1、MIKE BASIN模型設(shè)置介紹,莫 鎧 ,MIKE BASIN 的界面,基于ArcGIS 9.x,MIKE BASIN 的界面,1 開 始 編 輯 2 停 止 編 輯 3 追 蹤 河 流 4 描 述 流 域 5 添 加 河 流 6 添 加 河 流 節(jié) 點(diǎn) 7 添 加 流 域 節(jié) 點(diǎn) 8 添 加 用 水 戶 9 添 加 水 庫(kù) 10 添 加 水 電 站 11 添 加 水 渠 12 編 輯 工 具 13 要 素 屬 性 14 運(yùn) 行 模 擬 15 瀏 覽 結(jié) 果,MIKE BASIN 工具條,有關(guān)編輯的提示： 在修改模型結(jié)構(gòu)時(shí)，必須選擇開始編輯。當(dāng)完成修改后要停止編輯時(shí)，必須選擇停止編輯。此時(shí)模

2、型會(huì)提示你是否保存所作的編輯。 Undo只有在編輯狀態(tài)下可用。,MIKE BASIN 的菜單,使用 ArcGIS 幾何形狀網(wǎng)絡(luò)確保正確的拓?fù)潢P(guān)系； 屬性表對(duì)話框統(tǒng)一設(shè)計(jì)； 統(tǒng)一的列表編輯器，用于快速輸入； 地下水使用的選項(xiàng)，包括按照地表水缺水比例； 按優(yōu)先級(jí)或者按比例分配規(guī)則，同時(shí)用于供水方（河流）和需水方（用水戶）； 用水戶的回水現(xiàn)在可以回到多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的回水量采用用水戶取水量的比例即回水系數(shù)。,MIKE BASIN的總體操作特點(diǎn),MIKE BASIN 主要圖形要素屬性,用水戶屬性 地下水取用 流域?qū)傩?地下水屬性 河道屬性 河道演算 分流節(jié)點(diǎn)屬性 水庫(kù)屬性 發(fā)電站屬性 模型運(yùn)算設(shè)置

3、屬性,MIKE BASIN 要素 概化,3個(gè)子流域 6個(gè)用水戶 5個(gè)水庫(kù) 1個(gè)發(fā)電站,MIKE BASIN 簡(jiǎn)單示例,在圖形要素上右擊鼠標(biāo),在圖形要素上左擊,MIKE BASIN 簡(jiǎn)單示例,Diversion:,用 水 戶 屬 性,Water demand: 用水戶所需的水量； Deficit carry-over fraction: 前一時(shí)間步長(zhǎng)中的缺水可以累積到下一步長(zhǎng)的比例，用于農(nóng)業(yè)灌溉； Groundwater use fraction:需水量中由地下水供水的比例； Groundwater use absolute: 地下水抽取的絕對(duì)水量,用水戶使用地下水 Fraction of to

4、tal demand: 對(duì)應(yīng)于地表水與地下水資源的供水比例。 如果地表水或是地下水資源有限，那么需水將不會(huì)得到滿足。 Fraction of remaining demand: 對(duì)應(yīng)于地表水（第一優(yōu)先）和地下水之間的優(yōu)先權(quán)。 Absolute demand: 分別從兩種資源中取水，相互是獨(dú)立的。地下水取水量可能會(huì)比總需水量大，這種情況下地表取水量則為零。,梯級(jí)或并行水庫(kù)操作規(guī)則，雙向水庫(kù)調(diào)水 溢洪道模擬：基于底部出口以及時(shí)變的溢洪道底部高程 水電站機(jī)器效率與下泄流量相關(guān) 湖泊可以被看作為一個(gè)水庫(kù)類型，其出流由水位流量關(guān)系曲線來決定,水 庫(kù) 屬 性,水庫(kù)操作規(guī)則曲線,水 庫(kù) 屬 性,水 庫(kù) 屬

5、性,最大下泄能力,超出洪水控制水位的所有水都會(huì)被下泄到下游，下泄流量低于所設(shè)定的最大下泄流量 (當(dāng)不使用溢洪道選項(xiàng)時(shí)) 只有當(dāng)水位達(dá)到壩頂高程時(shí)，下泄流量才會(huì)大于所設(shè)定的最大下泄流量。,取水點(diǎn)流量,用水戶流量,遠(yuǎn)程控制點(diǎn)流量,水庫(kù)下泄水量來維持遠(yuǎn)程控制流量。水庫(kù)水位會(huì)因此而下降。,水 庫(kù) 屬 性,遠(yuǎn)程控制點(diǎn) (0.5 m3/s),水庫(kù)水位,取水口處的流量,用水戶流量,控制點(diǎn)流量,水庫(kù)下泄水來維持遠(yuǎn)程控制點(diǎn)流量水庫(kù)水位在遠(yuǎn)程點(diǎn)流量需求增大時(shí)將會(huì)下降更多,遠(yuǎn)程控制點(diǎn) (1.5 m3/s),水 庫(kù) 屬 性,溢洪道屬性,水 庫(kù) 屬 性,洪水控制調(diào)度時(shí)期最大下泄流量可受到溢洪道的過水能力的限制。溢洪道的

