MANUAL MIKE 21-HD

Nita YuanitaProgram Studi Teknik KelautanKamis, 10 September 2009

OUTLINEPARAMATER DASAR (BASIC PARAMETERS)PARAMETER HIDRODINAMIKA (HYDRODYNAMICS PARAMETER)UMUM

Basic ParameterHydrodynamics Parameter

Persamaan PengaturPersamaan Kontinuitas

x, y - space coordinates (m)t - time (s)h (x,y,t) - water depth (m) (x,y,t) - surface elevation (m)p, q (x,y,t) - flux densities in x-, y-directions (m3/s/m)

Persamaan PengaturPersamaan Momentum arah-x

Persamaan Momentum arah-y

Persamaan Momentumg - acceleration due to gravity (m/s2)f(V) - wind friction factorV, Vx, Vy, Vy (x,y,t)- wind speed and components in x- and y-directions (m/s) (x,y) - Corriolis parameter, latitude dependent. = 2sin (); is angular rotation velocity of the earth and is latitude of interested positionpa (x,y,t) - atmospheric pressure (kg/m/s2)w - density of water (kg/m3)xx, xy, yy - components of effective shear stress due to turbulence and viscous effects

Module SelectionHydrodynamic only hanya modul HDHydrodynamic and Advection-Dispersion HD dan ADHydrodynamic and Mud Transport modul HD, AD dan MTHydrodynamic and ECO Lab modul HD, AD dan ECO Lab

BathymetryMaksimum nested file adalah 9Jenis simulasi berdasarkan kondisi awalCold Start memulai simulasi dengan kondisi kecepatan awal = 0Hot Start simulasi merupakan lanjutan dr hasil simulasi pemodelan lainPemasukan file bathyimetry (*.dfs2)

Nested ModelModel area memiliki beberapa area lain (di dalam cakupannya) yang memiliki grid yang berbeda

Nested ModelKeuntungan: untuk menghemat CPU time, dengan mengatur grid yang lebih besar di luar area kajian.

MIKE21 Nested Model memungkikan aplikasi sampai dengan 9 area

Nested ModelDalam nested model, interaksi antara daerah di area grid lebih rapat (finer) dengan area grid lebih kasar (coarser) berjalan secara dinamis. Semua paramater diinputkan untuk setiap area.Keterbatasan:

Nested ModelDetail dari nested model manual Standard vs. nested HD moduleGunakan tools border adjustment dalam pre&post processing MIKE Zero Toolbox.

Bathymetry

Bathymetry

Bathymetry

Bathymetry

Bathymetry

Simulation Period

Simulation PeriodTime step range jumlah time stepTime step interval internal waktuSimulation start date tanggal mulai simulasiWarm up period pemanasan, jumlah time step dimana fungsi gaya dinaikan secara bertahap dari 0 100 %Pada menu ini akan dihitung dan diperlihatkan maksimum courant number dalam model

Courant NumberCourant number didefinisikan

Jumlah grid points dimana informasi bergerak dalam satu time stepNormalnya courant number tidak lebih dari 5.MIKE-21 dirancang untuk courant number sampai 20, untuk kondisi batimetri yang halus.Untuk simulasi muara dengan alur pasut (tidal channel), max courant number = 1

Boundary

BoundaryBoundary dari area model dapat ditentukan sendiri atau dideteksi secara otomatis oleh programDalam hal boundary ditentukan sendiri, user harus memasukan jumlah open boundary dan lokasinya (titik awal dan akhir) Diperbolehkan sampai 14 open boundaries

Boundary User specified boundary

Boundary User specified boundary

Source and SinkIsolated Source: titik dimana sejumlah air dialirkan kedalam sistem, dengan kecepatan tertentu. Isolated Sink: titik dimana air dialirkan keluar dari model. Sepasangan Source dan Sink yang saling terkait. Contoh untuk resirkulasi studi untuk modul ADDiizinkan sampai 256 sources dan sinks

Mass BudgetDiisi jika diinginkan studi lebih lanjut tentang perhitungan budget untuk salah satu parameter (Modul AD, MT dan Eco Lab)

Flood and dryPerlu diisi untuk lokasi yang sangat dipengaruhi dengan pasut (pada saat pasang tergenang, saat surut kering).Drying depth: minimum water depth yang diijinkan dalam satu titik sebelum dikeluarkan dari perhitungan. Flooding Depth: water depth di titik dimana akan dimasukkan kembali dalam perhitungan

Hydrodynamics ParameterInitial Surface ElevationBoundarySource and SinkEddy ViscosityResistance Wave RadiationWind ConditionsResults

Initial Surface ElevationKondisi awal permukaan air, perlu di inputkan ke dalam modelAda 2 cara: constant value dibaca dari 2D data file (dfs2)Biasanya digunakan nilai konstan utk seluruh area. Umumnya 0 (muka air tenang)Perlu disesuaikan dng kondisi batas (BC)

BoundaryJenis: Debit dan Elevasi Muka AirPerioda data harus sesuai dengan perioda simulasi yg terisi di Simulation PeriodJenis dataPersamaan sinusoidalKonstanMembaca dari File: point seri (dfs0), profile seri (dfs1) atau transfer file (hot start)

