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sms学习笔记


sms 学习笔记 1 摘自 水动力数值模拟 nmap 2005-06-06 15:47 http://bbs.cjk3d.net/ccb/index.cgi 恩,最近放下了 mike21,改成琢磨 sms 了。sms 感觉上手简单一些 刚开始作了一个实例,是一个概化的河床水动力学的。 1、制作散点地形文件。 比如我有一个河段,分成 11 个断面(包括上下游断面) ,每个断面有 1

5 个点, 把这些 10*15 个点的地形按照每个断面排列,保存为*.xyz 文件(本例中为 test01.xyz) 。 2、导入网格。 在 sms 中导入 test01.xyz, 会出现数据导入对话框, 就是“file import wizard step 1 of 2", 缺省就好了, ”下一步“, 这一步需要设置一下, ”sms data"中改为 mesh, 确定“mapping options"中的"triangulate dat"这个选项选中,这是确定你的散点 数据能够生成三角形网格,”完成“。如果这一步生成的网格不满意,就需要进行 网格的修改优化。如果刚开始学习怕麻烦,可以采用规则间距的散点来生成质量 较好的网格。 3、确定上下游边界 恩,这个步骤我也是琢磨了好久,一直没有办法翻译 Nodestring 的意思(呵呵, 太笨了) 。 单击”create nodestring",在边界岸边单击,然后按住 shift 键在对岸上双击。至 于先单击哪一岸,有一条规则:面向下游从右到左(from right to left when looking downstream) ,就是面向下游时先点右岸然后点击左岸。对另一边界做 同样操作。至于哪一个边界先进性也有条规则:对于分汊河道先进行整个河段的 那一个边界。 (which spans across the whole river section)如果是没有分汊, 估计也没有必要区分那一边界先进行。 4、赋边界条件 首先选定要设置边界条件的边界, 单击工具栏的“select Nodestring" 这时你的边 界上会出现标记(我的 sms 是一个字母 G) ,单击在 G 与边界的交界处稍向下一 些,字母会变为 B,表示已被选中边界,此时边界上会在两端出现箭头,如果按 照 3 步的规则,箭头应该指向下游,如果不是也不要紧,菜单”Nodestrings“有个 选项可以反转箭头方向。选择了边界线后可以设置边界条件了,在菜单”rma2" 中“assign BC"此时会变成可以使用的高亮度状态,点击即可以设置。另外边界同 样操作即可。 5、赋值初始条件 6、模型检验 7、运行 rma2 8、错误检查更正 9、后处理

sms 学习笔记 2 摘自 水动力数值模拟 nmap 2005-06-07 22:54 http://bbs.cjk3d.net/ccb/index.cgi 续 sms 学习笔记 1 5、赋值初始条件 menu "rma2"--"model control" 里 进 行 设 置 : 主 要 在 “geeral" 、 "timing" 、 "materials"里面设置 "general"里"simulation titles"是你的工作的名称,会在结果中出现,随便设置一 个吧,无所谓的。重要的是"water properties"里的"specify initial water surface" 应该是指定初始水位高程,根据你的初始条件自己看需不需要选中(checked) , 如果选中,注意该值不能低于节点的地形最高高程(?未确定) 。 "timing" 中 "simulation type" 是 模 拟 恒 定 还 是 非 恒 定 的 边 界 条 件 , "depth convergence parameters"是水位差值的收敛参数,两个计算时断的差值小于该 值即表示收敛就可以停止迭代。computer Time 及下面的相关项 为设定计算时 间。 "materials"页面中 wet/dry testing 是处理干湿点的选项,相关详细内容见后续 笔记,也可在 manual 中寻找,在这里打开这个项目就好了,表示模拟工程中需 要进行干湿转化。global roughness assignment 设置糙率,可以设置恒定糙率或 者其他方案的糙率,本例中缺省 6、模型检验 menu 中 rma2-----model check...打开模型检验,可以检查输入参数是否合理, 一般来说可以检查很傻瓜的错误。我们缺省就好了 7、运行 rma2 menu 中 rma2---run rma2 这个大家都会。呵呵 8、错误检查更正 如果在 gfgen、rma2 运行完了后出现“ --> STOP depth convergence exceeds 25.0 ”这样的提示,那么恭喜你的参数设置错误了。恩,目前无法提供相关方面 的解决信息,见后续笔记。 如果提示” RMA2 Finished “那么应该计算完毕,但是结果真实性有待验证。 恩, 本来是想今天和大家一起完成一个概化模型的数据处理---计算-----后处理的 全过程的, 让大家首先能够不管结果是否合理, i 把 sms 运行起来有点成就感, 先 但是现在事务缠身,只好以后继续了。后续笔记的内容目前的想法是针对具体的 参数设置进行讨论,比如网格优化、非恒定边界条件的处理、糙率设置等等。我 也是刚上手,写笔记也是为了更好的和大家交流,水平有限,错误惨不忍睹,希 望大家指正,大家共同进步

