IO VOLUME

Basisinformationen

Programm-Name

IO_VOLUME

Version

3.x / Februar 2010

Beschreibung

Februar 2010

Stichworte

Eingabe für Standard Visualisierungssoftware
Topographie
Synoptischer Datensatz
zweidimensional(2D), dreidimensional(3D)
Volumenmodell
universelles Direkt Zugriffsformat
alternative / dynamische Topografie
UCD Format
Tecplot Format

Kurzbeschreibung

Das Programm io_volume kann zum Konvertieren von Topographien und hydrologischen Datensätzen aus hydronumerischen Modellen in Formate, die von Standard Software lesbar sind, genutzt werden. Die Eingabe Datensätze müssen synoptisch sein und Flächendaten enthalten (keine Profile). Sie können zweidimensional (z.B. Wasserstand) oder dreidimensional (z.B. Salzgehalt variierend über die Wassertiefe) sein.

Das Datenmodell der konvertierten Datensätze wird Volumenmodell genannt und enthält 3D-Knotenkoordinaten und ein 3D-Elementverzeichnis.

Eingabe-Dateien

1. Eingabesteuerdaten (Dateityp io_volume.dat)
2. Topographie eines hydronumerischen Modells (Dateityp untrim_grid.dat, gitter05.dat/bin oder selafin (nur die Topographie wird ausgewertet))
3. (optional) Tiefenwerte der horizontalen Schichten (Dateityp vertical.dat); Tiefenwerte aus den Metadaten der Datensätze überschreiben diese Information
4. (optional) synoptische Datensätze (Fläche, 2D/3D) eines hydronumerischen Modells (Dateien im universellen Direkt Zugriffsformat siehe dirz.bin oder vom Typ netcdf.cdf);

Ausgabe-Dateien

Das unterstützte ucd-Format wird hautpsächlich von AVS/Express genutzt. Verglichen mit dem klassischen UCD-Format kann es zeitabhängige Daten enthalten.

1. (optional) Topographie als eine Oberfläche (2D, Dateityp ucd oder tecplot: bei Vorhandensein einer zeitvariablen Topografie wird der Inhalt dieser Datei dynamisch.)
2. (optional) Topographie als ein räumlicher Körper (3D, Dateityp ucd oder tecplot )
3. (optional) hydrologische Datensätze als Oberflächen (2D-Größen, Dateityp ucd oder tecplot )
4. (optional) hydrologische Datensätze als räumliche Körper (3D-Größen, Dateityp ucd oder tecplot )
5. (optional) Druckerdatei mit Informationen zum Programmablauf (Dateityp io_volume.sdr);

Methode

Ergebnisse im universellen Direktzugriffsformat sind in einem Schichtenmodell gespeichert, das aus einem zweidimensionalen, horizontalen Gitter und der Tiefenlage der horizontalen Schichten besteht. Dieses Datenmodell ist gut geeignet für das hydronumerische Modell, weil es die Physik des Modelles mit konstanten Ergebnisses innerhalt einer Schicht über einem 2D-Knoten korrekt abbildet. Von einer Standard Visualisierungssoftware kann es aber nicht "verstanden" werden.

Schichten-/ Volumenmodell: Konvertieren der Resultate eines Schichtenmodells, wie es in UNTRIM benutzt wird, in ein zur Visualisierung geeignetes Volumenmodell.

Standardsoftware benötigt ein Gitter mit sowohl 3D-Knotenkoordinaten als auch einem 3D-Elementverzeichnis. Diese Art des Datenmodells wird von nun an als Volumenmodell bezeichnet. Die momentan unterstützten Elementtypen sind Dreieck und Viereck für 2D-Größen und Prisma und Hexaeder für 3D- Größen.

Die frei bewegliche Wasseroberfläche repräsentiert die obere Begrenzung des hydrologischen Datensatzes. Weil sie tidebeeinflusst steigt und fällt ändern sich Form und Größe des Gitters. In der Visualisierungssprache nennt man das Gitter transient.

Ergebniswerte sind in einem Schichtenmodell konstant in einer horizontalen Schicht über einem Knoten. Io_volume projiziert die Werte auf die Knoten (s. Abb. 1). Wenn die Wasserbedeckung über einem Knoten eines Elements zu gering ist, fällt das ganze Element trocken und wird nicht dargestellt.Dies führt zu Stufen auf der Oberseite des hydrologischen Datensatzes, die an den Ufern auch beibehalten werden. Innerhalb der Oberfläche sieht es unschön aus und repräsentiert die Physik des Modelles nicht korrekt. Deshalb wird die Z-Koordinate des darunterliegenden 3D-Knotens auf den Wert des Wasserstandes gesetzt und die physikalischen Größen werden extrapoliert. Dies gilt analog für die Knoten und Zellen in der tiefsten Schicht. Die möglicherweise auftretenden Extrapolationen und ggf. daraus resultierende Fehler sollten bei einer weiteren Analyse bedacht werden. Falls die Verhältnisse an der Oberfläche und an der Sohle von besonderer Bedeutung sind, wird von weiterer Analyse oder Konvertierung abgeraten.

Die Werte trockengefallener Knoten kann man optional auf einen Nullwert setzen. Stimmt dieser mit dem Blanking Wert von Tecplot überein, so werden die trockengefallenen Knoten nicht dargestellt.

Neu in Version 3.1

Io_volume berücksichtigt nun die Tiefen dynamischer / alternativer Topografien und eine Systemneigung. Die Trocken- / Feucht-Entscheidung in 2D-Datensätzen wird dann anhand der zeitvariablen Topografie getroffen. Knoten eines 3D-Körpers, die unterhalb der dynamischen Sohle liegen, werden ebenfalls mit dem Nullwert belegt. Das Blanking-Feature ermöglicht Tecplot diese Knoten nicht darzustellen. Abbildung 2 zeigt eine DredgeSim-SediMorph-UnTRIM2007-Simulation, bei der die Nullwerte alternativ mit dem dunkelsten Blau markiert sind, so dass die Lage der Schicht zwischen statischer und dynamischer Sohle ersichtlich wird. Querschnitte durch den Wasserkörper eines Kanals mit Schwebstoffen sowie Bagger- und Verklappaktivität

Für Softwareentwickler:

Io_volume basiert hauptsächlich auf dem Leistungspaket "volume".

Sein komplexer Datentyp t_volume kann um weitere Elementtypen erweitert werden, z.B. um Linien, die die Konvertierung von Profildaten ermöglichen würden. Das Speichern von Zelldaten ist bereits enthalten.

Das Modul m_volume_ucd kann als ein Muster für die Integrationen weiterer Ausgabeformate dienen.

Vorlauf-Programme

DATACONVERT, DIDASPLIT, SEDIMORPH, TELEMAC-2D, TM2DIDA, TR2DIDA, TR3DIDA, UNTRIM, UNTRIM2007

Nachlauf-Programme

AVS/Express (derzeit ungetestet), TECPLOT

Weitere Informationen

Programmiersprache

Fortran90

zusätzliche Software

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Originalversion

P. Schade

Programmpflege

P. Schade

Dokumentation/Literatur

siehe auch $PROGHOME/examples/io_volume/

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Strukturübersicht