phần mềm mike 21 bản tiếng việt

phần mềm mike 21 bản tiếng việt tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh...

PHẦN MỀM MIKE 21 BẢN TIẾNG VIỆT

(ĐẠI HỌC THỦY LỢI – KỸ THUẬT BIỂN)

Người thực hiện: Lê Đức Dũng

HÀ NỘI, 4 - 2011

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MIKE 21 3

1 Tính toán thủy triều 3

2 Tạo địa hình lưới ô vuông 3

3 Tính toán dòng chảy cửa sông, ven biển 4

4 Tính toán lan truyền sóng từ ngoài khời vào vùng ven bờ 5

5 Tính toán lan truyền sóng trong khu vực bể cảng 6

6 Tính toán vận chuyển bùn cát 7

7 Tính toán lan truyền chất 7

8 Tính toán tràn dầu 8

9 Tính toán nước dâng do bão 8

10 Tính toán xâm nhập mặn 8

11 Tính toán diễn biến đường bờ bằng mô hình một đường 10

12 Một số ứng dụng khác 11

CHƯƠNG II: TẠO FILE ĐỊA HÌNH LƯỚI TAM GIÁC VÀ LƯỚI Ô VUÔNG TRONG MIKE 21 12

1 Tạo lưới tam giác 12

1.1 Tạo ta file đường bờ dạng “.xyz” 12

1.2 Tạo ra file độ sâu dạng “.xyz” 12

1.3 Nhập các file đường bờ và độ sâu vào trong MiKe để tạo ta file địa hình 14

2 Tạo lưới ô vuông 22

CHƯƠNG III: SỬ DỤNG MIKE 21 ĐỂ TÍNH TOÁN THỦY TRIỀU VÀ TẠO ĐIỀU KIỆN BIÊN MỰC NƯỚC 27

1 Giới thiêu chung 27

2 Phân tích thủy triều tại các biên bằng hằng số điều hòa toàn cầu của Mike 21 28

3 Phân tích ra các hằng số điều hòa từ các số liệu thực đo 31

4 Phân tích mực nước từ chuỗi hằng số điều hòa có sẵn 33

1 Tính toán thủy triều

Khi bạn cần số liệu thủy triều tại một vị trí nào đó trên thế giới hay Việt Nam

mà khu vực đó không có đó liệu đo đạc hoặc có nhưng không đáp ứng đủ nhu cầu số liệu của bạn hoặc bạn đang cần dự báo thủy triều ở vị trí đó trong tương lai Mike 21

có một module triết xuất số liệu thủy triều tại khu vực đó theo từng giờ hoặc theo từng bước thời gian mà bạn yêu cầu trong nhiều năm với độ chính xác cao (mình đã kiểm nghiệm tại một số trạm dọc bờ biển Việt Nam)

Số liệu thủy triều rất quan trọng trong việc làm biên đầu vào cho các module khác ví dụ như tính xâm nhập mặn, dòng chảy, phân tán chất…ngoài ra có thể sử dụng số liệu đó vào mục đích của bạn đặt ra

2 Tạo địa hình lưới ô vuông

Trong một số module của mike 21 đòi hỏi phải có lưới ô vuông mới tính toán được vì vậy việc tạo ra file (.dfs2) là rất quan trọng Khi tính toán bằng lưới ô vuông xong trong mike 21 có một module mô phỏng kết quả này bằng 3D

3 Tính toán dòng chảy cửa sông, ven biển

Để tính toán hướng và vận tốc dòng chảy khu vực ven biển đặc biệt là khu vực cửa sông ven biển nơi có chế độ dòng chảy phức tạp phục vụ cho một số mục đich quan trọng như tính xu thế bồi xói, tính dòng chảy phục vụ tàu thuyền đi lại…

