MIKEBASIN水資源模型介紹

1、MIKE BASIN 水資源模型介紹水資源模型介紹莫莫 鎧鎧關(guān)于關(guān)于 DHI獨立的、非贏利性的、研究獨立的、非贏利性的、研究和咨詢機構(gòu)；和咨詢機構(gòu)；為水資源和環(huán)境的發(fā)展提供為水資源和環(huán)境的發(fā)展提供先進技術(shù)；先進技術(shù)；經(jīng)營范圍遍及全球；經(jīng)營范圍遍及全球；服務(wù)對象主要為世界銀行，服務(wù)對象主要為世界銀行，亞行，亞行， 歐盟，咨詢公司，歐盟，咨詢公司，各國流域管理機構(gòu)等；各國流域管理機構(gòu)等；與高等院校、學(xué)術(shù)研究機構(gòu)、與高等院校、學(xué)術(shù)研究機構(gòu)、流域管理機構(gòu)等建立長期緊流域管理機構(gòu)等建立長期緊密的關(guān)系。密的關(guān)系。關(guān)于關(guān)于 DHI 1964年，年， Danish Hydraulic Instititute

2、丹麥水利研究院建立丹麥水利研究院建立 （DHI); 1970年年,Asger與與Adri Vervey編寫了編寫了System 11（MIKE11的的前身）前身）,最早的最早的1D河網(wǎng)模型；河網(wǎng)模型； 2000年，年，DHI合并了合并了VKI (Institute for the Water Environment )，更名為，更名為 DHI Water & Environment； 2000年，年，DHI合并了合并了WEST (污水處理廠軟件污水處理廠軟件 )； 2005年，年，DHI合并了合并了DTC (Danish Toxicology Centre) ； 2007年，年，DHI

3、更名為更名為DHI WATER ENVIRONMENT HEALTH 2007年，年，DHI合并了合并了WASY（地下水軟件）。（地下水軟件）。1964年，英國人年，英國人MIKE Abbott帶著帶著Abbott方程進入方程進入DHI,研究水動力數(shù)學(xué)模型。研究水動力數(shù)學(xué)模型。為了紀念他對為了紀念他對DHI的模型所作的貢獻，因而取的模型所作的貢獻，因而取名名MIKE。問題：為什么問題：為什么DHI的軟件都以的軟件都以MIKE 命名命名?5DHI Water & Environment Hrsholm - DenmarkTEST FACILITIESOFFICE FACILITIES關(guān)于

4、關(guān)于 DHIDHI - WorldwideProduct agent 產(chǎn)品代理產(chǎn)品代理General agent 總代理總代理DHI offices 辦公室辦公室DHI subsidiaries 子公司子公司DHI China丹華水利環(huán)境丹華水利環(huán)境技術(shù)有限公司技術(shù)有限公司DHI 主要軟件產(chǎn)品主要軟件產(chǎn)品MOUSEMIKE SWMMMIKE NETMIKE URBAN城市給排水管網(wǎng)城市給排水管網(wǎng)MIKE 21/21C二維模型二維模型MIKE BASIN流域管理模型流域管理模型MIKE SHE地下水模型地下水模型MIKE 11河流一維模型河流一維模型MIKE 3三維模型三維模型 LITPACK海

5、岸線動力模型海岸線動力模型West污水處理模型污水處理模型MIKE 11一維天然河道、灌溉渠道模型一維天然河道、灌溉渠道模型MIKE 21二維河口、海岸及海洋模型二維河口、海岸及海洋模型EcoLab 水質(zhì)模型水質(zhì)模型MIKE 3三維水利模型三維水利模型MIKE BASIN 水資源分配、供需平衡模型水資源分配、供需平衡模型MIKE SHE水力模型（地表水和地下水治理、污染和水水力模型（地表水和地下水治理、污染和水土流失）土流失）MIKE URBAN 城市污水和雨水管網(wǎng)模型城市污水和雨水管網(wǎng)模型,供供 水管網(wǎng)模型水管網(wǎng)模型MIKE BASINMIKE 3WESTMIKE URBANDHI Chin