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重新生成的动画,确实很麻烦。汗!感谢 cjk3d、youknow 的关注 对于利用 sms 的后处理功能的问题,据我的了解,sms 比之 mike、d3d 的优势 就在于其可移植的前后处理模块,但是呢,这种移植时基于程序级别的,就是要 你用自己的计算方法来修改 rma2 的计算程序。 (这个过程很麻烦)

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9、后处理 sms 的后处理功能很强大, 它可以创建 scale/vector 水位流速场) flow trace ( 、 (流动示踪)和粒子示踪(particle/drogue trace)三种动画。其中 scale/vecto (水位流速场)简单一点,后面两种稍微麻烦一点。 首先将计算后生成的网格文件 geo 和解决方案文件 sol 打开 (geo 文件先打开, sol 文件是基于 geo 中的网格节点的) ,就可以开始了。 我上面的动画主要是 scale/vector 和 particle/drogue trace ,flow trace 和 particle/drogue trace 类似,但是简单一些,就不做介绍,详细的请查阅 manual 中的 tutorials 几个问题及补充: 问题: 1.地形散点文件是怎么做的?因为我做的时候是用日 ras 里调过来的河道地形文 件(.sdf 格式) ,但由于格式不一样,需要转换成.xyz,这里有个转换程序,但不 是我自己的,所以不方便,自己也捉摸了半天,没搞定。 2.干湿判断到底干什么用啊,我觉得也可以不选用,但这样的话会产生模型运行 不痛快,程序里提到两种干湿判断方法,可双选也可单选,第一种判断为,当单 元其中一个节点的高程低于水深时即判断该单元为湿,第二种 marsh porosity 是 渐进的,即只有当单元全部节点低于计算水深时单元才变湿; 到底这干湿在专业里是个怎么解释?呵呵糊涂的说 3.materials 里的涡流粘性转换系数问题,程序里有建议几种取值范围,一般我们 用的就是 1000~50000,可我真不知道这个系数和结果存在什么关系,只知道变 换这个结果影响很大,这需要学连续性方程,但这就是我最头疼的: ) 4.粗率值得选择也对结果有很大影响,问题这个系数的取值国内也有相对应的取 值范围, 但这个和结果的对应关系是什么, 我想也是连续方程里的参数, 所以。。 。 补充: 1.边界定义好,在付值前,在 nodestring,里选择 renumber,这里注意多次尝试在每 个边界作一次,同时查看,gei info 里的 mash info 里的几项,选择最小的那次编 号。 3.稳态流分析,下游水位的初始定义要大于所有节点最高高程(可以在 get info 里查看网格信息) ,但也不能太大,否则会导致程序无法运行,可以通过设置 revsion(也即.bc 文件里的 rev card) 选项设置一系列循环值直至真是值(一般 1m 差不多了) 。 4.模型运行时可以用工作路径里的.bc 文件进行控制,这样比较方便,但需要熟 悉 rma2 程序中各 card 的设置规则。 5.迭代循环,一般建议次数 3-5 次就成, 6.收敛系数,我们一般的研究建议 0.005-0.0001

