1、SMS地表水模擬軟件的使用說(shuō)明SMS是英文Surface Water Modeling System地表水模擬系統(tǒng))首 個(gè)字母的組合，是美國(guó)陸軍工程兵水利工程實(shí)驗(yàn)室(UMted StatesArmy Corps of Engineers Hydraulics Laboratory)和揚(yáng)伯明翰大學(xué) (Brigham Young University)等合作開(kāi)發(fā)的商業(yè)軟件，可用來(lái)模擬水體 的 流場(chǎng)和濃度場(chǎng)。它由FESWMS-2DH. RMA2、RMA4、SED2D等 軟件 包組成。本章對(duì)將使用的RMA2和RMA4軟件包及其強(qiáng)大的后 處理功能 作較詳細(xì)地說(shuō)明。1水動(dòng)力模型的建立水動(dòng)力模型建立的步驟如

2、圖1所示:圖1 RMA2二維水動(dòng)力模型的工作流程1.1輸入底圖采用SMS進(jìn)行地表水模擬時(shí)，首先要輸入較詳細(xì)的底圖。SMS8.1軟件輸入底圖的途徑主要有兩種： - 50I p f vh.一、打開(kāi)tiff格式的圖形文件，聘地圖中隨機(jī)的三點(diǎn)的坐標(biāo)輸入定位，使 9V99底圖與實(shí)際地形吻合；二、此外SMS8.1軟件還支持AutoCAD轉(zhuǎn)換成的R12的.dxf格式 的電 , l . 3 r / 71工a 、尸, , :r *國(guó)將內(nèi)含兩個(gè)三角形網(wǎng)格的四邊形網(wǎng)格調(diào)轉(zhuǎn)方向,使得網(wǎng)格滿足適應(yīng)流線，避免出現(xiàn)網(wǎng)格質(zhì)量的原則。2、通過(guò)節(jié)點(diǎn)線構(gòu)造三角形I邊形網(wǎng)格:節(jié)點(diǎn)如圖4所示，點(diǎn)二J連接節(jié)點(diǎn)線，三角形網(wǎng)格三邊界，四邊形

3、網(wǎng)格四邊界，從起點(diǎn)開(kāi)始，終點(diǎn)雙擊結(jié)束，形如圖5所示；最終，6條邊界的 節(jié)點(diǎn)線如圖6所示。圖6點(diǎn)空選擇節(jié)點(diǎn)線，三邊界須構(gòu)造三角形網(wǎng)格單元,選中三條邊界，在Element/Triangular Patch構(gòu)造三角形單元，點(diǎn)Preview預(yù)覽,如圖7；四邊形網(wǎng)格構(gòu)造與三角形網(wǎng)格構(gòu)造大體相同，選其四條邊界，在ElemenYRectangular Patch中構(gòu)造，如圖8;另外可根據(jù)圖中的四條邊 界End 1x End2、Sidel Side2中Distibute命令可在中間插入若干個(gè)節(jié) 點(diǎn)，此方法適合構(gòu)建大規(guī)模、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的四邊形網(wǎng)格。EndlEirM.JF37它吐1SHb片 UwTdEuih：行 U

4、廂加 naiBriw廠 圖3、通過(guò)map模型，構(gòu)造大規(guī)模的網(wǎng)格按勺切換至地圖模型，點(diǎn)口在底圖邊界上繪制節(jié)點(diǎn)線，起始點(diǎn)單擊,在終點(diǎn)雙擊結(jié)束此條節(jié)點(diǎn)線的繪制，如圖9。繪制另一條相鄰的節(jié)點(diǎn)線時(shí)，軟件將自動(dòng)識(shí)別節(jié)點(diǎn)之間的耦合性如圖10o不管地形規(guī)則或不規(guī)則，都要形成一個(gè)圖塊,圖塊至少需要四條節(jié)點(diǎn)線，形如圖11 所示。構(gòu)建模型時(shí)，為了不同的材質(zhì)、地形可設(shè)置互相連接的若干個(gè)塊； 連接完所有的塊，點(diǎn)feature objectSbuild polyg。ns,這時(shí)，模型自動(dòng)建立塊,但是從界面上看不出來(lái)。點(diǎn)豈再選擇你所要構(gòu)造 的塊，出現(xiàn)如圖12所示的效果。接下來(lái)點(diǎn)feature objectiveattribu