6、這種限制可能會(huì)引起水位上升超過洪水限制水位。 The spill capacity table（溢洪過水能力表）是可選項(xiàng)，用于水庫(kù)和湖泊。它在物理上由水位（相對(duì)于溢洪道底部高程）決定，因此必須以h-Q表格形式給出。 Q是在該水位上最大可能下泄量。 Spillway bottom level time series (可選項(xiàng)) 描述了溢洪道的基礎(chǔ)高程，是h-Q 關(guān)系表中水位的參考高程。 The bottom outlet capacity time series（底部出口過水能力）通常是可以調(diào)節(jié)的，因此必須以時(shí)間序列的形式給出。如果沒有定義時(shí)間序列，那么過水能力將被設(shè)為零。 在水庫(kù)中后兩者分別代

7、表了（上部）溢洪道和底部出口。,水 電 站 屬 性,計(jì)算順序: 1) 用戶設(shè)定了水電站節(jié)點(diǎn)處的目標(biāo)電量 2) 水庫(kù)將會(huì)根據(jù)水庫(kù)中的實(shí)際水位來計(jì)算相應(yīng)的需水量 3)水庫(kù)將會(huì)（如果可能）提取所需的水量，并計(jì)算產(chǎn)電量 可選項(xiàng) 尾水水位可以定為一個(gè)表格，該表定義了尾水水位和水庫(kù)下泄流量之間的關(guān)系。 可選項(xiàng) 機(jī)器效率可以定義為一個(gè)表格，該表定義了效率和下泄流量之間的關(guān)系。,分流節(jié)點(diǎn),分 流 節(jié) 點(diǎn) 屬 性,設(shè)為流量的函數(shù)(lookup table),設(shè)為一個(gè)流量 (time series),河 道 屬 性,河流中的水位計(jì)算可以由Q-h表或曼寧公式得到 增加了演算選項(xiàng)：洪水波平移 包括河流和連接渠中的滲漏

8、、蒸發(fā)和輸水損失的選項(xiàng) 包括河流和連接渠的過水能力限制,注意: 用于河道和連接渠道的數(shù)據(jù)類型是相同的！,水流損失,過水能力,河道演算,河 道 演 算,4 種方法: Linear reservoir routing（線性水庫(kù)演算） Muskingum routing（馬斯京根演算） Wave translation （洪水波平移） No routing （無演算）,取決于所選方法，可能要設(shè)定的參數(shù)有兩個(gè)，一個(gè)用于描述水流延遲，另一個(gè)用于描述過程線形狀。 當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間有顯著的水流延遲以及過程線平滑時(shí)，演算則需要考慮進(jìn)去。 這種情況通常是時(shí)間步長(zhǎng)與兩節(jié)點(diǎn)之間的距離相比過小的原因。在大多數(shù)情況下如果使

9、用的時(shí)間步長(zhǎng)大于或等于一個(gè)月時(shí)一般不使用演算。,馬斯京根方法 是一個(gè)常用的水文演算方法，用于模擬變化的流量-槽蓄之間的關(guān)系。這種方法模擬的洪水槽蓄量是柱蓄和楔蓄之和。 參數(shù)K 是洪水波在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通過河段的時(shí)間。其數(shù) 值可用洪峰通過河道的實(shí)測(cè)時(shí)間來估計(jì)。流量比重因子x (無量綱 )取決于模擬的楔形槽蓄的形狀。在天然河道，x 的數(shù)值在0 至 0.3 之間且平均值為0.2 (總是 0.5). 非常準(zhǔn)確地確定x值沒有 太大必要，因?yàn)榻Y(jié)果對(duì)此參數(shù)相對(duì)不敏感。,河 道 演 算,線性水庫(kù)演算 是在考慮了入流,取水和回水之后將上游節(jié)點(diǎn)的水流 根據(jù)時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行分配。 對(duì)于一個(gè)脈沖入流，一段時(shí)間之后的出流峰值

10、由時(shí)間滯后給出，隨 后以指數(shù)衰減。所用的公式為： 這里 qo 是節(jié)點(diǎn)的出流, dt 是時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)度, qi 是節(jié)點(diǎn)的入流, s 是水面下的蓄水,K 是線性演算時(shí)間滯后(或者是延遲參數(shù))。 線性水庫(kù)演算可以被認(rèn)為是當(dāng)x = 0時(shí)的馬斯京根演算的特殊情 況。與普通的馬斯京根演算不同，線性演算只與時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)度和 K值有關(guān)。,河 道 演 算,洪水波平移 使用這個(gè)選項(xiàng)，洪水波不會(huì)有阻尼現(xiàn)象。這僅適用于陡急的河流。 洪水波平移的算法本質(zhì)上是對(duì)每一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)使用一個(gè)帶有槽 的周期性緩沖。一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的入流被放入到當(dāng)前入流，相對(duì)應(yīng)的 儲(chǔ)存在槽中的前期入流被移出。當(dāng)前槽的索引號(hào)在緩沖中循環(huán),這 樣一個(gè)新的入流總

