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UTRRND

Aus BAWiki

Basisinformationen

Programm-Name

UTRRND

Version

7.x / September 2015

Beschreibung

September 2015

Stichworte

Präprozessor
Randwerte
Randwertzeitreihen aus Simulationsergebnissen
Randwertzeitreihen aus gemessenen Daten
Einleitungs- und Entnahmemengen aus gemessenen Daten
Randwerte für offene Ränder mit Dirichletscher Rb.
mathematisches Verfahren TELEMAC-2D
mathematisches Verfahren TRIM-2D
mathematisches Verfahren TRIM-3D
mathematisches Verfahren UNTRIM
mathematisches Verfahren UNTRIM2 (SubGrid)

Kurzbeschreibung

Bei dem Programm UTRRND handelt es sich um einen Präprozessor zum Erzeugen von Randwertzeitreihen für verschiedene bei der BAW im Einsatz befindliche mathematische Verfahren. Folgende Leistungen werden von UTRRND zur Verfügung gestellt:

  1. Erzeugen von Randwertzeitreihen, die direkt in dem mathematischen Verfahren UNTRIM verwendet werden können;
  2. Vorbereitung der späteren Erzeugung von Randwertzeitreihen in Zusammenhang mit dem Einsatz der mathematischen Verfahren TELEMAC-2D, TRIM-2D und TRIM-3D.

Derzeit können Zeitreihen der nachfolgend genannten physikalischen Grössen erzeugt werden:

  1. Wasserspiegelauslenkung (Wasserstand) entlang des offenen Modellrandes,
  2. Salzgehalt auf dem offenen Modellrand,
  3. Temperatur auf dem offenen Modellrand,
  4. Schwebstoff (mehrere Fraktionen) auf dem offenen Modellrand,
  5. Tracer (mehrere Fraktionen) auf dem offenen Modellrand
  6. Quellen (Wassereinleitung mit Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoff (mehrere Fraktionen)) im Modellgebiet,
  7. Senken (Wasserentnahme) im Modellgebiet, sowie
  8. Senken mit unmittelbarer Wiedereinleitung der entnommenen Wassermenge an einem von der Entnahmestelle verschiedenen Ort, mit der Möglichkeit zum Abändern von Temperatur und Salzgehalt (z.B. infolge Kraftwerksbetrieb) gegenüber Entnahmetemperatur und -salzgehalt.
  9. Randwerte für offene Ränder mit Dirichletscher Rb: für jeden zusammenhängenden offenen Randabschnitt können der integrale Volumenstrom sowie die querschnittsgemittelten Werte für Salzgehalt,... vorgegeben werden.

Als Datenquellen (Eingangsdaten) können (alternativ) verwendet werden:

  • Wasserspiegelauslenkung auf dem offenen Modellrand
    • Ergebnisse einer vorangehenden Simulationsrechnung, und
    • an verschiedenen Positionen gemessene Daten.
  • Salzgehalt, Temperatur, Schwebstoff (mehrere Fraktionen) und/oder Tracer (mehrere Fraktionen) auf dem offenen Modellrand sowie Quellen und Senken (mit/ohne Temperatur- und/oder Salzgehaltsänderung).
    • an verschiedenen Positionen gemessene Daten.
  • Werte für offene Ränder mit Dirichletscher Randbedingung für
    • jeden zusammenhängenden Abschnitt des offenen Randes mit Dirichletscher Rb.

Hinweis: Die Eingangsdaten müssen als Zeitserien vorliegen. Gemessene Daten müssen nicht in äquidistanten Zeitabständen vorhanden sein.

Das Programm UTRRND bietet darüber hinaus beim Erzeugen von Wasserstands-Randwerten die Möglichkeit, die aus Simulationsrechnungen abgeleiteten Randwertzeitreihen hinsichtlich Mittelwert, Amplitude und Phase (zeit- und ortsabhängig) abzuwandeln; hierfür muss der Anwender zur Modifikation geeignete Daten in einer Datei des Typs boewrt.dat bereitstellen.

Des weiteren können die Randknoten/-zellen, für die Zeitreihen (Wasserstand, Salzgehalt, Temperatur und Schwebstoff (mehrere Fraktionen)) erzeugt werden sollen, entweder auf der Basis verschiedener durch den Anwender vorgegebener Hilfsinformationen oder aber automatisch aus der Struktur des Gitternetzes ermittelt werden.

Zeitserien für Quellen und Senken werden ausschließlich für den Ort erzeugt, für den diese gültig sind.

