Hướng dẫn chạy Module thủy lực (HD) trong MIKE - 21 Flow Model thuộc bộ phần mềm MIKE

Chia sẻ: Thu Hoài | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

757
lượt xem 157
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giới thiệu về mô hình MIKE 21 FM, các dữ liệu đầu vào của MIKE 21 FM, thiết lập mô phỏng trong MIKE 21 FM, hiệu chỉnh các thông số của mô hình là những nội dung chính trong tài liệu "Hướng dẫn chạy Module thủy lực (HD) trong MIKE - 21 Flow Model thuộc bộ phần mềm MIKE". Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Hướng dẫn chạy Module thủy lực (HD) trong MIKE - 21 Flow Model thuộc bộ phần mềm MIKE

Hướng dẫn chạy Module thuỷ lực (HD) trong MIKE_21 Flow Model thuộc bộ phần mềm MIKE MỤC LỤC 1. GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH MIKE 21 FM ................................................................................................................2 2. CÁC DỮ LIỆU ĐẦU VÀO CỦA MIKE21 FM: ..........................................................................................................3 2.1 THIẾT LẬP LƯỚI TÍNH TOÁN. ......................................................................................................................................3 2.1.1 Tạo file .mdf từ file số liệu thô .xyz ............................................................................................................3 2.1.2 Chỉnh sửa lại đường bờ cho vùng cần tạo lưới tính...................................................................................8 2.1.3 Thiết lập lưới tính tam giác cho vùng tính. ................................................................................................9 2.2 SỬ DỤNG CÔNG CỤ TIME SERIES TRONG MIKE ZERO ĐỂ NHẬP MỰC NƯỚC THỰC ĐO TỪ DẠNG FILE.TXT:.................................13 2.3 THIẾT LẬP ĐIỀU KIỆN BIÊN: ......................................................................................................................................18 3. THIẾT LẬP MÔ PHỎNG TRONG MIKE21 FM:..................................................................................................... 21 3.1 KHỞI ĐỘNG MIKE21 FM. ......................................................................................................................................21 3.2 VÙNG LÀM VIỆC (DOMAIN):....................................................................................................................................22 3.3 THỜI GIAN MÔ PHỎNG (TIME):................................................................................................................................23 3.4 ĐIỀU KIỆN BAN ĐẦU (INITIAL CONDITIONS):................................................................................................................23 3.5 ĐIỀU KIỆN BIÊN (BOUNDARY CONDITIONS):................................................................................................................24 3.6 KẾT QUẢ ĐẦU RA (OUTPUTS):..................................................................................................................................25 4. HIỆU CHỈNH CÁC THÔNG SỐ CỦA MÔ HÌNH:.................................................................................................... 28