Boundary

BoundaryPetunjuk untuk sinusoidal

Flux Along the Boundary(FAB) 0 Aliran di boundary tegak lurus 1 arah aliran di boundary diekstrapolasi dr titik terdekat di dalam model 2 arah aliran diberikan 12 gabungan 1 dan 2

Source and SinkDiisikan besaran source and sink (inlet atau outlet), yang lokasi titiknya sudah diidentifikasikan sebelumnyaDapat diisikan dengan flux (debit, m3/s) atau kecepatan dan arah alirannyaDapat berupa nilai konstan atau time series (dfs0)Hindari meletakan titik sources/sinks di area yang kemungkinan akan terjadi lokasi flooding/drying

Eddy ViscosityNilai effective shear stress (pd persamaan momentum) berkaitan dengan eddy viscositySatuan eddy viscosity [m2/s]Flux based

Velocity based

Eddy ViscosityFlux based baik untuk kedalaman yang cenderung seragam, waktu running lebih cepatVelocity based lebih akurat, waktu running lebih lama krn sistem menghitung flux bkn velocity

Eddy ViscosityDiabaikanNilai konstanTergantung formula Smagorinsky. Perlu ditentukan nilai Cs (0.25 1)

Hints: nilai Eddy dapat mempengaruhi kestabilan program.

ResistanceDinyatakan: Chezy (C) atau Manning Berpengaruh pada pers. Momentum

Hubungan antara Chezy dan Manning

ResistanceDinyatakan: Chezy (C) atau Manning Berpengaruh pada pers. Momentum

Hubungan antara Chezy dan Manning

C = Chezy (m1/2 / s)M =Manning (m1/3 / s)h = kedalaman

ResistanceDapat berupa nilai konstan di semua titikAtau dalam file type 2 (dfs 2)Merupakan parameter kalibrasi. Berpengaruh pada hasil water levelRekomendasi nilai:Manning: 20 40 m1/3 /s. Jika tidak ada informasi lain gunakan 32 m1/3 /s. Di muara 25 m1/3 /sChezy: 30 50 m1/2 /s

PierMIKE-21 memungkinkan untuk menghitung efek dari tiang-tiang jembatan yang berada di wilayah perairanResistance yang terjadi akibat adanya pier, selanjutnya mempengaruhi shear stress dan arus yang terjadi.Jumlah, Posisi, dan Dimensi pier dinyatakan dalam file type 1. Dalam menu Resistance

Wave RadiationDigunakan jika ingin menggabungkan efek arus dari gelombang (wave generated currents)Secara teori menambahkan term Radiation Stress pd pers. Momentum

Wave RadiationNilai radiation stress didapat dengan melakukan simulasi gelombang menggunakan wave modules: MIKE-21 NSW, MIKE-21 PMSSecara umum direkomendasikan untuk menghindari aplikasi flood and drying dan wave radiation stress.

Wind ConditionsUntuk memperhitungkan efek angin didalam area modelInput data: kecepatan, arah dan koefisien gesek anginGaya akibat angin dihitung dari: CW = koefisien gesek angin (rekomendasi 0.0026)rair / rwater = massa jenis (rasio = 1/800)W = kecepatan angin pada elevasi 10 m

Wind ConditionsOrientasi arah angin

Data angin dapat berupa konstan di semua titik, bervariasi pada ruang saja, bervariasi pada ruang dan waktu

Blow upJika terjadi ketidakstabilan (blow up) program, periksa log file untuk mengetahui permasalahan.Ketika blow up periksa hal-hal berikut: Time step interval (Dt) Data batimetri Eddy viscosity Bed resistance Flooding and drying

Blow upJika belum diketahui penyebab blow up, mulai simulasi tanpa memperhitungkan sources/sink, angin, dan gelombang.Umumnya terjadi karena data batimetri yang tidak baik

CPU TimeCPU Time = waktu yang dibutuhkan untuk melakukan runningCPU time bergantung secara linear dengan jumlah titik perhitungan (water points)CPU time juga bergantung secara linear terhadap time step jika flooding and drying tidak dipilih.

CPU TimeRumus umum perkiraan CPU time:

BCS = Basic Computational speed: jumlah water points yang dihitung dalam satu detik CPU timeFaktor-faktor :Penggunaan Manning vs Chezy (1.10)Flooding and Drying (1.15)Smagorinsky formula vs konstan (1.2)Menyimpan hasildi semua titip di setiap time step (1.25)

Disk SpaceFile default yang dihasilkan dalam sebuah simulasi MIKE-21File spesifikasi pemodelan (Parameter File Standar) .m21 (~ 2 kb)File log mencatat pesan dan ringkasan hasil dr setiap langkah perhitungan disimpan dlm direktori yang sama .log (< 200 kb)File hot (jika disyaratkan), untuk simulasi selanjutnya (9 x file batimetri)

Disk SpacePerlu diingat bahwa MIKE21 tidak akan memeriksa apakah terdapat space yang cukup dalam hardisk kita untuk menyimpan hasil pemodelan.Bijaksana dalam menentukan file yang ingin disimpan (daerah kajian dan time step)

DiskusiMike Zero ToolboxMike21 ToolboxContoh Kasus Muara Cimanuk