Eingabe-Dateien

  1. Eingabesteuerdaten (Dateityp utrrnd.dat).
  2. Gitternetz für dessen Randpunkte oder Randzellen abschnittsweise (verschiedene) Randwertzeitreihen erzeugt werden sollen, oder in dessen Gebiet Quellen und Senken vorgegeben werden sollen:
    für TELEMAC-2D - Dateityp gitter05.dat/bin
    oder
    für TRIM-2D und TRIM-3D - Dateityp tr2.topo.bin.ind
    oder
    für UNTRIM - Dateityp untrim_grid.dat
  3. (optional) Beschreibung der Vertikalstruktur, also der Lage der Grenzen zwischen den Berechnungsschichten - falls drei-dimensionale Randwertzeitreihen (Salzgehalt, Temperatur, Schwebstoff (mehrere Fraktionen) und Tracer (mehrere Fraktionen) auf dem offenen Modellrand, Quellen und Senken) für UNTRIM erzeugt werden sollen (Datei des Typs vertical.dat)
  4. (optional) falls 2D-/3D-Ergebnisse einer vorangehenden Simulationsrechnung verwendet werden sollen:
    1. Gitternetz (Dateityp gitter05.dat/bin oder untrim_grid.dat oder profil05.bin oder location_grid.dat)
    2. berechnete Zeitserien (Dateien des Typs dirz.bin.r, dirz.bin.i und dirz.bin)
    3. (optional) manuell vorgegebene Zeitserien zur Beeinflussung des Mittelwerts, der Amplitude oder der Phase einer aus Berechnungsergebnissen abgeleiteten Zeitserie (Datei des Typs boewrt.dat)
    Diese Funktionalität ist derzeit nur für das Erzeugen der Zeitserien des Wasserstands auf dem offenen Modellrand vorhanden.
  5. (optional) falls gemessene Daten verwendet werden sollen (Dateien des Typs boewrt.dat)
  6. (optional) Definition des Randes, falls die Information über die Lage der Randpunkte/-zellen nicht automatisch aus der Struktur des Gitters abgeleitet werden soll:
    1. (optional) Indizes der Randzellen - nur falls mit TRIM-2D oder TRIM-3D gearbeitet werden soll (Dateityp fd2rnd.dat)
    2. (optional) Definition der Randabschnitte - für alle Modellverfahren geeignet (Dateityp bsection.dat).
    Diese Informationen können beim Erzeugen von Randwertzeitreihen des Wasserstands, des Salzgehalts und der Temperatur nützlich sein. Beim Erzeugen von Zeitserien für Quellen und Senken sind diese Angaben nicht erforderlich.

Hinweis: Der Anwender beachte insbesondere auch die in den vorhandenen Musterdateien (in $PROGHOME/examples/utrrnd/) enthaltenen Hinweise.

Unterstützung von Koordinatenreferenzsystemen:

  1. Dateien mit Koordinateninformation der Typen boewrt.dat, gitter05.dat/bin und untrim_grid.dat werden in das durch BAWCRS spezifizierte Koordinatenreferenzsystem (CRS) beim Einlesen transformiert, wenn sie intern ein unterstütztes CRS als EPSG-Code enthalten. Im Falle der Nutzung von BAWCRS werden die Randwertgitter mit dem EPSG-Code des (gültigen) Systems versehen. Weitere Hinweise zur Unterstützung von EPSG-Codes finden sich bei GEOTRANSFORMER.
  2. Die Verwendung von BAWCRS wird empfohlen, insbesondere, wenn in der Modellsimulation meteorologische Eingangsdaten aus NetCDF-Dateien genutzt werden sollen.
  3. In jedem Falle sollte der Nutzer in den Eingangsdaten den korrekten EPSG-Code ergänzen.

Ausgabe-Dateien

  1. Systemdatei mit Positionen an denen Randwertzeitreihen erzeugt werden (Datei des Typs location_grid.dat); Die Systemdateien bekommen das durch den Nutzer über die Umgebungsvariable BAWCRS vorgegebene Koordinatenreferenzsystem (CRS) als EPSG-Code, wenn diese einen gültigen Wert enthält.
  2. synoptische Randwertdaten an allen vorgenannten Positionen (Dateien des Typs dirz.bin.r, dirz.bin.i und dirz.bin)
    Hinweis: diese Ergebnisdateien sind insbesondere für die Weiterverwendung in UnTRIM geeignet.
    Werden Randwerte des Salzgehalts, der Temperatur, des Schwebstoffs (mehrere Fraktionen), der Tracerkonzentration (mehrere Fraktionen), Quellen und Senken, Werte für Ränder mit Dirichletscher Rb. erzeugt, so werden zusätzlich noch synoptische Wasserstandsdaten erzeugt, die ebenfalls in BDF-Dateien abgelegt werden. Diese werden ausschließlich zum Visualisieren der Randwertdaten benötigt.
  3. (optional) Randwertzeitreihen (Dateityp rndwerte.dat)
    Hinweis: diese Ergebnisdatei kann mit Hilfe der Programme TM2RND bzw. TR2RND zu Randwertzeitreihen für die mathematischen Verfahren TELEMAC-2D bzw. TRIM-2D und TRIM-3D weiterverarbeitet werden.
    Hinweis: Diese Option steht nur beim Erzeugen von Randwerten des Wasserstands, des Salzgehalts und der Temperatur zur Verfügung.
  4. (optional) Indizes der Randzellen, falls mit TRIM-2D oder TRIM-3D gearbeitet werden soll, und die Indizes nicht schon in einer Eingabedatei gleichen Typs explizit angegeben wurden (Dateityp fd2rnd.dat)
    Hinweis: Diese Option steht nur beim Erzeugen von Randwerten des Wasserstands, des Salzgehalts und der Temperatur zur Verfügung.
  5. (optional) Druckerdatei mit Informationen zum Programmablauf (Dateityp utrrnd.sdr);
  6. (optional) Datei mit Testausgaben (Dateityp utrrnd.trc).

