Mathematisches Verfahren TRIM-2D

Kurzbeschreibung

Bei dem mathematischen Verfahren TRIM-2D handelt es sich um ein auf der Methode der Finiten Differenzen basierendes Modell. TRIM-2D löst verschiedene über die Wassertiefe integrierte zeitabhängige nichtlineare partielle Differentialgleichungen. Dieses Verfahren wird derzeit zur numerischen Simulation folgender physikalischer Prozesse eingesetzt:

1. Transport der Wassermasse (Prinzip der Massenerhaltung)
2. Transport des Strömungsimpulses (Prinzip der Impulserhaltung)
3. Transport des gelösten Salzes (Prinzip der Erhaltung der im Wasser gelösten Salzmenge)
4. Transport von suspendierten Schwebstoffen unter Berücksichtigung der Resuspension und Sedimentation an der Gew&aumlssersohle (Prinzip der Erhaltung der Schwebstoffmenge)
5. Geschiebetransport (Transportkapazität im Gleichgewicht mit der augenblicklichen Strömungsgeschwindigkeit)
6. Bodenevolution (Morphodynamik) als Folge von Schwebstoff- und Geschiebetransport

Das mathematische Verfahren TRIM-2D wurde in seiner Grundversion von Herrn Prof. V. Casulli (Universität Trient, Italien) sowie von Herrn Prof. R. T. Cheng (US Geological Survey, Menlo Park, Kalifornien) als Gemeinschaftsarbeit entwickelt. Im Rahmen einer wissenschaftlichen Kooperation wurde dieses Verfahren im Jahre 1994 von der BAW-AK in den alltäglichen Routinebetrieb übernommen und seither erfolgreich für verschiedene Projekte eingesetzt. Mittlerweile wurden Erweiterungen im Bereich der physikalischen Funktionalität des Programmes vorgenommen. Des weiteren wurde das Programm mit Hilfe von OpenMP-Direktiven für SMP-Systeme (symmetric multiprocessing) in portabler Weise parallelisiert.

Standard Validierungs Dokument

Zu dem mathematischen Verfahren TRIM-2D existiert ein Standard Validierungs Dokument, welches dem Anwender Informationen über das Leistungsvermögen sowie die Leistungsgrenzen des Verfahrens TRIM-2D liefert. Dieses Dokument liegt sowohl als PDF-Version wie auch als komprimierte PostScript-Version vor.

Programme für das Preprocessing

• Erzeugung von Randwerten
• Erzeugung und Bearbeitung von Gitternetzen

Programme für die Simulation

• TR2VOR: Generierung einer kompakt gespeicherten Version der Modelltopographie sowie der eindimensionalen Indexfelder für die Durchführung einer Simulationsrechnung
• TR2LQ2: Generierung einer Profiltopographie zur Ausgabe der Berechnungsergebnisse aus TRIM-2D antlang von Profilen
• TRIM-2D: Durchführung der Simulationsrechnung

Programme für das Postprocessing

• Umwandeln von Berechnungsergebnissen: allgemein verwendbare Postprocessoren zur Datenkonversion.
• Analyse der Berechnungsergebnisse: Tidekennwerte, Langzeitkennwerte, Gezeitenanalyse und vergleichende Analyse.
• Tabellenkalkulation mit Berechnungsergebnissen: Anwenden des Tabellenkalkulationsprogramms MS-Excel (TM) zur Darstellung und weiteren Bearbeitung von Berechnungsergebnissen.

• TR2MODATE: Abwandlung der Datumsangabe in einer Hydrodynamik Ergebnisdatei zur Verwendung als hydrodynamischer Anfangszustand an einem anderen Termin
• TR2KACHEL: Erzeugung von Ausschnittsgebieten; Topographie und Daten werden aus den für das gesamte Simulationsgebiet vorliegenden Berechnungsergebnissen für einen beliebigen Ausschnitt herausgeschnitten
• PARTRACE: Berechnung von Partikelbahnen in zweidimensionalen tiefengemittelten Strömungsfeldern
• GVIEW2D: Darstellung der Zeitreihen an ausgewählten Positionen
• LQ2PRO: Visualisierung von Daten entlang von Profilen
• HVIEW2D: Darstellung der flächenhaften Berechnungs- und Analyseergebnisse
• VVIEW2D: Zweidimensionale graphische Darstellung von CFD-Berechnungs- und Analyseergebnissen in Vertikalschnitten

Anwendungsbeispiele

• Tidedynamik des Elbeästuars: Eine umfangreiche Untersuchung zu Hydrodynamik, Salz- und Geschiebetransport in der Tideelbe.
• Schwebstofftransport: Demo-Beispiel.
• Animation der gezeitenbedingten Veränderlichkeit des Salzgehalts in der inneren Außenweser.
• Animation von Wasserstand und Strömungsgeschwindigkeit in der Innenjade.
• Tidekennwerte der Strömungsgeschwindigkeit für die innere Außenweser.
• Tidekennwerte des Salzgehalts für die innere Außenweser.
• Modellierung der Bewegung von Dünen in einem geraden Kanal.
• Animation von Wirbelstraßen hinter einem geplanten Sturmflut-Sperrwerk in der Unterems.

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Strukturübersicht