4 Tính toán lan truyền sóng từ ngoài khời vào vùng ven bờ

Việc tính toán được chiều cao sóng tại chân công trình có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc thiết kế và lựa chọn kết cấu cũng như cao trình của công trình Sau khi chạy kết quả tính sóng ta có thể xuất kết quả sóng tại một vị trí bất kì mà ta muốn (hình dưới) hoặc ta có thể xuất kết quả sóng dọc theo một đường đồng mức nào đó để lựa chọn ra được chiều cao sóng lớn nhất phục vụ cho việc thiết kế

5 Tính toán lan truyền sóng trong khu vực bể cảng

Hiện nay việc tính toán sóng trong bể cảng thường khó khăn vì phải tính đến các hiện tượng nhiễu xạ và phản xạ do các mỏ hàn gây ra Trong Mike 21 có module để tính toán lan truyền sóng tính tới cả các hiện tượng nhiễu xạ và phản xạ

Việc tính toán vận chuyển bùn cát có hai loại chính là vận chuyển bùn cát do bão và vận chuyển bùn cát theo mùa Trong Mike 21 có thể tính toán được cả hai trường hợp này và đầu vào sử dụng số liệu sóng, gió, đặc điểm bùn cát của khu vực

7 Tính toán lan truyền chất

Lan truyền bùn cát lơ lửng tại một điểm khai thác cát

8 Tính toán tràn dầu

Khi xảy ra sự cố tràn dầu tại một khu vực nào đó để biết xu thế lan truyền dầu trong các thời điểm tiếp theo giúp các nhà quản lý có phương án sử lý tốt nhất Mike 21 có module tính toán lan truyền dầu dựa trên hướng của dòng chảy

9 Tính toán nước dâng do bão

Nước dâng do bão là yếu tố rất quan trọng trong việc tính toán thiết kế các công trình ven biển, nó quyết định đến chiều cao của công trình dẫn đến quyết định giá thành cũng như tính kinh tế của công trình

Để biết được chiều cao nước dâng cũng như diễn biến của nước dâng kết hợp với thủy triều khi đổ bộ vào bờ biển diễn biến ra sao tại các khu vực ven bờ Mike 21 có Module giúp tính toán chiều cao nước dâng do bão gây ra Số liệu đầu vào cần thời gian của bão, đường đi của bão, vận tốc lớn nhất tâm bão, áp suất tâm bão, bán kinh bão nhờ các yếu tố này Mike 21 sẽ tính toán khôi phục lại trường gió trong bão phục

vụ tính toán nước dâng

10 Tính toán xâm nhập mặn

Hiện nay xâm nhập mặn đang là yếu tố quan trọng trong bối cảnh nước biển dâng do biến đổi khí hậu, khu vực cửa sông ven biển là nơi diễn ra tương tác giữa biển và đất liền, nơi này các yếu tố động lực biến đổi rất phức tạp làm cho quá trình xâm nhập mặn phụ thuộc lớn vào chế độ chiều lên và xuống của khu vực, chế độ dòng chảy từ sông ra Mike 21 sẽ giúp ta tính toán quá trình diễn biến độ mặn ở khu vực cửa sông theo thời gian phụ thuộc kết hợp giữa cả hai yếu tố dòng chảy từ sông ra và thủy triều từ biển vào

Kỳ triều lên

Kỳ triều xuống

11 Tính toán diễn biến đường bờ bằng mô hình một đường

- Tính toán diễn biến ngang bờ bằng LITPROF

Ta có thể tính toán khi không có công trình hoặc khi có công trình

- Tính toán diễn biến dọc bờ bằng LITLINE

Để tính toán xu thế thay đổi đường bờ trong tương lai khi xây dựng một số công trình ven biển ta có thể sử dụng mô hình một đường litline trong Mike 21 để tính toán từ đó biết được hiệu quả của công trình khi xây dựng Các công trình ở đây có thể là hệ thống đập mỏ hàn, hệ thống đê phá sóng…