6、a 主要部門主要部門城市水部門城市水部門海洋部門海洋部門內(nèi)陸水部門內(nèi)陸水部門第一部分第一部分 MIKE BASIN 模型的概念模型的概念第二部分第二部分 MIKE BASIN 的應(yīng)用的應(yīng)用Water Resources Modelling MIKE BASIN第第 一一 部部 分分 MIKE BASIN 模型的概念模型的概念Water Resources Modelling MIKE BASINWater Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 的的 定定 義義需水量需水量供水量供水量地區(qū)、城市間水資地區(qū)、城市間水資源分配，生活、工源分配，生活、工業(yè)、

7、農(nóng)業(yè)需水，人業(yè)、農(nóng)業(yè)需水，人工干預(yù)，等。工干預(yù)，等。自然條件下的河川自然條件下的河川徑流，地下水取水徑流，地下水取水量，流域之間調(diào)水，量，流域之間調(diào)水，等。等。Water Resources Modelling MIKE BASIN基于基于 ArcGIS 9.2 (9.x)主要解決水資源分配及水量平衡問題主要解決水資源分配及水量平衡問題可進行多目標優(yōu)化過程可進行多目標優(yōu)化過程獨立的數(shù)據(jù)庫形式獨立的數(shù)據(jù)庫形式(Microsoft Access Database)包括功能強大的數(shù)據(jù)前、后處理及數(shù)值統(tǒng)計包括功能強大的數(shù)據(jù)前、后處理及數(shù)值統(tǒng)計工具工具（Temporal Analyst 時間分析模塊）時

8、間分析模塊）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)輸入對話框界面形式統(tǒng)一的數(shù)據(jù)輸入對話框界面形式 MIKE BASIN 的的 主主 要要 特特 點點MIKE BASIN 的五大組成部分的五大組成部分MIKE BASIN 水資源模型水資源模型包括包括Macro Assistant 宏助手功能宏助手功能Optimazation 優(yōu)化功能優(yōu)化功能Water quality 水質(zhì)功能水質(zhì)功能Groundwater 地下水功能地下水功能NAM 降雨徑流模塊降雨徑流模塊Temporal Analyst 時間分析模塊時間分析模塊Load Calculator 污染物負荷模塊污染物負荷模塊Irrigation 農(nóng)業(yè)灌溉模塊農(nóng)業(yè)灌溉模塊W

9、ater Resources Modelling MIKE BASIN核核 心心 部部 分分Water Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 水資源模型水資源模型（核心部分）（核心部分）NAM 降雨徑流模塊降雨徑流模塊Temporal Analyst 時間分析模塊時間分析模塊子流域的降雨徑流計算結(jié)果數(shù)據(jù)的前、后處理及統(tǒng)計功能Load Calculator 污染物負荷模塊污染物負荷模塊面源污染物面源污染物負荷計算負荷計算MIKE BASIN 的五大組成部分的五大組成部分Irrigation農(nóng)業(yè)灌溉農(nóng)業(yè)灌溉農(nóng)業(yè)灌溉需農(nóng)業(yè)灌溉需水量計算水量計算MIKE B

10、ASIN在水資源方面的主要應(yīng)用在水資源方面的主要應(yīng)用水資源管理水資源管理水量分配優(yōu)化水量分配優(yōu)化跨流域調(diào)水跨流域調(diào)水水庫操作調(diào)度水庫操作調(diào)度水電站發(fā)電水電站發(fā)電水文數(shù)據(jù)信息管理水文數(shù)據(jù)信息管理河流水質(zhì)河流水質(zhì)農(nóng)業(yè)灌溉農(nóng)業(yè)灌溉 .Water Resources Modelling MIKE BASIN需需 要要 區(qū)區(qū) 分分 的的 定定 義義v 集總式模型與分布式模型集總式模型與分布式模型Lumped vs Distributed輸入數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)據(jù)的形式(面數(shù)據(jù)面數(shù)據(jù)/參數(shù)參數(shù) vs點數(shù)據(jù)點數(shù)據(jù)/參數(shù)參數(shù))經(jīng)驗參數(shù)，平均數(shù)值經(jīng)驗參數(shù)，平均數(shù)值v 水力學(xué)模型與水資源模型水力學(xué)模型與水資源模型研究

