Mathematisches Verfahren SEDIMORPH

Kurzbeschreibung

Bei dem mathematischen Verfahren SediMorph handelt es sich um ein morphodynamisches Modell, welches die Prozesse in einem Gewässerboden dreidimensional simuliert. Hierzu werden die Massenbewegungen infolge Geschiebe- und Schwebstofftransport der einzelnen Kornfraktionen sowie des Porenwassers bilanziert.

SediMorph arbeitet in der Horizontalen auf einem unstrukturierten orthogonalen Gitter (UOG). 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. Die Vertikale wird durch horizontale Schichten unterschiedlicher Mächtigkeit aufgelöst.

Physikalische Prozesse

SediMorph berücksichtigt die folgenden Prozesse:

• räumliche und zeitlich veränderliche Kornzusammensetzungen an der Gewässersohle,
• räumlich unterschiedlich verteilte Sohlformen,
• die lokale Verteilung der Sohlrauheit, welche sich aus der räumlichen und zeitlich veränderlichen Verteilung der Kornzusammensetzung und Formenvielvalt an der Sohle ergibt;
• die Prädiktion von Dünen als Sohlformen und des Porenwassers;
• räumlich und zeitlich veränderliche Sohlschubspannungen, welche sich aus der Abhängigkeit von Strömung und Sohlrauheit ergeben;
• Sohlschubspannungen infolge lokal auftretenden Seegangs;
• die Erodierbarkeit des Gewässerbodens in Abhängigkeit des Porenwassergehalts;
• die Berechnung der Erosionsraten;
• die Berechnung des fraktionierten Geschiebetransports;
• die Schnittstelle zur Berechnung des fraktionierten Schwebstofftransports durch das gekoppelte Simulationsverfahren für die Hydrodynamik;
• die Berechnung der Morphodynamik (zeitlich und räumliche veränderliche Wassertiefen) infolge Geschiebe- und Schwebstofftransport;
• beschleunigte Sohlentwicklung möglich.

Berechnungsergebnisse

Synoptische Ergebnisse (räumliche Verteilungen)

• der einzelnen Sedimentfraktionen,
  1. prozentual, oder
  2. als verfügbare Masse in [math]\displaystyle{ kg/m^2 }[/math].
• des mittleren Korndurchmessers
• der Kornrauheit
• des Porenwassers
• der Dünenhöhe und -länge
• der Riffelhöhe und -länge
• der Transportkapazitäten der einzelnen Fraktionen
• der Transportraten der einzelnen Fraktionen
• der Erosionsraten der einzelnen Fraktionen
• der Depositionssraten der einzelnen Fraktionen

Veröffentlichungen

1. Malcherek, A. and Putzar, B. (2003). The Prediction of Dunes and Their Related Roughness in Estuarine Morphological Models. 8th Int. Conference on Estuarine and Coastal Modeling, Monterey, CA.
2. Malcherek, A. and Piechotta, F. (2004). Investigations on the Porosity as a Parameter for Sediment Erodibility. 9th Int. Symp. River Sedimentation, Vol. III, pp. 1913-1918.
3. Knoch, D. and Malcherek, A. (2005). The influence of waves on the sediment composition in a tidal bay. 9th Int. Conference on Estuarine and Coastal Modeling, Charlston.

Validierungsdokument

A. Malcherek, F. Piechotta, D. Knoch Mathematical Module SediMorph - Standard Validation Document Version 1.1, Technical Report, Bundesanstalt für Wasserbau, 2005.

Die PDF-Version kann frei heruntergeladen werden:

• (ca. 2.5 MB) Validierungsdokument SEDIMORPH (in Englisch)

Anwender (in alphabetischer Reihenfolge)

• Bundesanstalt für Wasserbau;
• Professur für Hydromechanik und Wasserbau am Institut für Wasserwesen, Universität der Bundeswehr, München.

BAW-spezifische Informationen

Simulation

Das mathematische Verfahren SEDIMORPH kann derzeit als eigenständiger Post-Processor UNS, und in direkter Kopplung mit dem zwei-dimensionalen mathematischen Verfahren TELEMAC-2D oder dem drei-dimensionalen mathematischen Verfahren UNTRIM verwendet werden.

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Strukturübersicht