12 Một số ứng dụng khác

Sẽ được trình bày trong phần tiếp theo

CHƯƠNG II: TẠO FILE ĐỊA HÌNH LƯỚI TAM GIÁC VÀ

LƯỚI Ô VUÔNG TRONG MIKE 21

1 Tạo lưới tam giác

Để chạy được bất kì môđun nào trong MiKe 21 trước tiên ta phải có số liệu đầu vào và file đầu vào quan trọng nhất đó là file địa hình Để có được file địa hình trước tiên ta phải có tọa độ đường bờ và tọa độ các điểm độ sâu trong vùng nghiên cứu

1.1 Tạo ta file đường bờ dạng “.xyz”

Trong MiKe 21 file đường bờ đầu vào có đuôi dạng “.xyz”

Trong đó

Cột 1: là tọa độ theo phương x

Cột 2: là tọa độ theo phương y

Chú ý: tọa độ này có thể là kinh độ/vĩ độ,UTM

Cột 3: ta mặc định điểm bắt đầu và kết thúc của một đường là 0 còn ở giữa ta cho là 1 Cột 4: ta mặc định toàn bộ là 10

Chú ý: Để tạo ra file đường bờ ta có thể sử dụng một số phần mềm để xuất ra tọa độ

của các điểm trên đường bờ Ở đây cách thông dụng và hay được dùng nhất là sử dụng phần mềm Mapinfo

1.2 Tạo ra file độ sâu dạng “.xyz”

Khi ta đã có bản đồ địa hình bằng các đường đồng mức hoặc là các điểm độ cao trong Mapinfo, Cad hoặc trong phần mềm nào đó ta xuất tọa độ và độ sâu tại các điểm thuộc khu vực nghiên cứu ra thành file “txt” sau đó đổi đuôi thành”.xyz”

Trong file dịa hình chỉ có 3 cột là X, Y, và Z

(Trước khi đưa file độ sâu vào trong MiKe ta nên sử dụng phần mềm Sufer để nội suy trước vì đây là phần mềm nội suy khá tốt)

Sau đó ta chọn file cần nội suy ok

Ta cần phải đánh đúng tọa độ cần nội suy vào trong phần Grid Line Geometry

Trong Output Grid File ta phải đặt file có đuôi là dat (Sau khi nội suy xong ta Save

As trong file đuôi.dat thành đuôi.txt và đổi lại thành đuôi.xyz)

1.3 Nhập các file đường bờ và độ sâu vào trong MiKe để tạo ta file địa hình

Mở MiKe/MiKe Zero/Mesh Generator/ok

Vào Data/import Boundary

Đưa file có tên là bien.xyz ra

Sau đó ta phải tạo ra các vùng kín thì khi đó phần mềm mới chia lưới được

Các lệnh chính trong việc biên tập đường biên:

1 Phóng to hoặc thu nhỏ

2 Di chuyển các đối tượng

3 Chọn đường để gán biên (xem ở dưới)

4 Vẽ thêm điểm hoặc đường

5 Đánh dấu đảo

6 Xóa đối tượng

Để gán tên cho từng biên ta ấn chuột phải vào biên đó rồi chọn Properties

Sau đó ấn vào Triangulate

Chú ý: muốn mật độ lưới dày hay thưa ta chỉnh trong phần Maximum element area ở hình trên sau đó ấn lại Triangulate là được

Sau đó ta phải đưa file độ sâu vào bằng cách

Data/Import Scatter Data

Ta tìm file độ sâu để cho vào rồi ấn Apply

Khi đã đưa độ sâu vào ta cần nội suy độ sâu ở các ô lưới

Vào Mesh/Interpolate

Sau đó ấn Interpolate

Sau khi nội suy xong ra xuất file và ghi tên file là “Dosau.mesh”

Bằng cách vào Mesh/Export Mesh

Kết quả của file địa hình

2 Tạo lưới ô vuông

Trong trường hợp khi ta tính toán lan truyền sóng vào khu vực có vật che chắn

sẽ xảy ra hiện tượng nhiễu xạ đặc biệt là khi tính lan truyền sóng trong bể cảng Để tính lan truyền sóng trong trường hợp này bằng MIKE 21 ta phải có lưới tọa độ ô vuông để tạo ra file địa hình