11、的對象及計算的結(jié)果研究的對象及計算的結(jié)果(水位水位流量流量 vs 總水量總水量,流量流量)求解偏微分方程求解偏微分方程 vs 水量平衡水量平衡城市河道城市河道 vs 流域河網(wǎng)流域河網(wǎng) (大尺度范圍的宏觀水量計算大尺度范圍的宏觀水量計算)v 水動力模型預(yù)報與水資源模型規(guī)劃水動力模型預(yù)報與水資源模型規(guī)劃時間步長時間步長(1 小時小時 vs 1個月個月)河道演算河道演算v 自然條件下的天然徑流與人工干預(yù)下的調(diào)配自然條件下的天然徑流與人工干預(yù)下的調(diào)配天然徑流天然徑流 vs 三次供需分配平衡三次供需分配平衡Water Resources Modelling MIKE BASIN 經(jīng)驗?zāi)Ｐ鸵坏┙?，可以?/p>

12、速簡單地應(yīng)用適用性較差 (黑箱)假定條件不發(fā)生改變沒有影響評估確定性的確定性的相同輸入 =相同輸出隨機的隨機的相同輸入 =不同輸出概念模型 (集總式或分布式) 結(jié)合經(jīng)驗和物理公式(灰箱)能解決許多水資源問題簡單的影響評估 成本效益好分布式物理模型 解決物理方程(白箱)參數(shù)可經(jīng)測量得到影響評估好有助于描述機理水資源模型的類型水資源模型的類型分布式水文分布式水文水資源模型水資源模型(MIKE SHE)詳細、完整的水文模型詳細、完整的水文模型 UZSZOLSZSZRiverDrainsAbstraction集總式概念模型集總式概念模型( MIKE BASIN)輸入數(shù)據(jù)，由模型得到輸入數(shù)據(jù)，由模型得到

13、的結(jié)果代表空間的平均的結(jié)果代表空間的平均值（每個模型區(qū)域）。值（每個模型區(qū)域）。包含一些經(jīng)驗參數(shù)。包含一些經(jīng)驗參數(shù)。MIKE BASIN 模型概念模型概念 示意圖示意圖計算單元計算單元:子流域子流域流域節(jié)點流域節(jié)點,用水戶節(jié)點用水戶節(jié)點, 等等.Water Resources Modelling MIKE BASIN引水點引水點工業(yè)排水工業(yè)排水灌溉區(qū)灌溉區(qū)回水回水取水口取水口徑流徑流 供供水水水庫水庫r多個水權(quán)多個水權(quán)水電站水電站地下水地下水 目標流量目標流量流域間調(diào)水流域間調(diào)水Water Resources Modelling MIKE BASIN文文 件件 形形 式式輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)計算結(jié)

14、果計算結(jié)果Water Resources Modelling MIKE BASIN文文 件件 形形 式式 圖表數(shù)據(jù)圖表數(shù)據(jù) 統(tǒng)計報告形式統(tǒng)計報告形式 二維圖形顯示二維圖形顯示W(wǎng)ater Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 結(jié)果顯示一結(jié)果顯示一最大下泄流量最大下泄流量模擬下泄流量模擬下泄流量水位水位壩頂高程壩頂高程Water Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 結(jié)果顯示二結(jié)果顯示二第第 二二 部部 分分MIKE BASIN 的應(yīng)用的應(yīng)用Water Resources Modelling MIKE BASI

