MIKE 21C

MIKE 21C 是一个计算机程序,用于模拟河床和河道平面形态的二维演变。MIKE 21C 由 DHI 开发。MIKE 21C 使用曲线有限差风格。

MIKE 21C 模拟的过程包括由施工和疏浚等活动引起的河岸侵蚀、冲刷和淤积,以及流量的季节性波动等。

应用

MIKE 21C 可用于设计河岸侵蚀防护方案、评估减少或管理淤积的措施、分析航道线路和尺寸以最小化基建和维护疏浚、预测桥梁、隧道和管线穿越对河道水力学和形态的影响、优化河道洪泛区系统栖息地环境的恢复计划、基于形态预测设计监测网络。

由于其物理过程的准确描述,MIKE 21C 能够模拟从平面河床发展成辫状河流的过程,Enggrob 和 Tjerry(1998)对此进行了说明。

理论

与 DHI 开发的大多数其他模型一样,MIKE 21C 采用附加模块概念,其中整个时间循环可以包含用户选择要模拟的过程。其基本形式是一个二维水动力模型,可以模拟动态以及准稳态或稳态水动力解。水动力模型求解二维圣维南方程,水深定义在单元格中心,速度场交错(内部代码求解通量场,即水深乘以速度矢量),方向定义为局部网格基矢量。

该模型在计算上是并行代码(用 Fortran 编写),所有模块都进行了并行化,允许在精细网格上长时间模拟形态演变。该模型通常应用于多达 25,000 个计算点,时间跨度可达数年甚至数十年。

河流中最重要的二次流是所谓的螺旋流,其名称源自 Helios(希腊语中的太阳)。之所以称为螺旋流,是因为水流在水柱下部向局部曲率中心流动,而沿水面远离局部曲率中心。这对水动力学影响很小,通常只在实验室尺度上明显,但对泥沙输移和形态有深远影响,因为螺旋流影响了原本为零的横向泥沙分量。MIKE 21C 应用了螺旋流的标准理论,可在例如 Rozowsky(1957)中找到。标准螺旋流理论提供了一个二次流速度剖面,该剖面完全由摩擦力和主流方向与河床剪切应力方向之间的偏离角表征。

MIKE 21C 采用传统的泥沙输移划分,分为推移质和悬移质,并且模型可以模拟非粘性土和粘性土的混合物。

推移质模型考虑了二次流(河床剪切应力方向)和局部河床坡度(重力)的影响。悬移质通过每个分量的对流-扩散方程计算,该方程包括时间和空间上的适应,以及通过剖面函数实现的二维深度积分对三维流型的影响(Galappatti & Vreugdenhil, 1985)。

引用

参考文献