MIKE21的案例
Mike 21溢油模擬分析
Mike 21溢油模擬分析
介紹
溢油是由于人類活動導致的液態石油碳氫化合物向環境的釋放，是污染的一種形式。這通常指海上溢油，油釋放到海洋或者河口，油有很多的組分，包括原油，輕質油（如汽油或燃油）以及副產品。
DHI的溢油模型用來預測在海洋溢出的油的歸宿，包括傳輸擴散和化學組分的變化。計算模型選用的是拉格朗日模型，可以與水動力模型進行耦合求解。
什么是油
簡介
原油是很多化學組分的復雜油合物。組分不同致使很多原油類型有不同的化學和物理特征。
煉油廠的提煉過程將原油轉化為一些精致石油產品，如下圖所示。
風化過程
油在水面溢出后，立即擴散為幾毫米厚的油膜。擴展主要是受到重力和表面張力的影響，而且大部分不同尺寸的油很快就達到了0.1mm的近似平均厚度。海水的對流和風場的共同作用影響表面油膜和浸入水體的油滴。
由于蒸發、乳化、擴散、溶解、光氧化、沉淀以及生物降解，油會改變它的物理和化學特征，同時很多會消失。所有提到的過程都互相影響并都與油的風化有關。
擴展、蒸發、擴散和溶解可以定義為短期的風化過程，而乳化、生物降解和光化學氧化可以認為是長期的風化過程。
油膜中不同的化學成分通過不同的分子量來表明組分的揮發性，以及如何被風化過程影響。下圖表明了這些過程的互相作用以及油的組分。
油組分
為了更好預測風化過程，油通常按某種屬性分為幾種組分。這通常需要知道每種組分厲性的詳細知識。因此出于模擬的目的需要知道油的特別厲性，或者通過數據庫來執行特別的計算。
在DHI油風化模型的溢油模版中，將油劃分為2種組分：輕組分和重組分；輕組分定義為碳氫化合物分子量小于160g/mol，沸點小于300℃。重組分定義為碳氫化合物分子量大于160g/mol，沸點在250~300℃之間或以上，包括蠟和瀝青組分。
展開 講講帥氣的MIKE
應用領域
海洋
海岸
海港和碼頭
泥沙流移
生態學
河流和水庫
洪水
氣候變化
水質
水資源管理
水資源分配
收集系統
廢水處理
地表水和地下水
滲流
主要產品
MIKE 21 －海岸和海洋 2D 建模
MIKE 3 －海岸和海洋 3D 建模
MIKE 11 －無限河流建模
MIKE FLOOD －城市、海岸及河流洪水建模
MIKE SHE －- 綜合水文學
MIKE HYDRO Basin －綜合流域管理
LITPACK －海岸地貌活動和海岸線動力學
MIKE URBAN －城市水務建模
WEST －廢水處理廠的建模和模擬
FEFLOW －高級地下水建模
MIKE 21 FM軟件包
MIKE 21是一個專業的工程軟件包，用于模擬河流、湖泊、河口、海灣、海岸及海洋的水流、波浪、泥沙及環境。
MIKE 21為工程應用、海岸管理及規劃提供了完備、有效的設計環境。高級圖形用戶界面與高效的計算引擎的結合使得MIKE21在世界范圍內成為了一個專業河口海岸工程技術人員不可缺少的工具。ECO LAB/Oilspill環境/溢油模塊的加入使得MIKE 21還是一個有效的環境、溢油模擬及評價工具。
1. 水動力學模塊(HD)
該模塊模擬由于各種作用力的作用而產生的水位及水流變化。它包括了廣泛的水力現象，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，它為泥沙傳輸和環境水文學提供了水動力學的計算基礎。
HD模塊模擬湖泊、河口和海岸地區的水位變化、和由于各種力的作用而產生的水流變化。
展開 經典案例 | 國家城市濕地公園項目BIM技術應用
設計分析優化，項目區內的設計島嶼眾多，水網縱橫交錯，深槽淺灘密布，不同水位會產生不同水陸邊界，傳統水動力模型邊界處理工作量繁瑣且準確性不高，本項目打通三維數字模型與分析模型的數據接口，利用Civil 3D曲面疊加的方法來尋求水陸邊界，建立MIKE21水動力模型、水質模型并進行分析計算，得到水位、水深、流速、水質的動態分析結果，進一步優化航道路線、島嶼、垛田及涵閘建筑物的布置方案。
2、蓄水閘設計
為保障枯水期綠水灣濕地的生態水位要求，新建一座集行洪、蓄水和景觀功能于一體的綜合性工程，蓄水閘采用底軸翻板閘結構，總凈寬110米，單跨布置，閘門凈擋水高度4米，蓄水閘設計基于Vault服務器部署項目協同工作平臺，進行設計人員組織與權限分配，實現了各專業的協同設計。
BIM模型導入Midas GTS進行三維有限元分析，根據計算結果優化模型，BIM模型導入三維配筋軟件，可快速進行結構配筋設計，生成二維鋼筋圖表，提高鋼筋圖出圖效率及準確性，運用我院自主開發的工程量統計插件，設置統計、輸出規則、計算模型工程量并生成清單，極大的提高了工程量統計效率。