15、N中國水資源的現(xiàn)狀中國水資源的現(xiàn)狀 我國黃淮海流域人口占全國的我國黃淮海流域人口占全國的1/3多，水資源量卻占多，水資源量卻占全國的全國的1/10不到，人均水資源量僅有不到，人均水資源量僅有457立方米，立方米，屬于嚴重缺水地區(qū)，而首都北京人均水資源量不足屬于嚴重缺水地區(qū)，而首都北京人均水資源量不足300立方米，是世界上最嚴重的缺水特大城市之一。立方米，是世界上最嚴重的缺水特大城市之一。 在全國在全國600多個城市中，缺水城市達多個城市中，缺水城市達300多個，其中多個，其中嚴重缺水的城市嚴重缺水的城市100多個，日缺水量多個，日缺水量1600萬噸，每萬噸，每年因缺水造成的直接經(jīng)濟損失達年因缺

16、水造成的直接經(jīng)濟損失達2000億元，全國每億元，全國每年因缺水少產(chǎn)糧食年因缺水少產(chǎn)糧食700億億800億公斤。億公斤。 Water Resources Modelling MIKE BASIN我國城鄉(xiāng)水資源非常匱乏我國城鄉(xiāng)水資源非常匱乏!來源：中國水利水電科學(xué)研究院水資源所來源：中國水利水電科學(xué)研究院水資源所海河流域水資源現(xiàn)狀海河流域水資源現(xiàn)狀供水量供水量v 2006年全流域總供水量年全流域總供水量392.85億立方米。其中，地表水源供水量億立方米。其中，地表水源供水量134.15億立方米，占億立方米，占34.2%；地下水源供水量；地下水源供水量251.85億立方米，億立方米，占占64.1%；

17、其他水源供水量；其他水源供水量6.85億立方米，占億立方米，占1.7%。Water Resources Modelling MIKE BASINv 2006年海河流域平均降水量年海河流域平均降水量438.2毫米，折合水量為毫米，折合水量為1402.51億立方米，比億立方米，比2005年少年少10.0%，比多年，比多年平均少平均少18.1%，屬枯水年份。，屬枯水年份。來源：來源：2006年海河流域水年海河流域水資源公報資源公報v 流域內(nèi)各行政區(qū)降水量較多流域內(nèi)各行政區(qū)降水量較多年平均也全部偏少年平均也全部偏少10%以上，以上，其中北京市偏少其中北京市偏少23.4%，天，天津市偏少津市偏少18.6

18、%，河北省偏，河北省偏少少20.2% Water Resources Modelling MIKE BASINv 2006年全流域總用水量392.69億立方米，其中農(nóng)業(yè)用水量274.72億立方米，占70.0%；工業(yè)用水量56.84億立方米，占14.5%；生活用水量56.55億立方米（其中城鎮(zhèn)生活占56.5 % ），占14.4%；生態(tài)環(huán)境用水4.58億立方米，占1.1%。 v 與2005年相比，全流域總用水量增加12.9億立方米，其中農(nóng)業(yè)用水增加農(nóng)業(yè)用水增加11.04億立方米億立方米，主要增加省份為河北省、河南省、山東??；工工業(yè)用水增加業(yè)用水增加0.11億立方米億立方米，主要增加省份為河北省、山

19、西省和內(nèi)蒙古；生活用水增加生活用水增加1.02億立方米億立方米，生態(tài)環(huán)境用水增加生態(tài)環(huán)境用水增加0.73億立億立方米方米。 海河流域水資源現(xiàn)狀海河流域水資源現(xiàn)狀用水量用水量來源：來源：2006年海河流域水年海河流域水資源公報資源公報 中國水資源現(xiàn)狀與中國水資源現(xiàn)狀與MIKE BASIN的關(guān)系的關(guān)系Water Resources Modelling MIKE BASIN人口增長人口增長經(jīng)濟增經(jīng)濟增長長不斷增長不斷增長的的用水用水需求需求和和人口負荷人口負荷對稀缺水資對稀缺水資源的激烈競源的激烈競爭爭有效的水資源規(guī)劃和管理有效的水資源規(guī)劃和管理有限的水資源有限的水資源適合的管理工具和數(shù)值模擬軟件通

