MIKE 11模型在南通平原河网模拟中的应用

MIKE11模型在河道水环境治理中的运用发表时间：2020-08-07T16:41:36.930Z 来源：《科学与技术》2020年8期作者：蒋余超丁志斌[导读] 我国是一个水资源匮乏的国家，城市的飞快发展使水资源与水环境问题愈发突出，摘要我国是一个水资源匮乏的国家，城市的飞快发展使水资源与水环境问题愈发突出，近年来全国各地正在开展水环境治理。

常规设计往往集中在河道外围，对污染物特征、水质变化规律、水环境容量等河道本体的研究甚少。

本文以南京市南十里长沟水系为例，基于传统设计与工程措施，运用MIKE11模型模拟污染物迁移演变规律，计算水环境容量，提出污染物削减量，指导后续设计与水质管理。

关键词：水环境治理；MIKE11模型；水环境容量水是生命之源，是人类生活与生产最重要的自然资源，是经济和社会可持续发展的基础条件。

水资源的匮乏将制约国民经济的发展，而水污染问题无疑是雪上加霜。

笔者从事市政工程设计工作多年，参与设计了很多水环境或黑臭河道治理项目。

总结设计过程发现如下问题：（1）传统河道水环境治理的设计与工程措施大多聚焦在岸上，如控源截污、初雨调蓄等措施，试图从河道外围，从污染源头解决污染问题，杜绝污水下河。

但河道的污染与治理是一个长期并且动态的过程，常规工程措施无法精确预测并应对。

（2）传统设计的理论及计算过于简单、理想化，难以应对复杂或突发的环境问题。

（3）传统设计缺少水环境理论指导，对河道本体的研究，如河道污染物特征、水质变化规律、水环境容量等研究甚少。

水质模型是一种基于物质守恒原理的数学模型，用于研究水体中各种组分循环过程中的物理、化学、生物方面的变化规律。

水质模型是污染防治、环境规划与管理以及决策分析的重要工具，目前已广泛应用于水环境保护研究，但在市政工程实例中的应用尚不多。

在城市河道的水环境治理中可以尝试引入水质模型，通过模型模拟并定量分析污染物在水体中的迁移演变规律，指导工程设计和后期的运行管理。

基于MIKE11水动力模型的河道溃堤洪水模拟研究本文通过分析MIKE11水动力模型基本理论和计算方法，对太子河干流河道利用该模型进行模拟分析，然后依据洪水、过流能力、水量平衡等实测数据结果对模型的可靠性与适用性进行验证分析。

研究表明：MIKE11水动力学模型能够较好的反映太子河干流河道溃堤洪水实际状况，模型表现出较强的适用性与可靠性；本文研究成果对于准确还原和分析洪水发生过程具有重要意义。

标签：太子河流域；MIKE11模型；河道溃堤；洪水模拟1 MIKE11水力學模型太子河流域属于温暖带湿润半湿润气候区全年降水量充足其中71.2%降雨量集中在6～8月，全长413km流经本溪、辽阳以及鞍山等市。

流域上、下游水位及干支流状况对河道的影响显著，河道内水位流量变化关系复杂，对河道溃堤洪水演算采用传统的水文学法已无法满足相关要求，而利用圣维南方程组可对任意时刻任意河道内的水位、流速和流量等因素进行计算分析[1]。

据此，本文通过构建MIKE11模型对太子河防洪保护区的河道溃堤洪水过程利用模型进行模拟分析，然后对模型模拟结果的合理行和可靠行进行了验证，以期为该区域洪水风险图编制和制定防洪减灾措施提供一定的决策依据和理论支持。

1.1 模型原理河道水流为均质流态、不可压缩的基本假定为MIKE11水动力学模型的前提条件，利用一维明渠非恒定流微分方程即圣维南方程组进行模拟分析。

圣维南方程组如下所示：1.2 构建模型MIKE11水力学模型主要有河网文件、断面文件、设定边界条件并形成边界文件，利用水文计算结果形成时间序列文件、设定时间步长形成模拟文件，实现一维河道及溃口的概化演算。