Methode

  • Bestimmen der Positionen (Wasserstand, Salzgehalt, Temperatur, Schwebstoff (mehrere Fraktionen) und Tracer (mehrere Fraktionen))
    • Gibt der Anwender des Programmes keine Angaben zur Lage der Randpunkte oder -zellen vor, so werden, in Abhängigkeit von der Struktur des verfahrensspezifischen Gitternetzes, nur die auf offenen, wasserdurchströmten Rändern liegenden Randknoten oder -zellen bei der späteren Erzeugung von Randwertzeitreihen berücksichtigt.
    • Stehen hingegen vom Anwender vorgegebene Hilfsinformationen zur Verfügung (z.B. fd2rnd.dat oder bsection.dat), so werden aus diesen Daten die gewünschten, ausschließlich auf dem äusseren Modellrand liegenden Punkte oder Zellen ermittelt.
  • Interpolation aus Simulationsergebnissen (Wasserstand)
    • Für jeden Punkt an dem Randwerte bestimmt werden sollen, werden zunächst die am nächsten gelegenen Berechnungspunkte ermittelt. Aus den hierfür vorliegenden berechneten Zeitserien wird die gewünschte Randwertzeitreihe durch lineare räumliche Interpolation abgeleitet. Eine Interpolation in Zeitrichtung findet nicht statt.
    • Liegt ein Randpunkt oder eine Randzelle ausserhalb des Gebietes für das berechnete Daten vorhanden sind, so werden die Daten von dem am nächsten gelegenen Berechnungspunkt direkt (keine Interpolation oder Extrapolation) übernommen.
    • Die für einen Randpunkt interpolierten Daten können schließlich noch mit Hilfe von durch den Anwender vorgegebenen (zeit- und ortsabhängigen) Werten hinsichtlich Amplitude, Phase und Mittelwert abgewandelt werden; die entsprechenden Informationen müssen hierzu in einer oder mehreren Dateien des Typs boewrt.dat bereitgestellt werden.
  • Interpolation aus gemessenen Daten (Wasserstand)
    • Die aus gemessenen Daten abgeleiteten Randwertzeitreihen werden analog zu den aus Simulationsdaten abgeleiteten Daten bestimmt. Die Messdaten brauchen allerdings nicht als äquidistante Zeitserie vorgegeben werden - die Umwandlung erfolgt programmintern.
    • Ein Unterschied ist allerdings für die Erzeugung von Randwertzeitreihen des Wasserstandes zu erwähnen. In diesem Fall wird vor die räumliche Interpolation der Daten noch eine zeitliche Verschiebung der gemessenen Daten in Abhängigkeit von der Lage des/der Randpunktes/-zelle durchgeführt. Der Wert um den die gemessenen Zeitreihen in Zeitrichtung verschoben werden müssen ergibt sich aus den Ergebnissen einer programmintern durchgeführten Berechnung der Thw- und Tnw-Zeiten. Die gemessenen Daten müssen für diesen Zweck allerdings kontinuierlich zur Verfügung stehen, d.h. die Messpositionen dürfen z.B. nicht trockenfallen. Auf diese Weise wird die Laufzeit der Tidewelle zwischen Mess- und Randpunkt näherungsweise berücksichtigt. Diese Art der Interpolation (Verschiebung in Zeitrichtung) kann optional auch abgeschaltet werden, falls die zu interpolierenden Daten nicht von der Tide geprägt sind.

Vorlauf-Programme

EXKNO, FFT, FRQ2ZEITR, MESKOR, TSCALC, UTRPRE, ZEITR, ZEITRIO

Nachlauf-Programme

FDGITTER05, GVIEW2D, TM2RND, TR2RND, UNTRIM, UNTRIM2, UNTRIM2007, ZEITR

Weitere Informationen

Programmiersprache

Fortran95

zusätzliche Software

-

Originalversion

G. Lang

Programmpflege

G. Lang,=J. Jürges,G. Seiß

Dokumentation/Literatur


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Strukturübersicht