- Trước hết ta phải xuất ra file “dosau.txt” từ trong Mapinfo ra (tương tự khi làm với lưới tam giác

- Sau đó nội suy bằng phần mềm Surfer trước (save lại bằng đuôi.dat)

Chú ý: khi nội suy bằng Surfer ta cần ghi lại các yếu tố sau (nhìn hình trên)

Trong phần Spacing: ta chọn khoảng cách các ô lưới theo các trục x, y Ví dụ ở đây ta

chọn lưới ô vuông khoảng cách các lưới là 20 m thì ta sửa vào đó là 20 (tọa độ là UTM, nếu Long/lat phải quy đổi lại ra độ)

- Trong phần # of Lines: là số ô lưới theo phương x và phương y

Sau khi nội suy bằng surfer ta được độ sâu và tọa độ dưới dạng cột

Từ dạng cột này ta sử dụng một phần mềm chuyển cột thành lưới với kích thước lưới

đã chia sẵn (như phần trên) Khi có được lưới ô vuông ta bắt đầu tạo file lưới ô vuông trong MiKe 21 bằng cách:

MIKE Zore/ Grid Series (.dfs3, dfs2)/ chọn Blank Grid

Ok

Sau đó chọn 2 dimensional grid

Sau đó Next và được hình như ở dưới

Phần Type ta chọn hệ tọa độ để lập lưới có thể là Long/Lat hoặc UTM48

Phần dưới chọn Decimal Deg

Đánh tọa độ gốc của Longitude và Latitude vào rồi Next

Phần này ta chọn số ô lưới theo phương J và phương K (phương X và phương Y) Sau đó là khoảng cách giữa các ô lưới

(Chọn theo đúng số ô lưới và khoảng cách các ô lưới như đã nội suy bằng surfer

Next, trong phần Type ta chọn dạng Bathymetry (đây là dạng của địa hình)

Sau đó Next và ấn Finish được hình như dưới

Ta copy địa hình đã được tạo ở phía trên vào các ô trống rồi save lại là được địa hình khu vực cần tính bằng lưới ô vuông

Một số Môdun thường sử dụng trong MiKe 21

1 MIKE 21 Flow Model FM

Ta sử dụng môdun này để tính toán chế độ dòng chảy(HD) và vận chuyển bùn cát(ST)

2 MIKE 21 Spectral Waves FM

Ta sử dụng môdun này để tính toán truyền sóng từ ngoài khơi vào chân công trình do gió gây ra Môdun này chỉ tính toán cho trường hợp sóng từ ngoài khơi truyền vào chỉ chịu ảnh hưởng của hiện tượng nước nông, khúc xạ và sóng vỡ không kể đến hiện tượng nhiễu xạ

3 MIKE 21 Elliptic Mild Slope Waves (.ems)

Ta sử dụng môdun này để tính toán truyền sóng vào chân công trình có tính đến hiện tượng nhiễu xạ nhất là tính toán lan truyền sóng vào phía trong cảng

Nhưng lưới tính toán ở đây là lưới vuông vi vậy khi tạo file địa hình thì ta phải tạo lưới ở chế độ lưới vuông

4 MIKE 21/3 Coupled Model FM

Ta thường sử dụng môdun này để tính toán cho vùng cửa sông vì khu vực này vừa có ảnh hưởng của dòng chảy từ sông ra và ảnh hưởng sóng từ biển vào Môdun này tính toán được cho trường hợp sóng chịu ảnh hưởng của dòng chảy

trạm dọc bờ biển rồi tính ra các hằng số điều hòa để dự báo Nếu ta tính toán cho khu vực mà không có số liệu thủy triều ta phải làm thể nào, để khắc phục nhược điểm này Mike 21 đã đưa ra một bộ số liệu hằng số thủy triều trên toàn cầu với bước lưới 0,25

độ và cho dự báo kết quả thủy triều tương đối chính xác tại các trạm dọc ven biển Việt Nam cũng như các điểm trên thê giới