地形地貌结构参数利用分辨率为50m×50m的数字高程图（DEM）进行处理所得，利用非结构三角网络进行单元网格划分[2]。

河道溃堤过程可采用MIKE11模型的溃堤模块进行模拟分析，并分别对溃堤时机、溃口位置以及尺寸进行设置。

模型的上游边界以河流的流量为边界，且以上游断面在设定年限内的洪水过程为输入参数，下游边界是利用曼宁公式推算出的水位作为边界，同时应考虑各断面的频率峰值，如下所示：上述公式中：——分别为分洪流量和堰流系数；——分别为宽度和堰流指数；——分别为堰上游水位和堰下游水位；——堰顶高程。

基于MIKE11模型的平原城市超标准洪水调度方案研究陈瑾仪;高成;曹淳妍;庆丹丹;张博尧【期刊名称】《水资源研究》【年(卷),期】2024(13)2【摘要】由于全球气候变暖和更频繁的极端降水事件,未来几年平原城市超标准洪水灾害的发生频率和强度预计将会继续增加。

聊城市地处黄河下游、鲁西平原,是山东省历史上遭受洪涝灾害最多、最重的地区之一。

面对可能发生的超标准洪水灾害,本文建立MIKE11河网水动力模型对其进行洪涝模拟,提前制定超标准洪水调度方案,科学利用工程与非工程工程措施在市域范围内形成联合调度模式,保障城市的防洪安全。

结果表明,调度方案能够满足聊城市防御目标和保护对象的要求。

超标准洪水三道防线和中心城区独立防洪圈建成后,即使遭遇超标准洪水,也可有效保护聊城市及中心城区的防洪安全。

同时,调度方案考虑到聊城市未来规划建设,既解决了中心城区现状河道数量较少,调蓄能力不足问题,又布置了闸泵工程设计河道排涝出路,进一步提升了聊城市的防洪排涝能力。

本文的研究结果也为我国同类平原城市洪涝调控提供了新的理论依据,具有参考意义。

【总页数】11页(P200-210)【作者】陈瑾仪;高成;曹淳妍;庆丹丹;张博尧【作者单位】河海大学水文水资源学院南京;河海大学设计研究院有限公司南京【正文语种】中文【中图分类】TV8【相关文献】1.基于MIKE11水动力模型的河道溃堤洪水模拟研究2.基于MIKE11模型与GIS 的平原感潮城市洪涝灾害研究3.基于SWMM和MIKE11的改善雨后城市河湖水质优化调度方案研究4.基于MIKE11模型的平原感潮河网城市防洪规划研究5.基于MIKE11模型的南涑河初汛期水质水量调度研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