11、是替代最老的以前的入流。,河 道 演 算,1,000 km2,2,000 km2,2,000 km2,流 域 屬 性,建立河網(wǎng),綠色的緩沖區(qū)是在添加了流節(jié)點(diǎn)之后添加上的，它代表流域或集水區(qū)。它們?cè)试S用戶設(shè)定兩節(jié)點(diǎn)間的側(cè)向入流。它們也用于設(shè)定地下水系統(tǒng)。,線性水庫(kù)原理計(jì)算,時(shí) 間 步 長(zhǎng),模擬時(shí)間步長(zhǎng): 任何正的時(shí)間范圍（小時(shí)步長(zhǎng)，日步長(zhǎng)等，如2天。也可以是月時(shí)間步長(zhǎng)，即它會(huì)自動(dòng)地將時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)度調(diào)整為不同月的長(zhǎng)度。 子除數(shù)（sub-divider）： 時(shí)間步長(zhǎng)子除數(shù)允許在內(nèi)部計(jì)算中使用一個(gè)較小的模擬時(shí)間步長(zhǎng)，而不同于輸出時(shí)間步長(zhǎng)，這樣做是為了提高計(jì)算精度。內(nèi)部時(shí)間步長(zhǎng)是1/（時(shí)間步長(zhǎng)子除數(shù)）乘以

12、輸出時(shí)間步長(zhǎng)。 輸入數(shù)據(jù)的時(shí)間步長(zhǎng): 可以與模擬時(shí)間步長(zhǎng)不同，不需要在一個(gè)時(shí)間序列中保持恒定。各種輸入文件可能有著不同的時(shí)間步長(zhǎng)。 MIKE BASIN 接受等距和非等距時(shí)間軸的時(shí)間步長(zhǎng)，不需要輸入時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)度與模擬時(shí)間步長(zhǎng)長(zhǎng)度相同。,MIKE BASIN的計(jì)算核心（引擎） 可以通過各種編程語言來訪問。 訪問的實(shí)現(xiàn)可以通過下列方式： 1、在Excel 、ArcGIS中進(jìn)行Visual basic宏編輯； 2、通過任何支持Microsoft COM技術(shù)的編程語言（Visual C+, Delphi, 等）或.Net 語言(C#, Visual Basic .Net, 等）,Macro 編程,直接

13、訪問 MIKE BASIN引擎在以下情況下是很有用的，如： 通過（多個(gè)）Monte-Carlo模擬做快速靈敏度分析； 快速執(zhí)行和分析多個(gè)方案； 使用Excel的統(tǒng)計(jì)功能、 ArcGIS制圖或第三方程序?qū)Y(jié)果進(jìn)行后理； 要實(shí)施 MIKE BASIN標(biāo)準(zhǔn)分配算法之外的機(jī)制 (如，特定區(qū)域的水庫(kù)操作規(guī)則); 動(dòng)態(tài)地控制模擬 (逐步模擬、由任何時(shí)間步長(zhǎng)、甚至由一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)的迭代進(jìn)行熱啟動(dòng))； 為特定區(qū)域的MIKE BASIN 模型創(chuàng)建簡(jiǎn)單的 ArcGIS或Excel用戶界面(可由非GIS人員進(jìn)行操作); 或者 或者通過各種Excel的 Solver 工具(Data菜單)進(jìn)行各種優(yōu)化。,Macro 編

14、程,通過Excel 調(diào)用 Macro 程序,優(yōu) 化 問 題,MIKE BASIN 結(jié)果顯示一,MIKE BASIN 結(jié)果顯示二,NAM 降雨徑流模塊,NAM : “nedbr-afstrmnings model” （降雨-徑流模型）,降雨-徑流示意圖,NAM模型示意圖,NAM 降雨徑流模塊,主要 NAM 參數(shù),Umax 地表最大儲(chǔ)水量 影響蒸發(fā)和水量平衡 一般取值范圍: 10-25 mm Lmax 根區(qū)最大儲(chǔ)水量 影響蒸發(fā)和水量平衡 一般取值范圍: 50-250 mm CQof 地表徑流系數(shù) 將凈降雨分配為地表徑流和入滲 一般取值范圍: 0.01 - 0.9 CQif壤中流時(shí)間常數(shù) 與 Umax 一起決定壤中流流量 一般取值范圍: 500-1000 hours,TOF 地表徑流的根區(qū)閾值 汛期開始時(shí)延遲地表徑流的形成 一般取值范圍: 0.0 - 0.7 TG 地下水補(bǔ)充的根區(qū)閾值 汛期開始時(shí)延遲地下水補(bǔ)充的發(fā)生 一般取值范圍: 0.0 - 0.7 TIF 壤中流的根區(qū)閾值 汛期開始時(shí)延遲壤中流的形成 一般取值范圍: 0.0 CKBF 基流計(jì)算的時(shí)間常數(shù) 決定基流過程線的形狀 一般取值范圍: 500 - 5000 hours CK12 地表徑流計(jì)算的時(shí)間常數(shù) 決定流量峰值形狀 一般取值范圍: 3 - 4