Khi sử dụng một mô hình nào đó thì điều kiện biên là vô cùng quan trọng Khi thiết lập miền tính bằng lưới ô vuông (hầu hết mô hình đều sử dụng lưới này) thì việc lấy giao động mực nước tại các biên ta phải làm thế nào? Có hai cách, một là lấy cùng một giá trị trên toàn biên nếu lấy như thế này kết quả tính toán sẽ không được chính xác nhất là khi miền tính rộng (thủy triều phụ thuộc vào yếu tố địa phương) Hai là lấy các giá trị thủy triều tại từng nút lưới cách này cho kết quả chính xác hơn vì tại mỗi nút lưới sẽ có một giá trị mực nước thủy triều phụ thuộc vào tọa độ của nút lưới đó Điều này sẽ rất dễ dàng khi bạn sử dụng Mike 21 để thiết lập điều kiện biên,

số liệu mực nước tại các nút bạn có thể lấy theo các bước thời gian do bạn đặt ra (theo phút, giờ, ngày ) và tại bất kì thời điểm nào mà bạn muốn tính

Nếu bạn đang có số liệu mực nước thực đo tại một điểm nào đó làm thế nào để tính ra được các hằng số điều hòa tại điểm đó Trong phần tính thủy triều của Mike 21

có phần phân tích các số liệu mực nước ra các hằng số điều hòa như vậy bạn chỉ cần cho mực nước vào là sẽ có được các hằng số điều hòa tại vị trí đó

Ngược lại bạn đang có hằng số điều hòa tại một điểm nào đó và muốn sử dụng các hằng số điều hòa này để dự báo thủy triều Mike 21 phần phân tích thủy triều sẽ giúp bạn phân tích các hằng số điều hòa có sẵn để ra mực nước tại bất kì thời điểm nào mà bạn cần

2 Phân tích thủy triều tại các biên bằng hằng số điều hòa toàn cầu của Mike 21

Để thiết lập điều kiện biên mực nước cho các biên 1, 2, 3 của khu vực như hình vẽ trên (ví dụ từ ngày 1/1/2011 đến 30/12/2011) ta cần làm các bước sau:

Bước 1: thiết lập miền tính bằng lưới ô vuông hoặc lưới tam giác

Bước 2: Mở thư mục MIKE 21 / MIKE 21 Toolbox (.21t) / Tide chọn phần Tide

Prediction of Hights

Next, trong phần Type ta chọn Prediction based on global tide model data

Next, trong phần này ta thiết lập ngày tháng bắt đầu, ngày tháng kết thúc và bước thời gian, như ở dưới ta chọn 1 giờ có một số liệu mực nước

Next, phần này ta đưa miền tính của ta vào để lấy số liệu mực nước tại các biên

Trong phần Type of input ta lựa chọn dạng file đầu vào là lưới ô vuông hay lưới tam

giác Như hình dưới ta chọn lưới tam giác sau đó đặt tên đầu ra cho các biên tại phần

Data file

3 Phân tích ra các hằng số điều hòa từ các số liệu thực đo

Mở thư mục MIKE 21 / MIKE 21 Toolbox (.21t) / Tide chọn phần Tide Analysis

of Hights

Next, như hình dưới ta chon file đầu vào là Time series và chọn file mực nước thực

đo

Next, phần này là số liệu ngày tháng thực đo ( nó tự hiện nên) Next tiếp

4 Phân tích mực nước từ chuỗi hằng số điều hòa có sẵn

Mở thư mục MIKE 21 / MIKE 21 Toolbox (.21t) / Tide chọn phần Tide

Prediction of Hights

Next, ta được hình như ở dưới trong phần Type ta chọn Prediction based on user

defined constituents

Next, được hình như ở dưới

Trong phần Station Definition ta phải chọn Name, Longitude, Latitude của tọa độ

Next, Phần này ta đưa các hằng số điều hòa của các sóng vào

Next, chọn đầu ra

Ấn Execute sau đó Finish là được

(Các module khác sẽ được trình bày trong các chương tiếp theo)