mike11建模方法及模拟应用Mike11是一种常用的水文模型建模方法，用于模拟水文过程和应用。

该方法的应用范围广泛，可用于河流、湖泊、水库等水体系统的模拟与预测，对水资源管理、洪水预警、水环境保护等领域有着重要的作用。

Mike11模型是由丹麦水研究院（DHI）开发的，它基于有限元数值方法，通过离散化水体系统并建立数学模型，模拟水流的运动和相应的水文过程。

该模型的核心是对流体运动方程和质量守恒方程进行求解，以揭示水流的特性和变化规律。

Mike11模型在建模过程中，需要根据实际情况选择适当的模型元素。

模型元素包括河道、湖泊等水体的几何形状、边界条件、初始条件等。

通过输入相应的数据，如流量、水位、降雨等，模型可以模拟出水体的流动情况，并给出相应的结果。

Mike11模型的建模过程主要包括以下几个步骤：1. 数据预处理：收集和整理与水文过程相关的数据，如水位、流量、降雨等，以及水体的几何形状数据。

2. 模型网格划分：将水体划分为一系列的网格单元，以离散化水体系统。

网格的划分需要根据实际情况进行，以保证模型的精度和效率。

3. 边界条件设置：根据实际情况设置模型的边界条件，如入流边界条件、出流边界条件等。

边界条件的设置对模型结果的准确性有着重要的影响。

4. 模型参数设定：根据实际情况设置模型的各项参数，如摩擦系数、流速、水体的初始状态等。

模型参数的设定需要根据实际观测数据和经验进行。

5. 模型求解：利用数值计算方法求解模型的运动方程和质量守恒方程，得到水体的流动情况和水文过程的模拟结果。

6. 结果分析与验证：对模拟结果进行分析和验证，与实际观测数据进行比较，评估模型的准确性和可靠性。

如果模拟结果与实际情况相符合，说明模型建立的合理，可以用于进一步的水文预测和应用。

Mike11模型的应用十分广泛。

例如，在水资源管理领域，可以利用该模型对水库的蓄水过程进行模拟和预测，为水库调度提供科学依据。

在洪水预警方面，可以利用该模型对河道的水位和流量进行模拟，及时预警和减轻洪水灾害的影响。

Mike系列软件在平原河网区合理水面率研究中的应用
温进化;杨铁锋
【期刊名称】《浙江水利科技》
【年(卷),期】2007(000)006
【摘要】分析平原河网区合理水面率需要从水域承载的行洪除涝、水资源利用等基本功能出发来实现,而平原河网区行洪除涝和水资源供需平衡分析计算较复杂.分别采用Mike系列软件中的Mike 11和Mike Basin软件进行不同条件下的水动力学模拟和水资源供需平衡模拟,为分析计算提供了较为理想的工具,取得了较好的效果.应用表明:Mike系列软件功能强大、应用方便、计算结果准确可靠.
【总页数】3页(P49-51)
【作者】温进化;杨铁锋
【作者单位】浙江省水利河口研究院,浙江,杭州,310020;浙江省水利河口研究院,浙江,杭州,310020
【正文语种】中文
【中图分类】TP319
【相关文献】
1.城镇圩区排涝模数与合理水面率研究 [J], 郑雄伟;周芬;侯云青;钟名军
2.MIKE11模型在万顷沙平原河网区排涝分析中的应用 [J], 赵尔官
3.MIKE11、InfoWorks ICM和HEC-RAS在明渠水面线计算中的应用对比研究[J], 陈燕平;霍培书;汤丁丁;赵皇;周艳
Works RS软件在平原河网计算中的应用研究 [J], 喻胜春;袁锦虎;邹允福
5.MIKE系列模型在蓄滞洪区洪水模拟中的应用研究 [J], 刘晓琴;刘国龙;王振因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

MIKE 11 HD主要用于洪水预报与水库联合调度、河渠灌溉系统的设计调度，以与河口风暴潮的研究，是目前世界上应用最为广泛的商业软件，具有计算稳定、精度高、可靠性强等特点，能方便灵活地复杂河网水流、模拟闸门、水泵等各类水工建筑物的运营调度，尤其适合应用于水工建筑物众多、控制调度复杂的情况。

Mike11水动力计算模型是基于垂向积分的物质和动量守恒方程，即一维非恒定流Saint-Venant方程组来模拟河流或河口的水流状态。

ðA ðt +ðQðx=qðQ ðt +ð(αQ2A)ðxg+gAðℎðx+gn2Q|Q|AR4/3=q式中：x、t 分别为计算点空间和时间的坐标，A 为过水断面面积，Q为过流流量，h为水位，q为旁侧入流流量，C为谢才系数，R为水力半径，α为动量校正系数，g为重力加速度。

方程组利用Abbott-Ionescu六点隐式有限差分格式求解，如下图5.1所示。

该格式在每一个网格点不同时计算水位和流量，而是按顺序交替计算水位或流量，分别称为h点和Q点。

Abbott-Ionescu格式具有稳定性好、计算精度高的特点。

离散后的线形方程组用追赶法求解。

图 1 Abbott格式水位点、流量点交替布置图• 连续性方程求解对每一h 点求解连续性方程。

h 点处过流宽度b s 可以描述为，ðA ðt =b s ðℎðt则连续方程可以写为，ðQ ðx +b s ðℎðt=q 这里空间步长上，只有对Q 求导，如图5.2所示，则在时间步长n+1/2时，空间步长对Q 的导数为，ðQ ðx ≈Q j+1n+1+Q j+1n 2−Q j−1n+1+Q j−1n 22∆x jðℎðt ≈ℎj n+1−ℎj n ∆t而b s 又可以写为，b s ≈A o,j −A o,j+1∆2x j 式中A o,j 为计算点j-1和j 之间的面积，A o,j+1为计算点j 和j+1之间的面积，Δ2x j 为计算点j-1和j+1之间的空间步长。

河⽹概化计算mike11摘要：介绍了平原地区河⽹概化⽅法原理及计算过程。

基于河⽹概化后的排涝复核计算，可优化平原河⽹⾻⼲河道断⾯，较传统的推求河道的⽔位计算河道断⾯更为合理。

并以九圩港河为例，对该河道进⾏了排涝复核，提出了排涝复核河道断⾯。

关键词：平原河⽹；概化；排涝复核1 ⾻⼲河⽹基本情况南通市的基本河⽹共分五级,即⼀级河(⼲河)、⼆级河（⽀河）、三级河（⼤沟）、四级河（中沟）、丰产沟（⼩沟），以⼤沟定向，逐级派⽣中沟、⼩沟、⽥块。

