Quelltext der Seite Mathematisches Verfahren K-MODELL

[[Kategorie:Mathematische Verfahren]]
[[en:Mathematical Model K-MODEL]]
==Kurzbeschreibung==

Bei dem mathematischen Verfahren K-[[Modell]] handelt es sich um ein spektrales Seegangsmodell mit nicht-linearer Dissipation, welches am [http://www.gkss.de/ GKSS Forschungszentrum (Geesthacht)] entwickelt wurde. Das [[mathematische Verfahren]] dient zur Berechnung der Enstehung, Ausbreitung und Dissipation von [[Seegang]] im Ozean, in Küstengewässern oder Ästuarien. Als Besonderheit des Verfahrens wird die [[Seegang]]-Turbulenz-Wechselwirkung durch eine nicht-lineare Quellfunktion beschrieben. Die Verwendung der Wirkungsdichte in (k,Θ)-Koordinaten als prognostisches Feld ermöglicht eine bequeme Behandlung instationärer Prozesse, z.B. solche mit Gezeiteneinfluss.

Das K-[[Modell]] kann auf einem unstrukturierten orthogonalen Gitter (UOG) arbeiten. Hierbei wird das Lösungsgebiet von einer endlichen Anzahl konvexer Polygone überlappungsfrei überdeckt. Ein Gitter entspricht genau dann einem UOG, wenn innerhalb eines jeden Polygons ein Punkt (Zentrum) bestimmt werden kann, so dass jede Verbindungslinie zu einem Zentrum eines Nachbarpolygons die gemeinsame Seite der Polygone senkrecht schneidet.

Mit dem Konzept eines untrukturierten Gitters können insbesondere küstennahe Gebiete mit ausgeprägten topographischen Veränderungen und großen horizontalen Strömungsgradienten hoch auflösend diskretisiert werden, um eine hinreichend naturähnliche Simulation, z.B. des Aufsteilens der Wellen oder der Strömungsrefraktion, sicherzustellen. 

==Physikalische Prozesse==

* [[Erhaltung]] der Aktionsdichte (action density) der Wellen;
* Advektiver Transport der Aktionsdichte der Wellen durch die Strömung;
* Aufsteilen der Wellen ([[shoaling]]) bei Änderung der [[Wassertiefe]] und/oder der Strömungsgeschwindigkeit;
* Refraktion der Wellen infolge horizontaler Gradienten der [[Wassertiefe]] und/oder der Strömungsgeschwindigkeit;
* Energieeintrag durch Wind an der Wasseroberfläche;
* Energieverluste durch turbulente Diffusion;
* Energieverluste durch Reibung an der [[Gewässersohle]].

==Berechnungsergebnisse==

* integrale Seegangsparameter für [[Seegang]], Windsee und [[Dünung]]:
:*signifikante [[Wellenhöhe]];
:*Peak-Periode der Wellen;
:*mittlere Periode der Wellen TM-1;
:*[[Wellenperiode]] TM1;
:*[[Wellenperiode]] TM2;
:*mittlere Richtung der Wellenausbreitung;
:*mittlere Streuung (spread) der Wellenausbreitung;
:*Beschleunigung (durch Radiation Stress). 
* zwei-dimensionale Seegangsspektren für [[Seegang]], Windsee und [[Dünung]]:
:*Frequenz-[[Richtungsspektrum]]. 

==Veröffentlichungen==

#Schneggenburger, C. (1997) : Shallow Water Wave Modelling with Nonlinear Dissipation, Deutsche Hydrographische Zeitschrift, 49, 431--444.
#Schneggenburger, C. (1998) : Spectral Wave Modelling with Nonlinear Dissipation, Dissertation, 117 Seiten, Bericht Nr. GKSS 98/E/42, [http://www.gkss.de/ GKSS-Forschungszentrum] Geesthacht.
#Schneggenburger, C., Günther, H. and Rosenthal, W. (1998) : Shallow Water Wave Modelling with Non-Linear Dissipation: Application to Small Scale Tidal Systems, in Proc. 5th Int. Workshop Wave Hindcasting and Forecasting, 242--255, Melbourne, FL, USA.
#Schneggenburger, C., Günther, H. and Rosenthal, W. (2000) : Shallow Water Wave Modelling with Non-Linear Dissipation: Validation and Applications in a Coastal Tidal Environment, Coastal Engineering, 41, 201--235.
#Werft, A. (2003) : Surface Wave Modelling in the Wadden Sea, Diplomarbeit, 83 Seiten, [http://www.icbm.de/ Institut für Chemie und Biologie des Meeres], [http://www.uni-oldenburg.de/ Carl-von-Ossietzky Universität] Oldenburg.