20、過通過MIKE BASIN可以解決的問題可以解決的問題 所研究的流域究竟有多少水量所研究的流域究竟有多少水量?地下水地下水?地表水地表水? 哪里缺水哪里缺水?缺多少水缺多少水? 能否滿足未來用水戶的用水需求能否滿足未來用水戶的用水需求? 能否改善水庫的運行方式能否改善水庫的運行方式?控制規(guī)則控制規(guī)則? 如何將現(xiàn)有水資源在不同的用水者之間進行分配如何將現(xiàn)有水資源在不同的用水者之間進行分配?人工干預(yù)人工干預(yù)? 生態(tài)水量生態(tài)水量/環(huán)境水量是否合理環(huán)境水量是否合理?Water Resources Modelling MIKE BASINMIKE BASIN 示示 例例Water Resources M

21、odelling MIKE BASINMIKE BASIN 子流域?qū)崪y子流域?qū)崪y模擬結(jié)果對比圖模擬結(jié)果對比圖DaChengZi ( as Discharge) m3/sN26|Net flow to node ( as Discharge) m3/s80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 0 1000000000 2000000000 3000000000 4000000000 5000000000 6000000000子流域出口流量累積值子流域出口流量累積值DaChengZi m3/sN26|Net flo

22、w to node m3/s808182838485868788899091929394959697989900 100 200 300 400 500 600 700 800子流域出口流量瞬時值子流域出口流量瞬時值gongshanzui ( as Discharge) m3/sCalculated ( as Discharge) m3/s80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 0 200000000 400000000 600000000 800000000 1000000000 1200000000Lon

23、gTan_MonthAverageWaterLevel(m) mR71|Water level m808182838485868788899091929394959697989900010203040506 302 304 306 308 310MIKE BASIN 水庫實測水庫實測模擬結(jié)果對比圖模擬結(jié)果對比圖水庫出庫流量累積曲線水庫出庫流量累積曲線水庫水位曲線水庫水位曲線(粗調(diào)粗調(diào))BaiShi_DayWaterLevel mR411|Water level m200120022003200420052006 108 110 112 114 116 118水庫水位曲線水庫水位曲線(粗調(diào)粗調(diào))

24、MIKE BASIN 子流域地下水模擬結(jié)果圖子流域地下水模擬結(jié)果圖C9|Depth to deep groundwater m198019811982198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420058.888.908.928.948.968.989.00C9|Depth to shallow groundwater m198019811982198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997

25、199819992000200120022003200420051.861.881.901.921.941.961.982.00子流域淺層地下水子流域淺層地下水埋深變化曲線埋深變化曲線子流域深層地下水子流域深層地下水埋深變化曲線埋深變化曲線qianyang m80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 5 10實測地下水埋深變化曲線實測地下水埋深變化曲線MIKE BASIN 用水戶計算模擬結(jié)果示意圖用水戶計算模擬結(jié)果示意圖用水戶平均用水量用水戶平均用水量用水戶最大缺水量用水戶最大缺水量用水戶地下水抽取量用水戶地下水抽取量MIKE BASIN 結(jié)果演示結(jié)果演示W(wǎng)ater Resources Modelling MIKE BASINo 基于基于ArcGIS 9.x 的擴展模塊，可以直接放到授權(quán)的的擴展模塊，可以直接放到授權(quán)的 GIS 系統(tǒng)中。系統(tǒng)中。 有大量有大量的時間序列數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示功能，可用于數(shù)據(jù)信息的分析和共享；的時間序列數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示功能，可用于數(shù)據(jù)信息的分析和共享；o 包括水資源規(guī)劃及分配中所需的過程和規(guī)則包括水資源規(guī)劃及分配中所需的過程和規(guī)則, ,可以通過簡單編程來加入特可以通過簡單編程來加入特定的規(guī)則和過程；可以使用宏語言從其它界面定的規(guī)則和過程；可以使用宏語言從