MIKE 21
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
MIKE 21的實(shí)例教程
Mike 21溢油模擬分析
介紹
溢油是由于人類活動(dòng)導(dǎo)致的液態(tài)石油碳?xì)浠衔锵颦h(huán)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(zhì)油（如汽油或燃油）以及副產(chǎn)品。
DHI的溢油模型用來(lái)預(yù)測(cè)在海洋溢出的油的歸宿，包括傳輸擴(kuò)散和化學(xué)組分的變化。計(jì)算模型選用的是拉格朗日模型，可以與水動(dòng)力模型進(jìn)行耦合求解。
什么是油
簡(jiǎn)介
原油是很多化學(xué)組分的復(fù)雜油合物。組分不同致使很多原油類型有不同的化學(xué)和物理特征。
煉油廠的提煉過(guò)程將原油轉(zhuǎn)化為一些精致石油產(chǎn)品，如下圖所示。
風(fēng)化過(guò)程
油在水面溢出后，立即擴(kuò)散為幾毫米厚的油膜。擴(kuò)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(dá)到了0.1mm的近似平均厚度。海水的對(duì)流和風(fēng)場(chǎng)的共同作用影響表面油膜和浸入水體的油滴。
由于蒸發(fā)、乳化、擴(kuò)散、溶解、光氧化、沉淀以及生物降解，油會(huì)改變它的物理和化學(xué)特征，同時(shí)很多會(huì)消失。所有提到的過(guò)程都互相影響并都與油的風(fēng)化有關(guān)。
擴(kuò)展、蒸發(fā)、擴(kuò)散和溶解可以定義為短期的風(fēng)化過(guò)程，而乳化、生物降解和光化學(xué)氧化可以認(rèn)為是長(zhǎng)期的風(fēng)化過(guò)程。
油膜中不同的化學(xué)成分通過(guò)不同的分子量來(lái)表明組分的揮發(fā)性，以及如何被風(fēng)化過(guò)程影響。下圖表明了這些過(guò)程的互相作用以及油的組分。
油組分
為了更好預(yù)測(cè)風(fēng)化過(guò)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(xì)知識(shí)。因此出于模擬的目的需要知道油的特別厲性，或者通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)執(zhí)行特別的計(jì)算。
在DHI油風(fēng)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?xì)浠衔锓肿恿啃∮?60g/mol，沸點(diǎn)小于300℃。重組分定義為碳?xì)浠衔锓肿恿看笥?60g/mol，沸點(diǎn)在250~300℃之間或以上，包括蠟和瀝青組分。
展開(kāi) 應(yīng)用領(lǐng)域
海洋
海岸
海港和碼頭
泥沙流移
生態(tài)學(xué)
河流和水庫(kù)
洪水
氣候變化
水質(zhì)
水資源管理
水資源分配
收集系統(tǒng)
廢水處理
地表水和地下水
滲流
主要產(chǎn)品
MIKE 21 －海岸和海洋 2D 建模
MIKE 3 －海岸和海洋 3D 建模
MIKE 11 －無(wú)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(xué)
MIKE HYDRO Basin －綜合流域管理
LITPACK －海岸地貌活動(dòng)和海岸線動(dòng)力學(xué)
MIKE URBAN －城市水務(wù)建模
WEST －廢水處理廠的建模和模擬
FEFLOW －高級(jí)地下水建模
MIKE 21 FM軟件包
MIKE 21是一個(gè)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(yīng)用、海岸管理及規(guī)劃提供了完備、有效的設(shè)計(jì)環(huán)境。高級(jí)圖形用戶界面與高效的計(jì)算引擎的結(jié)合使得MIKE21在世界范圍內(nèi)成為了一個(gè)專業(yè)河口海岸工程技術(shù)人員不可缺少的工具。ECO LAB/Oilspill環(huán)境/溢油模塊的加入使得MIKE 21還是一個(gè)有效的環(huán)境、溢油模擬及評(píng)價(jià)工具。
1. 水動(dòng)力學(xué)模塊(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，它為泥沙傳輸和環(huán)境水文學(xué)提供了水動(dòng)力學(xué)的計(jì)算基礎(chǔ)。