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) 1. Giới thiệu về mô hình MIKE 21 FM - Mike là bộ phần mềm của viện Thuỷ Lợi Đan Mạch được ứng dụng trong việc tính toán về thuỷ lực, tài nguyên và môi trường nước, bao gồm cả trong sông, vùng cửa sông, ven biển và biển… Bộ phần mềm này đã được ứng dụng khá hiệu quả trong thực tế tại nhiều quốc gia trên thế giới. - Trong bộ phần mềm Mike có chia ra làm nhiều mô hình, như Mike Zero, Mike_11, Mike_21, Mike_3, Mike_She… - Trong bài này ta quan tâm chủ yếu tới hai phần chính, đó là Mike Zero và Mike_21. 1) Mike Zero: Đây là 1 phần quan trọng trong mô hình Mike, tất cả các thông số đầu vào cũng như các phương án mô phỏng, các điều kiện biên… đều được thiết lập thônng qua Mike Zero. 2) Mike_21: Là mô hình dòng chảy mặt 2D, mô hình Mike_21 được ứng dụng để mô phỏng các quá trình thuỷ lực và các hiện tượng về môi trường trong các hồ, các vùng cửa sông, vùng vịnh, vùng ven bờ và các vùng biển. - Mô hình Mike_21 bao gồm một số các Module sau: + Hydrodynamic (HD) + Transport (TR) + ECO Lab (EL) 2
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) + Mud Transport (MT) + Sand Transport (ST) Trong các module của mô hình Mike_21 thì Module thuỷ động lực (Hydrodynamic HD) là module cơ bản nhất, nó cung cấp chế độ thuỷ động lực làm nền tảng cho quá trình tính toán của các module thuỷ lực khác. - Trong nghiên cứu này ta sẽ bước đầu khai thác module HD của Mike-21 Flow Model FM, và sau đây sẽ là một số bước cơ bản để có thể chạy module thuỷ động lực (HD) - Bài toán mẫu được đặt ra là sử dụng mô hình Mike_21 để quan trắc sự dao động mực nước và vận tốc dòng chảy của vùng biển nằm giữa Đan Mạch và Thụy Điển. 2. Các dữ liệu đầu vào của Mike21 FM: 2.1 Thiết lập lưới tính toán. Cửa sổ làm việc sau khi kích hoạt chương trình Mike 21 2.1.1 Tạo file .mdf từ file số liệu thô .xyz Ta sẽ bắt đầu việc tạo lưới tính toán bằng công cụ Mesh Generator: - Sau khi nhấn chuột vào New, chương trình Mike sẽ hiện ra cửa sổ như Hình I.1.1 ở dưới. - Chọn Mike Zero - Trong Mike Zero, chọn công cụ Mesh Generator 3
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) (New Mike Zero  Mesh Generator) Hình I.1.1: Công cụ thiết lập lưới trong Mike Zero Sau khi khởi động Mesh Generator cửa sổ Workspace projection sẽ hiện ra như trong Hình I.1.2 và ta phải xác định hệ quy chiếu của khu vực nghiên cứu. Như trong ví dụ này ta sẽ chọn hệ quy chiếu của vùng tính là UTM-33. Hình I.1.2: Cửa sổ chọn hệ quy chiếu cho khu vực tính toán Sau khi chọn Projection ta sẽ có lưới ô toạ độ của vùng tính toán như trong hình dưới. 4
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Hình I.1.3: Lưới ô toạ độ của vùng làm việc Tiếp theo, ta cần có file số liệu thô (dạng file.xyz), trong đó mỗi điểm thuộc đường bờ hay các vị trí độ sâu sẽ được mô tả bởi 3 giá trị: x, y, và z. Trong đó x và y là toạ độ của điểm được xác định theo hệ kinh vĩ độ (Long/Lat), còn z là ID(đối với file đường bờ) hoặc là độ sâu (đối với file độ sâu). Các file có dạng như trong hình sau: File đường bờ với thứ tự các cột lần lượtlà: kinh độ, vĩ độ và ID của đường bờ (được quy định là 1): Hình I.1.4:File Shoreline.xyz 5