3、景觀設計
在Mars平臺中加載傾斜攝影、BIM模型等數據，實現周邊場景快速還原，在PC或VR端進行三維可視化種植，可直觀展示景觀設計方案，達到所見即所得的效果，設計中可自主調節植物高度、冠幅、地徑、胸徑等參數，通過植物信息模型可快速查看植物的科、屬、生態習性等信息，按場地生境類型合理選擇植物種類，模擬植物四季變化，可進一步優化樹種搭配，更直觀的感受到不同季節的景觀特色。
通過飛行和人視視角進行景觀視線分析，優化視線焦點引導、種植群落搭配以及豎向空間層次，進行真實日照情況模擬，直觀展示植物郁閉度，合理調整種植間距和密度，可一鍵導出詳細的苗木清單表，準確控制投資，減少工作量。
展開 非結構網格河道挖空
MIKE 11 與 MIKE 21 FM 耦合
河道挖空
MIKE+ 獲取河道挖空控制線
應用場景：MIKE 11 河道模型與 MIKE 21 FM 非結構網格耦合，挖空一維河道所在區域網格。
概化思路：基于一維河道模型左右岸岸線，挖空二維網格。本篇介紹借助 MIKE+ 獲取耦合岸線的方法。
水數值模型奠基人：MIKE
隨后的兩年，MIKE又回到了丹麥，在DTU的應用數學系任教，教授應用數學課程。
1965年，他接受了荷蘭代爾夫特國際基礎設施、水利與環境工程學院（IHE）（校友們都看過來!）的邀請，在水力和環境工程系任教。一直到2001年。在校期間，他干了幾件值得他吹一輩子牛的事情（重頭戲來了）：
1969年，他創立了計算水力學（Computational Hydraulics），自封為計算水力學之父，1989年，他又在原來計算水力學的基礎上，更創立了水信息學（Hydroinformatics），水信息學的最核心的內容是數值模型，MIKE又自封為水信息學之母。1999年他又和Roger Falconer教授一起，創立了Hydroinformatics期刊（2017-2018影響因子1.797），相比我們的給水排水（0.568）加上中國給排水（0.642），還要高很多。Hydroinformatics目前每兩年舉辦一次大會。
在此期間，他又任職于丹麥水利研究所 (DHI)，領導并且開發了第三代水力模型軟件，隨后又主導開發了第四代商業水力模型軟件Mouse,MIKE 11, MIKE 21, MIKE SHE等，這些軟件在世界上獲得了巨大的成功，110多個國家都在用MIKE的軟件，包括中國現在很多科研院所，規劃設計院，水務運營機構都在沿用至今，也是為了紀念MIKE對于商業水力模型軟件的貢獻，當時DHI的總經理Torben S?rensen將開發出來的這些軟件均以MIKE打頭來命名，這是一個行業里面至高的榮譽，現在我們每次打開軟件的時候，都是在向這位大師致敬！
展開 建立水動力模型！
Step 2 設置模型參數
首先，選擇【MIKE 21】→【Flow Model FM（.m21fm）】，然后就打開了設置參數的界面，如下兩圖：
接下來，設置一下參數。
【Domain】，加載mesh文件，其他參數均保持默認。
【Time】，這個需要自己設置，如下圖：
模擬結束時間 － 模擬開始時間 = 時間步長 × 時間步數
對于時間步長如何確定，也并沒有特定的要求，我一般是根據情況取 60(1分鐘) 或 120(2分鐘) 或 180(3分鐘) 或 240(4分鐘)。
關于時間步長和時間步數，我自己做了一個 Excel 小工具，很方便計算，上傳到我的CSDN資源庫里了，有需要的讀者可以到資源欄目中自行下載（不需要積分），叫做：【MIKE小工具】-計算時間步數-晏長街。
【Module Selection】，模塊選擇，其中水動力模塊（Hydrodynamic）是必選的。我們這里也只選擇水動力模塊。
接下來的設置就都是水動力模塊的參數了。
【Solution Technique】，算法。
Shallow water equations，淺水方程，Time和Space均選擇低階運算方法（Low order，fast algorithm）就行，其余均保持默認。
Transport equations，傳輸方程，均保持默認。
【Depth】，一般不需要水深校正，No depth correction，保持默認。
【Flood and Dry】，干濕邊界，一般取默認值。干水深 0.005m，淹沒水深 0.05m，濕水深 0.1m。
【Density】，密度，一般保持默認選擇正壓模型，Barotropic。
如果選擇正壓模型，溫度和鹽度會被定義為常數，在整個模型中保持不變。
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