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。
展開(kāi) MIKE 11 與 MIKE 21 FM 耦合
河道挖空
MIKE+ 獲取河道挖空控制線
應(yīng)用場(chǎng)景：MIKE 11 河道模型與 MIKE 21 FM 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格耦合，挖空一維河道所在區(qū)域網(wǎng)格。
概化思路：基于一維河道模型左右岸岸線，挖空二維網(wǎng)格。本篇介紹借助 MIKE+ 獲取耦合岸線的方法。
隨后的兩年，MIKE又回到了丹麥，在DTU的應(yīng)用數(shù)學(xué)系任教，教授應(yīng)用數(shù)學(xué)課程。
1965年，他接受了荷蘭代爾夫特國(guó)際基礎(chǔ)設(shè)施、水利與環(huán)境工程學(xué)院（IHE）（校友們都看過(guò)來(lái)!）的邀請(qǐng)，在水力和環(huán)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(lái)了）：
1969年，他創(chuàng)立了計(jì)算水力學(xué)（Computational Hydraulics），自封為計(jì)算水力學(xué)之父，1989年，他又在原來(lái)計(jì)算水力學(xué)的基礎(chǔ)上，更創(chuàng)立了水信息學(xué)（Hydroinformatics），水信息學(xué)的最核心的內(nèi)容是數(shù)值模型，MIKE又自封為水信息學(xué)之母。1999年他又和Roger Falconer教授一起，創(chuàng)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(guó)給排水（0.642），還要高很多。Hydroinformatics目前每?jī)赡昱e辦一次大會(huì)。
在此期間，他又任職于丹麥水利研究所 (DHI)，領(lǐng)導(dǎo)并且開(kāi)發(fā)了第三代水力模型軟件，隨后又主導(dǎo)開(kāi)發(fā)了第四代商業(yè)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(gè)國(guó)家都在用MIKE的軟件，包括中國(guó)現(xiàn)在很多科研院所，規(guī)劃設(shè)計(jì)院，水務(wù)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)都在沿用至今，也是為了紀(jì)念MIKE對(duì)于商業(yè)水力模型軟件的貢獻(xiàn)，當(dāng)時(shí)DHI的總經(jīng)理Torben S?rensen將開(kāi)發(fā)出來(lái)的這些軟件均以MIKE打頭來(lái)命名，這是一個(gè)行業(yè)里面至高的榮譽(yù)，現(xiàn)在我們每次打開(kāi)軟件的時(shí)候，都是在向這位大師致敬！
展開(kāi) Step 2 設(shè)置模型參數(shù)
首先，選擇【MIKE 21】→【Flow Model FM（.m21fm）】，然后就打開(kāi)了設(shè)置參數(shù)的界面，如下兩圖：
接下來(lái)，設(shè)置一下參數(shù)。
【Domain】，加載mesh文件，其他參數(shù)均保持默認(rèn)。
【Time】，這個(gè)需要自己設(shè)置，如下圖：
模擬結(jié)束時(shí)間 － 模擬開(kāi)始時(shí)間 = 時(shí)間步長(zhǎng) × 時(shí)間步數(shù)
對(duì)于時(shí)間步長(zhǎng)如何確定，也并沒(méi)有特定的要求，我一般是根據(jù)情況取 60(1分鐘) 或 120(2分鐘) 或 180(3分鐘) 或 240(4分鐘)。
關(guān)于時(shí)間步長(zhǎng)和時(shí)間步數(shù)，我自己做了一個(gè) Excel 小工具，很方便計(jì)算，上傳到我的CSDN資源庫(kù)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(jì)算時(shí)間步數(shù)-晏長(zhǎng)街。
【Module Selection】，模塊選擇，其中水動(dòng)力模塊（Hydrodynamic）是必選的。我們這里也只選擇水動(dòng)力模塊。
