MIKE 21C
MIKE 21C är ett datorprogram som simulerar utvecklingen i flodbädden och kanalplansformen i två dimensioner. MIKE 21C har utvecklats av DHI . MIKE 21C använder kurvlinjära ändliga differensraster.
Simulerade processer med MIKE 21C inkluderar bankerosion , skurning och stim till följd av aktiviteter som konstruktion och muddring, säsongsmässiga fluktuationer i flödet etc.
Ansökningar
MIKE 21C kan användas för att designa skyddssystem mot bankerosion, utvärdera åtgärder för att minska eller hantera stimning, analysera riktningar och dimensioner av navigeringskanaler för att minimera kapital- och underhållsmuddring, förutsäga påverkan av bro-, tunnel- och rörledningskorsningar på flodkanalhydraulik och morfologi, optimering av restaureringsplaner för habitatmiljö i kanalsystem, design av övervakningsnätverk baserat på morfologiska prognoser.
Tack vare sina noggranna beskrivningar av de fysiska processerna kan MIKE 21C simulera en flätad flod som utvecklas från en plan bädd, vilket illustrerades av Enggrob & Tjerry (1998).
Teori
Liksom de flesta andra modeller tillverkade av DHI använder MIKE 21C ett tilläggskoncept där den övergripande tidsslingan kan innehålla processer som ska simuleras, valda av användaren. I sin grundform är modellen en 2-dimensionell hydrodynamisk modell som kan simulera såväl dynamiska som kvasi-steady- eller steady-state hydrodynamiska lösningar. Den hydrodynamiska modellen löser Saint-Venant-ekvationerna i två dimensioner med vattendjupet definierat i cellcentra och ett förskjutet hastighetsfält (internt löser koden flödesfältet, dvs vattendjupet multiplicerat med hastighetsvektorn) definierat med riktning som den lokala rutnät bas vektor.
Modellen är beräkningsmässigt en parallellkod (skriven i Fortran ) med parallelliseringar i alla moduler, vilket möjliggör simuleringar av morfologisk utveckling på fina rutnät över långa tidsperioder. Modellen tillämpas vanligtvis med så mycket 25 000 beräkningspoäng under perioder på flera år eller till och med decennier.
Det viktigaste sekundära flödet i floder är det så kallade spiralformade flödet, med dess namn som kommer från Helios (solen på grekiska). Namnet spiralformad används eftersom flödet uppstår när vattnet i de nedre delarna av vattenpelaren strömmar mot det lokala krökningscentrumet och bort från det lokala krökningscentrumet längs vattenytan. Detta har bara en mindre inverkan på hydrodynamiken, vanligtvis bara uttalad i laboratorieskala, men det har djupgående effekter på sedimenttransporten och morfologin eftersom det spiralformade flödet påverkar den annars noll tvärgående sedimentkomponenten. MIKE 21C tillämpar standardteori för det spiralformade flödet, som finns i t.ex. Rozowsky (1957). Standard spiralflödesteori ger en sekundär flödeshastighetsprofil som helt kännetecknas av friktion och avvikelsevinkeln mellan huvudflödesriktningen och riktningen för skjuvspänningen vid flodbädden.
MIKE 21C använder den traditionella uppdelningen av sedimenttransport i bäddlast och hängande last, och modellen kan simulera både icke-kohesivt och kohesivt sediment i en blandning.
Bäddlastmodellen tar hänsyn till effekterna av sekundärt flöde (bäddens skjuvspänningsriktning) och lokal bäddlutning (gravitation). Suspenderad last beräknas med en advektion-dispersionsekvation för varje fraktion, som inkluderar anpassning i tid och rum samt de 2-dimensionella djupintegrerade effekterna av det 3-dimensionella flödesmönstret genom profilfunktioner (Galappatti & Vreugdenhil, 1985).
Citat
- IL Rozowsky (1957) "Flöde av vatten i krökar av öppna kanaler", engelsk översättning, Israel Progr. For Scientific Transl., Jerusalem
- R. Galappatti och CB Vreugdenhil (1985) "A depth-integrated model for suspended transport", Journal of Hydraulic Research, Vol.23, No.4
- HG Enggrob och S. Tjerry (1998) "Simulation of Morphological Characteristics of a Braided River", Proc IAHR-Symp on River, Coastal and Estuarine morphodynamics, University of Genova, Dept Environmental Eng., Genova, 585–594.