

(ECOLab)

ECOLab是一個完備的、用于生態(tài)模擬的數(shù)值實驗室，它提供了從簡單到復雜的解決方案。而且，還提供了一系列的模板，用戶可根據(jù)自己的具體應用選擇使用模板，并可在此基礎上寫入自己的公式來創(chuàng)建自己的應用模板，從而為用戶節(jié)省了大量用于編程的時間。

該模塊用于河流、濕地、湖泊、水庫等的水質(zhì)模擬，預報生態(tài)系統(tǒng)的響應、簡單到復雜的水質(zhì)研究工作、水環(huán)境影響評價及水環(huán)境修復研究、水環(huán)境規(guī)劃和許可研究、水質(zhì)預報

ECOLab包括一整套子模塊，每一個子模塊用于具體的水質(zhì)問題，包括：

WQ：

BOD/COD-DO關(guān)系(模型復雜程度分七級)

N和P輸運(硝化、反硝化、吸附)等

濕地中N和P的持留(植物吸收、反硝化、泥炭中積聚等)

大腸桿菌(糞及總大腸桿菌)

EU：

富營養(yǎng)化(12個模型組分的營養(yǎng)鹽循環(huán))

浮游植物和生物動力學(葉綠素-a、碳、氮和磷)

著床植物和碎屑

氧平衡

HM：

重金屬歸宿

水相濃度(溶解的和懸浮的)

沉積物中金屬(空隙水中含量、吸收和富集)

生物體內(nèi)累積

溢油分析模塊(SA)

模擬懸浮物質(zhì)的擴散和風蝕，僅用于預報溢油問題、評估意外溢油預案分析(需要和PA聯(lián)合使用)。

(4)泥沙傳輸模塊

MIKE

21包含三種類型的泥沙傳輸模塊，輸沙模塊、輸泥模塊和質(zhì)點模塊。

輸沙模塊(ST)

MIKE

21的ST模塊根據(jù)水流的作用或水流和波浪的共同作用

來計算輸沙率。在波浪和水流的共同作用時，模型利用DHI模型STP的波周期公式計算輸沙率。如果只有水流的作用，用戶可選擇多種常用的輸沙計算公式。初始的淤積/沖刷利用泥沙的質(zhì)量守衡來確定。

ST模塊主要用來確定泥沙的傳輸模式(或傳輸模式的改變)、和由于工程建筑引起的淤積/沖刷的初始速度。如：灘地開墾、挖泥操作或海岸建筑。

STQ3：準三維泥沙傳輸，是ST的添加模塊，它提供了次生效應的信息。

CAMS：

海床演變模塊，結(jié)合ST模塊聯(lián)合運用，集成了波浪、水流和沙的各種影響模擬沿海動床和沖淤變化成為一個完全動態(tài)的地形模型。

粒子分析模塊

(PA)

模擬水中溶解或懸浮物質(zhì)的傳輸路徑及歸宿。PA模塊把水中污染物視為粒子，在二維水體中以傳輸和擴散的方式運動。PA應用拉格郎日法進行計算，所以粒子的運動和結(jié)果的精度不受網(wǎng)格大小的限制。

PA模塊主要用于江、河、湖、海中發(fā)生的意外溢漏的模擬，并且能夠模擬沉淀和衰減的過程。

輸泥模塊(MT)

MIKE

21的輸泥模塊(MT)結(jié)合了多粒徑級和底床分層，描述了粘聚性泥沙(淤泥或黏土)在波浪和水流作用下的沖刷、傳輸和沉積。MT模塊還考慮了河(海)床的不同固結(jié)程度。

由于缺少普遍適用和基于原理的粘聚性泥沙公式，模型會一定程度上的依賴于經(jīng)驗公式。因此，對于沖刷和淤積的數(shù)學描述，盡管以物理原則為基礎，仍來源于經(jīng)驗公式。AD模塊中運用的對流擴散原理在MT模塊中用來描述懸移質(zhì)的運動和擴散。

輸泥模塊可以計算港區(qū)內(nèi)、內(nèi)陸湖和海岸地區(qū)的粘聚性泥沙的淤積情況，并進而確定挖泥的操作。

(5)波浪模塊

用戶可以根據(jù)需要在MIKE

21中選擇不同的波浪模塊，基本上MIKE

21中的波浪模塊可分為兩類：

基于波浪運動概念的模塊(OSW、NSW)

基于動量概念的模塊(BW、EMS和PMS)

近岸波譜模型(NSW)

NSW模塊用于計算不考慮波浪衍射的海岸地區(qū)形成的波場，用于模擬位于近岸的短周期和短波幅波浪的傳播、成長和衰落。

MIKE

21的NSW模塊是風浪波譜模型，描述了近岸地區(qū)短波的傳播、發(fā)展和衰減。模型包括了不同水深的波浪折射、風生波和由于底部糙率和波浪破碎產(chǎn)生的波能耗散。NSW模塊還能為波生流的計算提供波浪的輻射應力，如作為泥沙計算的一部分。當然，NSW模塊還能考慮潮流和風導致的水位變化。

MIKE

21的NSW模塊主要應用于外海地區(qū)，波浪由深水傳播到淺水的變化過程。還有，對于海岸地區(qū)波浪條件(如波高、波周期和波向)的評估是非常關(guān)鍵的，另外一個外海地區(qū)的重要問題是泥沙傳輸?shù)哪M，而泥沙的運動很大程度上受到波浪產(chǎn)生的沿岸流影響。上述問題可以借助NSW模塊來計算波浪的輻射應力，進而計算波生流和對泥沙傳輸?shù)挠绊憽?/p>

遠岸波譜模型(SW)

這是第三代譜波模型，用于模擬風生波的成長、衰落和轉(zhuǎn)變以及外海地區(qū)的巨浪，并能夠為NSW模型提供理想的外海波浪的邊界條件。

Boussinesq波浪模型(BW)

建立在Boussinesq方程基礎上，是MIKE

21模型中最高級的波浪模塊。能夠模擬在沿海和港區(qū)內(nèi)多種波浪的組合影響，如波浪的反射、折射、衍射等。可用于研究和分析港口及沿海地區(qū)的波擾動。現(xiàn)在包括了破碎波及長波的產(chǎn)生。

橢圓型緩坡度波模型(EMS)

可用于研究沿海地區(qū)的波浪動力條件，例如，由線性和單頻波作用力所引起的港口共振響應。能夠和HD模塊聯(lián)合使用模擬破波帶附近的波生流。可用于計算衍射和波浪破碎較為重要的小型海域。

拋物線型緩坡度波模型(PMS)

是一個通過假設主波向和忽略波浪的向后散射的簡化的EMS模型，可用于研究大型開放海域的波浪場。

MIKE 21主要應用

-河口海岸結(jié)構(gòu)物設計數(shù)據(jù)的評價

-港口布局和海岸保護措施的優(yōu)化

-冷卻水、海水淡化及再循環(huán)分析

-河口海岸及海洋結(jié)構(gòu)物的環(huán)境影響評價

-海上安全操作和航行海情預報

-沿海洪水和風暴潮預警

-內(nèi)陸洪水及坡面流模擬

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的利用matlab求解二维水动力,[转载]MIKE系列软件之二维河口与海岸模拟软件MIKE 21...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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