接下來(lái)的設(shè)置就都是水動(dòng)力模塊的參數(shù)了。
【Solution Technique】，算法。
Shallow water equations，淺水方程，Time和Space均選擇低階運(yùn)算方法（Low order，fast algorithm）就行，其余均保持默認(rèn)。
Transport equations，傳輸方程，均保持默認(rèn)。
【Depth】，一般不需要水深校正，No depth correction，保持默認(rèn)。
【Flood and Dry】，干濕邊界，一般取默認(rèn)值。干水深 0.005m，淹沒(méi)水深 0.05m，濕水深 0.1m。
【Density】，密度，一般保持默認(rèn)選擇正壓模型，Barotropic。
如果選擇正壓模型，溫度和鹽度會(huì)被定義為常數(shù)，在整個(gè)模型中保持不變。
展開(kāi) 
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Step 2 設(shè)置模型參數(shù)
首先，選擇【MIKE 21】→【Flow Model FM（.m21fm）】，然后就打開(kāi)了設(shè)置參數(shù)的界面，如下兩圖：
接下來(lái)，設(shè)置一下參數(shù)。
【Domain】，加載mesh文件，其他參數(shù)均保持默認(rèn)。
MIKE 11 與 MIKE 21 FM 耦合
設(shè)計(jì)分析優(yōu)化，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的設(shè)計(jì)島嶼眾多，水網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，深槽淺灘密布，不同水位會(huì)產(chǎn)生不同水陸邊界，傳統(tǒng)水動(dòng)力模型邊界處理工作量繁瑣且準(zhǔn)確性不高，本項(xiàng)目打通三維數(shù)字模型與分析模型的數(shù)據(jù)接口，利用Civil 3D曲面疊加的方法來(lái)尋求水陸邊界，建立MIKE21水動(dòng)力模型、水質(zhì)模型并進(jìn)行分析計(jì)算，得到水位、水深、流速、水質(zhì)的動(dòng)態(tài)分析結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化航道路線、島嶼、垛田及涵閘建筑物的布置方案。
在此期間，他又任職于丹麥水利研究所 (DHI)，領(lǐng)導(dǎo)并且開(kāi)發(fā)了第三代水力模型軟件，隨后又主導(dǎo)開(kāi)發(fā)了第四代商業(yè)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(gè)國(guó)家都在用MIKE的軟件，包括中國(guó)現(xiàn)在很多科研院所，規(guī)劃設(shè)計(jì)院，水務(wù)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)都在沿用至今，也是為了紀(jì)念MIKE對(duì)于商業(yè)水力模型軟件的貢獻(xiàn)，當(dāng)時(shí)DHI的總經(jīng)理Torben
MIKE 21為工程應(yīng)用、海岸管理及規(guī)劃提供了完備、有效的設(shè)計(jì)環(huán)境。高級(jí)圖形用戶界面與高效的計(jì)算引擎的結(jié)合使得MIKE21在世界范圍內(nèi)成為了一個(gè)專業(yè)河口海岸工程技術(shù)人員不可缺少的工具。ECO LAB/Oilspill環(huán)境/溢油模塊的加入使得MIKE 21還是一個(gè)有效的環(huán)境、溢油模擬及評(píng)價(jià)工具。
1. 水動(dòng)力學(xué)模塊(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。
Mike 21溢油模擬分析
介紹
溢油是由于人類活動(dòng)導(dǎo)致的液態(tài)石油碳?xì)浠衔锵颦h(huán)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(zhì)油（如汽油或燃油）以及副產(chǎn)品。
DHI的溢油模型用來(lái)預(yù)測(cè)在海洋溢出的油的歸宿，包括傳輸擴(kuò)散和化學(xué)組分的變化。計(jì)算模型選用的是拉格朗日模型，可以與水動(dòng)力模型進(jìn)行耦合求解。