其中⼲河12条，为直接通江通海的主要引排⼲河，为调节全市境内各级河⽹的纽带，⽀河为联系基本河⽹，起控制调度整个河⽹的作⽤。

南通市⾻⼲河道有如下特征：（1）⾻⼲河道多为⼈⼯开挖的运河，河道⽐较顺直；（2）河道⼤部分通江⼊海，有涵闸控制，引排⽔可统⼀调度；（3）⼤部分河流为双向⽔流；（4）各河流之间除⼩部分有内河节制闸控制外，⼤部分河流相互贯通，⽔体交换频繁。

2 ⾻⼲河⽹概化⽅法在分析南通市河⽹特性的基础上，考虑南通地区感潮河⽹的特点，对所涉及范围内的河道进⾏概化分析。

由于⾻⼲河道区间汇流河道数量众多，分布复杂，不便于计算，故将其区间汇流河道概化成河道的区间⼊流。

概化的具体步骤有以下两点：（1）⼀级河道的概化。

将12条⼀级河道取直，按照所处位置及相应长度绘出⽰意图，河道相交之处为节点，边界范围内相同河道⽔流作为节点边界条件处理。

（2）⼆级河道的概化：根据地⾯⾼程及实时观测资料确定河流的⽅向，将⼆级河作为⼀级河道的区间⼊流。

由于排涝流量与排涝⾯积是相对应的，并将⼆级河道的流域⾯积按⽐例分配到各汇⼊点，以箭头⽅向表⽰汇⼊⽅向。

3 排涝流量分析计算3.1 排涝模数的确定参照历史上的排涝出路总设想，南通市排涝可分为五⼤⽔利区，即江海平原区，⾼沙⼟区，⽃南垦区，沿江圩区，⾥下河区。

根据资料分析和实测结果，南通市河道洪峰流量主要由三⽇暴⾬形成，区域性规划中主要考虑⼤⾯积的排涝，因此排涝规划选⽤三⽇设计暴⾬。

MIKE11模型在万顷沙平原河网区排涝分析中的应用赵尔官【摘要】河网区水动力学条件复杂,为了得到较高精度的排涝演算结果,以广州万顷沙排涝片为例,基于MIKE11软件建立涝区河网模型,搜集现场实测地形和水文资料,对模型进行概化,对计算条件进行分析,利用该模型对水闸、泵站、河涌等排涝工程规模进行精确计算.计算结果表明,拟定的水闸、泵站工程规模满足20年一遇排涝要求,能确保内河涌水位在管控水位6.2 m以下.相比于传统\"平湖法\",MIKE11模型计算精度更高,可广泛应用于平原河网地区排涝演算.【期刊名称】《广东水利水电》【年(卷),期】2019(000)008【总页数】4页(P7-10)【关键词】平原河网;排涝分析;MIKE11;水动力学模型;概化【作者】赵尔官【作者单位】太原理工大学, 山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TV212.5+3万顷沙镇排涝片总面积为64.85 km2，位于广州南沙新区西南部，东侧为龙穴南水道，西侧为洪奇沥水道。

现状用地以水域、农田为主，开发强度较低，未来开发建设以新建工业园区为主。

现状东西向的八涌—十八涌为片内的骨干排水河涌，各河涌长度为5.5～6 km之间，近期规划对八涌—十一涌进行综合整治。

围内共22座水闸与外部水道相连，现状无外排泵站。

该片规划排涝选择“调蓄+自排+抽排+填高”相结合的模式，新建区域需对现有地面进行填高以适应河涌控制水位要求。

规划排涝标准采用20 年一遇最大24 h 暴雨不成灾，涝区水位满足不超过控制水位6.2 m的要求。

界河涌规划延伸，延伸后使八涌—十八涌连通使片区形成河网。

规划在十涌东出口新建十涌东排涝泵站、设计流量为45 m3/s，在十一涌西出口新建十一涌西排涝泵站，设计流量为20 m3/s。

排涝工程布局如图1所示。

万顷沙河网区地势较低，水系纵横、河流连通，受复杂水文条件及涝区运行调度影响，水流方向不定，无法准确确认河涌排水分区，传统的水文分析方法计算精度有限。