==Validierungsdokument==

Ein eigenständiges abgeschlossenes Validierungsdokument zum K-[[Modell]] existiert derzeit nicht. In diesem Zusammenhang wird daher auf die o.g. Literatur, insbesondere Schneggenburger (1998) verwiesen.

Die PDF-Version dieser Dissertation kann frei heruntergeladen werden:

* [http://www.baw.de/downloads/wasserbau/mathematische_verfahren/pdf/Schneggenburger_C_diss_1998.pdf Schneggenburger, C. (1998) (in Englisch)]

==Benutzer-Schnittstellen-Beschreibung==

Derzeit nicht verfügbar.
==Anwender (in alphabetischer Reihenfolge)==

* Gayer. G., [http://www.hzg.de/  Helmholtz-Zentrum Geesthacht], [http://www.hzg.de/institute/coastal_research/ Zentrum für Material- und Küstenforschung], Geesthacht;
* Günther, H., [http://www.hzg.de/  Helmholtz-Zentrum Geesthacht], [http://www.hzg.de/institute/coastal_research/ Zentrum für Material- und Küstenforschung], Geesthacht; (mittlerweile im Ruhestand)
* Winkel, N., [http://www.baw.de/de/index.php.html Bundesanstalt für Wasserbau], [http://www.baw.de/de/kontakt/index.html Dienststelle Hamburg - Wasserbau im Küstenbereich], Hamburg.

Das K-[[Modell]] wird in den verschiedenen Institutionen teilweise von einem größeren, als dem genannten Personenkreis verwendet. Die o.g. Personen fungieren daher auch als Haupt-Ansprechpartner ihrer Institutionen.

==BAW-spezifische Informationen==

==Gitternetzgenerierung==

Für das Erzeugen des von dem K-[[Modell]] benötigten unstrukturierten orthogonalen Gitters wird der Gitternetz-Generator [[JANET]] eingesetzt, eine Entwicklung der Firma [http://www.smileconsult.de/ SmileConsult]. Weitere Informationen zur Einbindung von [[JANET]] bei der BAW finden sich auf dem entsprechenden [[JANET|JANET-Programmkennblatt]].

==Simulation==

Das [[mathematische Verfahren]] K-[[Modell]] kann derzeit zum einen als eigenständiger Post-Processor [[UNK]] und zum anderen in direkter Kopplung mit dem drei-dimensionalen mathematischen Verfahren [[UNTRIM]] verwendet werden.

==Grafische Darstellung der Berechnungsergebnisse==

Für die grafische Darstellung der von [[UNTRIM]] erzeugten Ergebnisse stehen mehrere Methoden bereit. Zu den wichtigsten zählen,

* [[HVIEW2D]], für flächenhaft vorliegende Daten,
* [[VVIEW2D]] und/oder [[LQ2PRO]], für auf Quer- und Längsschnitten vorliegende Daten, sowie
* [[GVIEW2D]], für an Einzelpositionen vorliegende Daten.

==Analyse der Berechnungsergebnisse==

Für eine [[Analyse der Berechnungsergebnisse]] stehen verschiedene Methoden für unterschiedlichste Fragestellungen bereit.

==Kopplung mit weiteren Sub-Modellen==

Das [[mathematische Verfahren]] K-[[Modell]] ist ein seiner Einbindung bei der BAW mit den nachfolgend genannten Sub-Modellen verknüpft:

#drei-dimensionales Strömungsmodell [[UNTRIM]];
#Sedimentologisches [[Modell]] SediMorph (siehe [[SEDIMORPH.DAT|sedimorph.dat]]).

Diese Sub-Modelle können in direkter Kopplung mit dem K-[[Modell]] verwendet werden.  
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[[Strukturübersicht]]