SMS与MIKE模拟软件二维非结构网格的相互转换研究.docx

? ? SMS与MIKE模拟软件二维非结构网格的相互转换研究 ? ? 韦 玮 （安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司 合肥 230088） 1 软件介绍及网格比较 SMS 全称Surface Water Modeling System，是美国陆军工程兵水利工程实验室和扬·伯明翰大学等合作开发的水体流场、浓度场模拟软件，它由FESWMS-2DH、RMA2、RMA4、SED2D 等计算模块组成，包括二维有限元、二维有限差分、三维有限元和一维建模工具。MIKE 软件是丹麦水资源及水环境研究所（DHI）开发的水动力、水文、水环境、水生态、水资源等多模块数值模拟软件，能够进行降雨、产汇流、河网、城市、河口、近海、深海等不同类别、区域的一维到三维数值模拟。二维水动力模块是很多类型数值模拟的基础模块，网格的质量直接影响计算的效率、精度甚至成败。一般来说，SMS 自动生成的网格对于不规则边界的适应性相对更强，对滩槽等地形界限反应更加清晰精确，且三维展示功能更加强大，因此不管最终数值模拟是基于哪个模拟软件，不少用户偏向于用SMS 自动剖分和优化网格。SMS 和MIKE 这两种数模软件在国内均得到广泛使用，经常要将基于其中一个模拟软件开发的二维模型移植到另一个模拟软件环境中，或者利用其中一个模拟软件制作的二维网格，移植到另一个模拟软件中直接使用，或作进一步编辑修改，这些都要对SMS 与MIKE 模拟软件二维网格进行相互转换。 2 SMS 和MIKE 二维非结构网格数据格式 SMS 的网格文件可以存储的拓展名可以为2DM、GRD、GEO 等几种类型，这里以常用的2DM文件说明。2DM 文件包含文件标识符、单元信息、节点信息、边界信息等四个部分。文件标识符位于文件首行，都为MESH2D。单元信息的行数与单元数相同，每行对应一个单元，从左到右依次为单元类型、单元编号、单元各节点编号、单元特征符等；单元类型一般分为E3T（三角网格）或E4Q（四点四边形网格），对应的节点编号分别有三列和四列数据；单元特征符都是1。节点信息的行数与节点数量相同，每行对应一个节点，从左到右分别为节点标识符ND、节点编号、节点X、Y、Z 坐标。边界信息包含全部网格开边界，每一行对应一条开边界，从左到右分别为边界标识符NS 及各节点编号，边界最后一个节点编号前一般添加负号。 MIKE 结构网格文件拓展名为MESH，包含文件头信息、节点信息、单元信息三个部分。文件头信息位于文件的首行，一般由“1000791000”开头代表高程及单位，后面接着节点数量数据和标准坐标字符串，如未指定坐标系则坐标字符串为“NONUTM”。节点信息行数与节点数量对应，每行从左到右分别为节点编号、X、Y、Z 坐标及边界码，节点边界为0、1 或大于1 自然数，分别代表节点位于区域内部、陆地边界或开边界上。单元信息由单元标题行和具体单元数据组成；单元标题行包含单元数量、最大节点数及类型码，类型码为21 或25 分别对应全部三角单元或四边形单元（混合单元）；具体单元数据行数与单元数量对应，每行从左到右分别为单元编号及此单元各节点编号，混合网格文件中三角单元最后节点编号为0。 3 网格转换 采用C#语言编写了SMS 与MIKE 二维非结构网格相互转换程序。程序包含网格数据读取、数据文件输出及界面设计三个部分。网格数据读取部分，首先需设置网格类型、坐标信息等变量、包含节点编号、坐标、边界属性的节点信息可变数组以及包含单元编号、单元各节点编号的单元信息可变数组，再采用文本读取函数将文件数据读取到内存中字符串中，根据数据格式对字符串进行逐步分解，最后给各变量及数组赋值。数据文件输出部分与数据读取部分相反，将各变量及数组中的数据按照文件数据格式分部拼接成文本字符串，采用文本输出函数写入到指定文件中。界面设计包含输入输出文件按钮及对话框、转换类型、进度显示等，如图1 所示。 图1 界面设计组成示意图 需要注意，MIKE 网格文件的边界信息包含在节点数据中，而SMS 边界信息需通过独立部分呈现。当将MIKE 二维网格转换为SMS 网格文件时，需根据将有相同边界码的节点分别归为一条边界，并需根据整个网格边界的节点排列顺序，对统一边界各节点编号的顺序重新排序，否则SMS 软件无法正确识别边界条件。 4 结论 通过解析SMS 和MIKE 两种水流数值模拟软件二维非结构网格文件的数据格式，提出了两种网格文件相互转换的方法以及转换注意事项。利用上述方法开发的转换软件可实现两种数值模拟软件二维网格的快速转换，在数值模型研发工作中，为二维模型网格编辑、优化及模型移植提供了很大的便利■ ? -全文完-