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一.SMS 图形及高程提取心得:
1.在 CAD 地形图中,用“多段线”命令将地形外轮廓勾出,并复制、粘贴至新 建 CAD 文档中,注意要选择“粘贴到原坐标” 。将新建文档存为“.dxf”格式。 2.将地形图中其他图层关闭,只留下标注点和文字图层,选择“特性”工具, 在对话框中选择“快速选择” ,选“整个图形” ,并“ctrl+c” ,打开新 CAD 文 档,选择“粘贴到原坐标” ,再按以上办法“快速选择” ,将“点”块删除, 仅留下标注文字,将文档存为“.dxf”形式。 3.用“DXF2xyz”小软件将地形数据提取,并处理成 x、y、z 各一列,之间用 空格隔开的形式,并存为“.xyz”文件形式,即可直接读取。 二.SMS 使用心得: 使用步骤:读入地形边界——DXF—>Feature Objects——将单位换成“米制” (Edit---->Current Coordinates-?Metre)——创建边界特征点,并上边界——各 边界划分网格结点(Feature Objects----?Redistribute Vertices) ——Build Polygons ——选定区域,选取网格类型——Map—>2D Mesh 生成网格——导入地形数据 ——地形插值”Interpolate to Mesh”(一般用 Inverse Distance Weighted 注意下面 选定“Map Z”选项)——地形显示选定“Hue ramp”一项——去除异常高程点 ——重新地形插值——在 Map Module 中定义边界条件——生成并选中边界边, 并“Renumber”——重新生成网格,并重新地形插值——定义涡粘系数,糙率 (RMA2--?Material Properties) ,干湿系数,起始高程等参数值(RMA2--?Model Control)——Model Check——存盘——Run GFGEN——Run RMA2(注意看值是 否小于+/-10, 以此来判断是否收敛) ——计算完毕可由 Data Browser 中读入 “.sol” 文件看计算结果。 注意:定义参数时,涡粘系数在”米制”下要比”英制”下大 50 倍以上,通常定在 1000 以上;干湿系数先用默认的算,再做调整.

rma2 容易发散,如何处理? 1. 把 material properties 中的 Turbulence 面板中的 Exx 值设置大一些 Roughness 改在 0.03 左右 把 model control 中的收敛最终值改的略大一些 比如 0.00003 2. 我摘录一段说明里的说明一下 the infuluece of E is greatest in a finite element network where velocity gradients(流速梯度) are large. Increasing E will cause velosity gradients to be reduced, and the horizontal velocity distribution will become more uniform. 减少,则反之. 3. 确实如此,可以通过加大 E 来提高收敛性
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但是,FESWMS 的说明里面认为 E 有个正常范围的取值 按照那个说明的话,真的不好弄 另外收敛系数确实太小了, 对于定常计算 0.00001 可以了 非定常计算可以高一个量级 0.0001 还有一点很重要,网格的质量常常会影响收敛 4. 开始可以用比较高的 Ev 来算出一个稳定初始结果, 然后用它作 hotstart, 通过逐步降低 Ev 和调整 n,通过上下游水位和流速来验证模型。RMA2 的帮助 里对这个问题有专门的描述。 5. 具体哪个章节忘了,希望能多交流。好象有个 revision(可能记错单词了) 功能,可以通过 hotstart 来自动逐步降 EV、n、水位来调整模型来验证。 6. 可以把初始水位和下边界水位定稍高一点,淹没整个模型区域,然后通 过 hotstart 逐步降低边界水位,一次不能降太多。我试过很多次,很好用。和 EV 的调整结合起来,基本可以搞定 rma2 易发散的问题。

CGWAVE 简单介绍 基于波浪椭圆型缓坡方程,计算时考虑了波浪的反射,折射,绕射 CGWAVE 不能计算:风的输入、波浪爬坡、越浪现象、波流相互作用与波波相互作用也有 待发展。计算区域较小,一般只适应于 10km 以下的计算 在 sms 下使用 CGwave 的方法如下: 1.准备地形文件 2.选择坐标系 3.打开地形文件 4.创建网格尺寸函数 5.创建海岸线 6.定义计算域 7.建立多边形 8.设置多边形属性 9.划分网格 10.设置模型参数 11.开始运行 12.程序运行时会显示误差值

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SMS(Surface Water Modeling System)水动力学软件是由美国 Brigham 大学环境模 型研究实室开发的,该软件可用于模拟和分析地表水的运动规律,并包括前后处 理软件。 它包含一、 二维有限单元模型、 有限差分模型, 以及三维水动力学模型。 该软件中的计算模块包含美国陆军工程兵水道实验站开发的几个程序模块和美 国联邦公路管理局的两个模块。每种模块都可以计算特定类型的水动力学问题, 软件包含的模块可计算以下范围水动力学问题:计算水位、流速等的模块;计算 污染物运移的模块;计算波浪要素(如波高、波向等)的模块;计算急变流的模块; 计算泥沙的模块。这些模块中既有恒定流模块也有非恒定流模块。文中将简要介 绍该软件中包含的各种模块,以及其强大的前后处理功能。