5、te,出現(xiàn)如圖13所示，您可以在Mesh Type中選擇網(wǎng)格的類型，分paving、patch adaptive tessellation分別代表三角形網(wǎng)格、四邊形網(wǎng)格、密集 型三角形網(wǎng)格。點(diǎn)preview預(yù)覽。假如構(gòu)造的塊含有4條以上的節(jié)點(diǎn) 線，點(diǎn)1選中某個(gè)你認(rèn)為不必要的點(diǎn)（此點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)線的起點(diǎn)或終點(diǎn)）在 nodeoption中選擇merge就可以把此點(diǎn)轉(zhuǎn)換成中間點(diǎn)，可進(jìn)行下一步驟q最后點(diǎn)feature objects/map-2D mesh把地圖生成二維網(wǎng)格圖9圖10圖11圖12網(wǎng)格構(gòu)造完后，要對(duì)模型定義底高程。確定模型所用的單位（米或英尺及其它），在edFcurrent coordinat

6、ion中改變unit選項(xiàng)調(diào)整單位。圖13網(wǎng)格的類型L4模型質(zhì)量檢查整個(gè)計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格劃分完畢后，為使網(wǎng)格收斂，點(diǎn)擊色圖標(biāo)選中Mesh quality選項(xiàng)，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查，檢查內(nèi)容包括:1、三角形內(nèi)角滿足10 Ya 150,四邊形內(nèi)角滿足300V 2、兩單元之間的地形最大坡度w 10%;3、相鄰有限元的面積比是否控制在0.52之間;4、三角形、四邊形任意兩條邊長(zhǎng)度的最大比值不超過(guò)10；5、節(jié)點(diǎn)地面高程大于水面高程時(shí),是否打開(kāi)“干/濕”邊界條件;6、為保證能量守恒,盡量使系統(tǒng)的邊界光滑;7、三角形、四邊形有限元是否光滑、平整;&為節(jié)省計(jì)算時(shí)間，需要對(duì)有限元網(wǎng)格重新編號(hào)。對(duì)于不符合要求的有限元網(wǎng)格如

7、圖14所示，可根據(jù)檢查結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，具體步驟如下：1、首先將選項(xiàng)Nodes/Locked前面的對(duì)號(hào)去掉，以便可以任意移動(dòng)節(jié)占Al Y 9點(diǎn)擊圖標(biāo)一移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，直到該節(jié)點(diǎn)處不出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題為止；2、對(duì)于一些節(jié)點(diǎn)需改變其底高程，可在圖3節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)顯示圖中輸入適當(dāng)?shù)闹?，直到不出現(xiàn)網(wǎng)格質(zhì)量;3、點(diǎn)擊圖標(biāo)二I按逆時(shí)針?lè)较?，點(diǎn)擊需光滑的節(jié)點(diǎn)線起始點(diǎn)，按住Ctrl鍵點(diǎn)擊終點(diǎn)，然后點(diǎn)擊圖標(biāo)_L選中需光滑的節(jié)點(diǎn)線，點(diǎn)擊Nodestri ngs/Smooth 命令即可;4、此外，對(duì)于四邊形單元應(yīng)盡量使其長(zhǎng)邊與短邊的比例增大，并使長(zhǎng)邊方向與水流方向一致。在敏感區(qū)域（如水流變化較大處）需適當(dāng)增加單元數(shù),以使網(wǎng)格收斂。修改后

8、直至不再出現(xiàn)網(wǎng)格質(zhì)量問(wèn)題，方可進(jìn)行下一步操作。啊 QtEHry LegendMtmiiw 山后啊 I Anyfe qA/ruyujja QJaJeiJiConcave u4dril6P IhElth1 Slope Elcrcnl 函 Chang?：Conned BemM g?tbrur。期岫圖14網(wǎng)格質(zhì)量顯示圖1.5定義材質(zhì)不同的材質(zhì)有不同的糙率，定義材質(zhì)步驟如下：1、添加新材質(zhì),選擇Edit/Material Date點(diǎn)擊New創(chuàng)建新材質(zhì)，點(diǎn) 擊對(duì)話框中的ID、Name和Pattern可以定義不同的特性。2、選擇 Element/Option,點(diǎn)擊 Set default material

9、可以設(shè)置默認(rèn)的 材質(zhì)墩若需更改單元的材質(zhì),可以點(diǎn)擊工具選擇需要修改的單元.然后選 擇 Element/Assign Element Type!新選擇材質(zhì).3、最后在RMA2/ Material Properties中設(shè)置材質(zhì)的不同的參數(shù)（曼 寧系數(shù)和渦粘性系數(shù)等）1.6設(shè)置邊界條件1、利用豪工具，按下Shift鍵點(diǎn)擊起始點(diǎn)，最后雙擊終點(diǎn)即可創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)串。.然后利用工具點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)串，查看邊界線方向9入流邊界方向應(yīng)朝向 計(jì)算域內(nèi)，出流邊界方向應(yīng)朝向計(jì)算域外。若不符合 要求，可以選擇Nodestring Reverse Direction更改方向。2、.入流與出流邊界方向確定后,利用小工具點(diǎn)擊節(jié)點(diǎn)串選擇