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) File độ sâu với thứ tự các cột là: kinh độ, vĩ độ và độ sâu của điểm: Hình I.1.5:File Water.xyz Trên thanh công cụ phía trên, nhấp chuột vào Data và chọn Import Boundary…, cửa sổ làm việc sẽ hiện ra, chỉ đường dẫn tới thư mục chứa file.xyz, lựa chọn file đường bờ và Open. Hình I.1.6: Cửa sổ nhập số liệu đường bờ Cần chú ý khi nhập số liệu đường bờ, trong phần lựa chọn Projection ta phải chọn hệ Long/Lat 6
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Hình I.1.7: Cửa sổ Boundary Properties Hình I.1.8: Dữ liệu số hoá đường bờ sau khi nhập, được thể hiện trên vùng làm việc 7
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) 2.1.2 Chỉnh sửa lại đường bờ cho vùng cần tạo lưới tính. Số liệu đường bờ sau khi được nhập có thể sẽ có 1 số các đường nối như đã thấy trong hình trên, việc đầu tiên cần làm là sửa lại đường bờ cho đúng: xoá các nốt và các Vertices không thuộc đường bờ trước khi tạo lưới tính. Để chỉnh sửa ta cần dùng đến 1 số các công cụ của thanh công cụ phía trên như: + Select points: Được dùng để xác định thuộc tính của các nodes hoặc các vertices như toạ độ của điểm, chuyển đổi giữa Nodes => Vertices và ngược lại… + Select acrs: Được sử dụng để xác định thuộc tính của 1 cung như: Phân biệt giữa đường biên lỏng và đường biên cứng, chỉnh sửa lại sự phân bố của các Vertices, xuất số liệu của đường biên ra dạng file.xyz… + Select polygons: Được dùng để xác định thuộc tính của 1 vùng khép kín. + Insert nodes: Được dùng chủ yếu để add thêm các nốt cần thiết khi lập lưới tính. + Draw arcs: Được dùng để nối liền đường bờ khi đường bờ bị đứt quãng, dùng để giới hạn đường biên lỏng của vùng nghiên cứu hoặc dùng để khoanh vùng 1 vùng tính với bước lưới khác biệt so với những vùng còn lại. + Insert polygons: được dùng để đánh dấu những vùng không phải là biển trong khu vực nghiên cứu như các đảo hoặc dùng để đánh dấu 1 vùng trong khu vực nghiên cứu có các thuộc tính khác với những vùng còn lại. + Move points: Được dùng để chỉnh sửa lại vị trí các nodes. + Delete points: Được dùng để xoá các đường nối, các điểm thừa không cần thiết. + Ngoài ra ta có thể dùng thêm 1 số các công cụ khác như Zoom In, Zoom Out, Pan… để hỗ trợ trong việc chỉnh sửa đường biên. Việc tiếp theo là ta phải xác định các biên lỏng phía Bắc và phía Nam bằng cách kẻ các đường nối giữa Đan Mạch và Thuỵ Điển. Các đường biên này phải có toạ độ gần với các trạm thực đo đã cho. Lựa chọn các biên lỏng vừa thiết lập, nhấp chuột phải chọn Properties và thiết lập thuộc tính cho các biên này. Chọn thuộc tính 2 cho biên phía bắc và 3 cho biên phía nam. Đường biên giữa đất và nước sẽ được Mesh Generator mặc định và có thuộc tính là 1. 8
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Hình I.1.9: Cửa sổ thuộc tính của đường biên. Sau khi đã sửa lại đường bờ, giới hạn các biên lỏng và đánh dấu các đảo trong vùng, tiếp theo ta có thể thiết lập lưới tính toán cho vùng đã đóng kín. Nhưng trước tiên ta nên làm trơn lại đường bờ, Cần chú ý rằng quá trình tạo lưới sẽ được bắt đầu từ đường biên vì vậy số mắt lưới tính toán sẽ phụ thuộc rất nhiều vào số nốt và số Vertices của đường bờ. Ta có thể sử dụng công cụ Select arcs và chọn Redistribute Vertices để chỉnh sửa lại khoảng cách giữa các Vertices cho đều nhau, và với những vùng cần đặc biệt quan tâm như bến cảng, phá… ta có thể chia lại khoảng cách giữa các Vertices với khoảng cách ngắn hơn. Sau khi đã chỉnh sửa lại đường biên, ta có thể ghi lại dưới dạng file.mdf 2.1.3 Thiết lập lưới tính tam giác cho vùng tính. Bước tiếp theo ta sẽ tạo lưới cho vùng tính. Đầu tiên, ta cần đánh dấu các vùng không cần chia lưới (như các đảo…) bằng cách add thêm các nốt màu xanh lá cây. 9