SMS 介绍 表面水建模系统(SMS)是一维,二维和三维水文建模的综合环境,是一个表面 水建模和设计的预处理和后处理平台。SMS 包括二维有限元,二维有限差分, 三维有限元和一维死水建模工具,SMS 支持的模型包括 TSACE –ERDC,支持 TABS-MD, ADCIRC, CGWAVE, STWAVE, M2D, HIVEL2D 和 HEC-RAS 模型。 为 了方便使用 FHWA 的综合分析包 FESWMS 和 Bri-Stars, SMS 开发了一个综合的 应用界面,同时 SMS 包括通用模型界面,这一界面可以用来支持那些没有正式 并入系统中的模型。 一、自动格网生成 SMS 能够用来构建 2D 和 3D 的河流,港湾,海湾或湿地区域的有限元格网和 有限差别格网。包括一套复杂的创建和编辑工具,以相对小的工作量来处理复杂 的模型问题。有几种有限元格网创建方法,允许用户创建所需形状的方形和三角 形元素组合来表示你的模型区。 笛卡尔和边界适应格网创建工具都支持有限差异 模型的模型区域表达。功能强大的格网/栅格创建工具,加上 GIS 对象,使 SMS 成为易用和精确的建模系统。 二、GIS 工具 SMS 允许用户利用所有类型的水文模型所需的 GIS 数据。 SMS 的地图模型包括 一整套工具来导入、 创建和操作 GIS 矢量和栅格数据。 ArcGIS/ArcView 不是 SMS 软件必备的组件。 你会发现无论有或没有 ArcGIS,SMS 都能够有效的处理 GIS 数 据。SMS 的强大工具包括: ·强大的算法用来快速、有效处理大数据集(例如 LIDAR 传感器获得的海洋深 测数据) 。 ·影像文件(TIFF, JPEG, MrSID) 能够被校正、拼接和切割。 ·应用 TIFF 或者 JPEG 图像进行屏幕数字化并且改善显示效果。 ·应用 GIS 的层叠加操作,数据层的边界条件和属性可以被指定到您的模型中。 ·坐标系统转换:将数据从平面坐标系统转换到地理坐标系统。 ·通过指定简单 GIS 对象的属性,控制格网/栅格密度和类型。
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·为评估和校准模型输出创建观察点/交点区。

三、模型耦合 在大量模拟中执行的许多任务是重复并且耗时的。例如,一个简单的项目通常包 括以热身或下旋的方式多次运行模型。要使这种类型的处理更加容易,软件提供 了一个工具称为指导模型。指导模型的主要目标是: ·在模型间简化数据共享 ·检测模型的运行 ·自动重复用户人物已节省时间 ·从模型中获得更精确的结果 四、海水循环/波浪模型 SMS 应用高级的有限元和有限差异模型,支持海洋循环模型。你可以选择哪一 个更好的满足你的需要。 ·ADCIRC - ADCIRC (ADvanced CIRCulation Multi-dimensional Hydrodynamic Model)是基于用来归纳波动方程表达式的方案的最新一代多维模型, 该方程表达 式是关于如何控制高度灵活、自由的格子的控制方程的。 ·M2D – 水动态循环模型 M2D 是一个有关深度集成连续性和要素方程的二维, 有限差异近似值。 五、河流模型 河流水文动态可以应用 SMS 几个 2D 模型中的一个进行模拟,包括 FESWMS, RMA2, HIVEL2D。 一个简单的一维模拟可以应用 HEC-RAS,也被一维水力学模 型支持。 六、水质沉积/传输模型 除了水动力模型,你经常会需要分析在你的水流系统中污染物/沉积物的传输问 题。在 SMS 中,有 2 个模型支持这类问题的模拟,同时与 RMA2 结合增加了你 可能会用到的功能。

一.SMS 图形及高程提取心得: 1.在 CAD 地形图中,用“多段线”命令将地形外轮廓勾出,并复制、粘贴至新 建 CAD 文档中,注意要选择“粘贴到原坐标” 。将新建文档存为“.dxf”格式。 2. 将地形图中其他图层关闭,只留下标注点和文字图层,选择“特性”工具, 在对话框中选择“快速选择” ,选“整个图形” ,并“ctrl+c” ,打开新 CAD 文档, 选择“粘贴到原坐标” ,再按以上办法“快速选择” ,将“点”块删除,仅留下标 注文字,将文档存为“.dxf”形式。 3. 用“DXF2xyz”小软件将地形数据提取,并处理成 x、y、z 各一列,之间用 空格隔开的形式,并存为“.xyz”文件形式,即可直接读取。

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