10、RMA2/Assign BC分別設(shè)置入流和出流邊界條件。選項(xiàng) BoundaryCondition Type中可以設(shè)置邊界的類型，Specified flow可以定義流量 邊界； Water surface elevation可以定義水位高程邊界;Reflectingbou ndary可以定義反射邊界;Rati ng curve可以定義非恒定邊界0 一般進(jìn)口處可以設(shè)置入流量和流速出口處設(shè)置水位笫L7模型控制參數(shù)設(shè)置模型控制參數(shù)的設(shè)置是用來(lái)定義水動(dòng)力模型的初始條件的選擇RMA2/Model Control打開(kāi)模型控制對(duì)話框，參數(shù)設(shè)置具體步驟如下:Ge neral 選項(xiàng):計(jì)算機(jī)類型Machi ne

11、Type 選擇第一項(xiàng);WaterProperties選擇中，Temperature設(shè)置水溫，Density設(shè)置水的密度,Specify initial water surface for 定義模型出 口初始水位， Specify 1D node initial condition設(shè)置初始水深和流速估計(jì)值；其它選項(xiàng)取默認(rèn) 值，如圖15所示京圖15 RMA2模型控制General選項(xiàng)對(duì)話框2、Timing選項(xiàng)：模擬類型Simu&ion Type中恒定計(jì)算選擇Steadystate,動(dòng)態(tài)模擬則選擇Dynamic;設(shè)置迭代次數(shù)Iteration For FlowCalculations/lnitial

12、 ； 在 Depth Convergenee Parameters/Steady state depth選項(xiàng)中輸入模擬計(jì)算的收斂標(biāo)準(zhǔn)（一般取0.0001）:非恒定計(jì)算選擇Dynamic,迭代次數(shù)和收斂標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置同上，并在Computation Time中 輸入 各項(xiàng)值。3、File選項(xiàng)：該選項(xiàng)中設(shè)計(jì)到文件的存儲(chǔ)功能若是冷啟動(dòng),則保持選項(xiàng)中的默認(rèn)值即可;若為熱啟動(dòng)，則需在進(jìn)行初次計(jì)算時(shí)打開(kāi)“ *.hot”文件，若需要Write hotstart按鈕,計(jì)算完畢后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成利用同一地形繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，則可以打開(kāi)Hotstart in put按鈕，找到“ *.hot”文件，便可進(jìn)行熱啟動(dòng)計(jì)算。4、M

13、aterials選項(xiàng)：該選項(xiàng)主要控制干/濕地的打開(kāi)和關(guān)閉。5、Weather選項(xiàng):該選項(xiàng)可以控制風(fēng)效應(yīng)、降雨、蒸發(fā)等因素對(duì)計(jì)算的影響。RMA2模型檢查上述操作完成后，便可進(jìn)行RMA2模型檢查了。選擇RMA2/ModelCheck,然后點(diǎn)擊Run Check即可運(yùn)行模型檢查a.若出現(xiàn)錯(cuò)誤，可根 據(jù)提示 進(jìn)行修改;若無(wú)錯(cuò)誤提示，剩下的可能提示就是對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行重新編號(hào)。此 時(shí)可以利用仝1工具點(diǎn)擊出口處節(jié)點(diǎn)串,選擇Nodestri ngsARe number令即可對(duì)網(wǎng)格重新編號(hào)，文件存檔。模型運(yùn)行對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行重新編號(hào)后，便可進(jìn)行模型計(jì)算.選擇RMA2/ RunRMA2命令進(jìn)行模型計(jì)算，若模型計(jì)算結(jié)果收斂，則計(jì)算框內(nèi)會(huì)出現(xiàn)“ Stop depth“ RMA2 finished字樣;若模型計(jì)算發(fā)散，則會(huì)出現(xiàn) convergenee exceed 25.0字樣；此時(shí)必須重新對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查，可以通過(guò)修改網(wǎng)格、修改參數(shù)設(shè)置等措施使網(wǎng)格最終收斂。具體操作如下:1、打開(kāi)網(wǎng)格質(zhì)量顯示Mesh quality,查看網(wǎng)格是否還有未發(fā)現(xiàn)的質(zhì)