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Hình I.1.10: Đường bờ sau khi đã được chỉnh sửa và khép kín vùng nghiên cứu Để tạo lưới tính, ta chọn Mesh trong thanh công cụ phía trên và chọn Triangulate. (Mesh Triangulate) Hình I.1.11: Cửa sổ thiết lập lưới đo cho vùng nghiên cứu. Cửa sổ Triangulate sẽ hiện ra như hình dưới và ta phải điền vào đó 1 số các giá trị như + Diện tích lớn nhất có thể của các ô lưới (m2) + Góc nhỏ nhất cho phép của các ô lưới. 10
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) + Số mắt lưới tối đa của vùng tính. Cần chú ý rằng với những vùng đặc biệt cần quan tâm, ta có thể chia lưới mịn hơn(các ô lưới có diện tích nhỏ hơn) bằng cách khoanh vùng quan tâm, đánh dấu bằng công cụ Insert Polygons,sau đó chọn Select Polygons, phấp chuột phải chọn Properties và chọn Use local maximum area. Tiếp theo, ta có thể làm mịn lưới bằng cách chọn Mesh ở thanh công cụ phía trên và chọn Smooth Mesh (Mesh Smooth Mesh) Hình I.1.12: Vùng tính toán sau khi đã thiết lập lưới Bước tiếp theo ta sẽ nhập số liệu độ sâu: Nhấn chuột vào Data trên thanh công cụ và chọn Import Scatter Data…, cửa sổ nhập số liệu độ sâu sẽ hiện ra như trong hình dưới: Hình I.1.13: Cửa sổ nhập file độ sâu địa hình vùng nghiên cứu 11
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Nhấn vào Add button và chỉ đường dẫn tới folder chứa file độ sâu (file.xyz). Khi add file độ sâu ta cũng cần nhớ chọn hệ quy chiếu Long/Lat khi được hỏi đến Map projection. (Data -> Import Scatter Data ->Add -> water.xyz) Hình I.1.14: Vùng tính toán khi đã nhập số liệu độ sâu mực nước Sau đó để nội suy độ sâu từ các điểm phân tán của file.xyz vào lưới tính ta chọn Mesh trên thanh công cụ phía trên và chọn Interpolate. (Mesh Interpolate) Hình I.1.15: Dạng file.mdf được tạo ra sau khi tiến hành nội suy 12
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Sau khi tiến hành nội suy ta đã có thể export ra dạng file.mesh để sử dụng trong quá trình mô phỏng: Nhấn vào Mesh trên thanh công cụ phía trên, lựa chọn Export Mesh…, đặt tên file và Save. (Mesh Export Mesh…) Hình I.1.16: Dạng file.mesh đã được tạo ra. 2.2 Sử dụng công cụ Time series trong Mike Zero để nhập mực nước thực đo từ dạng file.txt: Số liệu về mực nước thực đo của các trạm đo trong Mike_21 đựợc quản lý dưới dạng file.dfs0. Để tạo ra các file.dfs0 này ta cần có đầu vào là các file.txt có định dạng như trong hình dưới: Hình I.2.1: Dạng file.txt ghi mực nước thực đo tại các trạm đo 13
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Để tạo ra 1 file.dfs0 ta làm như sau: Trở về màn hình chính của Mike, nhấn vào New trên thanh công cụ phía trên, trên màn hình sẽ xuất hiện cửa sổ như hình dưới: Hình I.2.2:Công cụ Time Series trong Mike Zero Chọn Mike_Zero, chọn Time Series và Ok (FileNew TimeSeries) Trong cửa sổ New TimeSeries Chọn From ASCII file, trong cửa sổ làm việc mới hiện ra ta chọn Time description là Equidistant Calerdar Axis, chỉ đường dẫn tới chỗ đặt file mực nước dưới dạng file.txt và Ok. Nhấp chuột phải vào file dữ liệu mới được tạo ra, chọn Properties, chọn kiểu dữ liệu là “Water Level”, đặt tên file và save lại ta sẽ có được dạng file.dfs0. Làm tương tự cho các trạm đo mực nước còn lại. 14
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Hình I.2.3: Cửa sổ New TimeSeries Hình I.2.4: Cửa sổ nhập mực nước từ file.txt Hình I.2.5: Time seriesProperties 15
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Hình I.2.6: Dạng file mực nước (file.dfs0) sau khi được thiết lập Và để theo dõi quá trình thay đổi của mực nước theo thời gian của 1 trạm nào đó một cách trực quan hơn, ta có thể sử dụng công cụ Plot Composer trong Mike Zero để vẽ sự thay đổi của mực nước dưới dạng biểu đồ: Chọn New ở thanh công cụ phía trên, nhấn vào Mike Zero, chọn Plot Composer và nhấn Ok. New => Mike Zero => Plot Composer Hình I.2.7: Công cụ Plot Composer trong Mike Zero 16
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Cửa sổ làm việc sẽ hiện ra, nhấn vào Plot ở thanh công cụ phía trên và chọn Insert New Plot Object… Sau đó, trong cửa sổ làm việc Insert Plot Object, ta chọn dạng biểu đồ là Time Series Plot Hình I.2.8: Cửa sổ Insert Plot Object ` Trong cửa sổ làm việc Time Series Plot Properties nhấn vào New Item và chỉ đường dẫn tới chỗ để file.dfs0 vừa mới tạo ra ở bước trên. Hình I.2.9: Cửa sổ Time Series Plot Properties Trong 1 file.dfs0 có thể chứa nhiều yếu tố khác nhau như mực nước, vận tốc… ta sẽ tick vào yếu tố nào cần vẽ ra biểu đồ rồi nhấn Ok.. 17
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Hình I.2.10: Cửa sổ nhập file.dfs0 cần vẽ biểu đồ Hình I.2.11: Biểu đồ đường quá trình mực nước của 1 trạm đo 2.3 Thiết lập điều kiện biên: Để tạo ra file điều kiện biên dạng line, ta sử dụng công cụ Profile Series trong Mike Zero: Nhấn vào New, trong Mike_Zero ta chọn Profile Series. 18
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Hình I.3.1: Công cụ Profile Series trong Mike Zero Cửa sổ New File sẽ xuất hiện và ta chọn Blank T1 Document => Ok Hình I.3.2: Cửa sổ lựa chọn dạng file đầu vào cho file điều kiện. 19
Hướng dẫn sử dụng MIKE 21FM (HD) Hình I.3.3: Cửa sổ thiết lập các thuộc tính của biên Ta cần điền đầy đủ các thông tin sau cho từng biên: • Axis Type: ta sẽ chọn Equidistant Calendar Axis • Start Time: Ngày bắt đầu sẽ được xác định từ tài liệu thực tế. • Time step: khoảng thời gian giữa mỗi lần đo trong tài liệu thực đo mực nước của các trạm(ví dụ: mỗi lần đo cách nhau 1tiếng thì Time Step sẽ là 3600s). • No. of time steps: Số bước thời gian trong toàn bộ chuỗi tài liệu của các trạm đo. • No. of grid points: Số các điểm quan trắc trên đường biên, ví dụ trong bài này tại mỗi biên ta có hai trạm đo ở hai đầu thì chọn No. of grid points là 2 • Grid Step: Độ dài của biên lỏng (khoảng cách giữa 2 trạm đo ở 2 đầu mút của biên) tính bằng mét (m). Sau khi điền đầy đủ các thông tin trên và nhấn Ok, một cửa sổ mới sẽ hiện ra, ta sẽ coppy số liệu mực nước của hai trạm ở hai đầu mút của biên trên và paste vào hai cột số 0 và số 1 như trong hình dưới sau đó save lại. Mực nước tại các biên sẽ được nhập theo thứ tự ngược chiều kim đồng hồ. Như vậy ta đã tạo ra 1 file.dfs1 là file điều kiện biên dạng line. Làm tương tự như các bước trên cho biên còn lại. 20