Erzeugung von Randwerten

Neben der Erzeugung und Bearbeitung von Gitternetzen stellt die Bereitstellung von geeigneten Randwerten einen der wesentlichen Arbeitsschritte bei der Vorbereitung von Simulationsrechnungen mit Mathematischen Verfahren dar. In Ergänzung zu den für den Startzeitpunkt der Simulationsrechnung benötigten Anfangsbedingungen müssen in der Regel für die gesamte Dauer der Modellrechnung auf allen Rändern des Simulationsgebietes meist zeit- und ortsabhängige Randwerte vorgeschrieben werden. Hierzu zählen die Rauhigkeit der Gewässersohle, der Wind über dem Modellgebiet (siehe hierzu auch Wind über Ästuaren), der Wasserstand auf dem seeseitigen Rand (z.B. in der Nordsee), das Oberwasser, u.v.m.

Diese Seite gibt einen aktuellen Überblick der im Hause der BAW-AK im Zusammenhang mit dem Erstellen und Bearbeiten von unterschiedlichen Randwerten eingesetzten (Preprocessing-) Software. Es werden folgende Themenbereiche behandelt:

Literatur zu methodischen Ansätzen

- Seiß, G.: Erzeugung naturähnlicher Randwerte für den seeseitigen Rand von Ästuarmodellen an der Nordsee. Technisches Dokument, 2014.

Graphische Darstellungen komplexer Arbeitsvorgänge

Erzeugen von Randwertzeitreihen aus Mess- und Simulationsergebnissen

Graphische Darstellung des Arbeitsablaufes beim Erzeugen von Randwertzeitreihen aus Mess- und Simulationsergebnissen. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Aufbereiten meteorologischer Randwerte

Graphische Darstellung des Arbeitsablaufes beim Erzeugen und Kontrollieren der meteorologischen Randwerte, die in der Regel für das gesamte Modellgebiet vorliegen müssen. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Aufbereiten von Bodenkennzahlen

In Vorbereitung.

Randwerte für DELFT3D und UNTRIM

Graphische Darstellung des Arbeitsablaufes beim Erzeugen der Randwerte für die mathematischen Verfahren DELFT3D und UNTRIM. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Randwerte für TELEMAC-2D

Graphische Darstellung des Arbeitsablaufes beim Erzeugen der Randwerte für die mathematischen Verfahren TELEMAC-2D und Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Randwerte für TRIM-2D

Graphische Darstellung des Arbeitsablaufes beim Erzeugen der Randwerte für das mathematische Verfahren TRIM-2D. Diese Darstellung ist zusätzlich auch als Encapsulated PostScript Datei erhältlich.

Randwerte für TRIM-3D

Derzeit erfolgt das Erzeugen der Randwerte für das mathematische Verfahren TRIM-3D in gleicher Weise wie bei TRIM-2D. Aktuell können nur tiefenunabhängige Randwerte vorgegeben werden.

Verfahrensunabhängige Preprocessoren

Bearbeiten und Darstellen digitalisierter Zeitserien

• DIDGER: Das von Golden Software entwickelte Tool DIDGER ermöglicht das Digitalisieren und Plausibilisieren zuvor gescannter Zeitserien am PC. Die Weiterverarbeitung der DIDGER-Ausgaben erfolgt in Mathematica. Ansprechpartner in der BAW-DH ist M. Kastens.
• MESKOR: Anbringen von Korrekturen (Addition oder Subtraktion einer Konstante bzw. Eliminieren eines linearen Trends) an den digitalisierten Daten.
• GVIEW2D: Darstellen der korrigierten digitalisierten Zeitserien über den gesamten Digitalisierungszeitraum. Durch Überlagerung der für verschiedene Orte gültigen Kurven können Inkonsistenzen (z.B. Zeitversatz oder fehlerhafter Mittelwert) zwischen verschiedenen Datensätzen einfacher als bei Betrachtung einzelner Kurven aufgedeckt werden.

Erzeugen von Randwertzeitreihen aus Mess- und Simulationsergebnissen

• UTRRND: Extrahieren von Randwertzeitreihen aus den Ergebnissen vorab durchgeführter Simulationsrechnungen die als Zeitserien entweder für ein ganzes Simulationsgebiet, für verschiedene Profile oder an einzelnen Positionen vorliegen müssen. Des weiteren kann das Programm auch dazu verwendet werden, aus an einzelnen Positionen gemessenen Daten Randwertzeitreihen zu erzeugen. Der Arbeitsablauf ist unter Randwerte für UNTRIM (siehe oben) dargestellt.

Zusammenführen verschiedener Randwertzeitreihen

• FRQ2ZEITR: Vorausberechnung von Wasserständen mittels der harmonischen Frequenzen und Korrekturen aus den Tafeln der astronomischen Argumente und Korrekturen des Bundesamtes für Seeschiffahrt und Hydrographie (BSH) und den ortsabhängigen Amplituden und Phasen.
• TSCALC: Dieses Programm ist dazu geeignet, verschiedene mathematische Operationen mit Zeitseriendaten durchzuführen. Zwei Zeitserien können durch Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division miteinander verknüpft werden.
• UTRRND: Mit diesem Programm ist es möglich, verschiedene Zeitserien (derzeit nur Wasserstand) für die spätere Verwendung in mathematischen Verfahren vorzubereiten (siehe auch oben unter Erzeugen von Randwertzeitreihen aus Mess- und Simulationsergebnissen). Neben der direkten Erzeugung von Randwertzeitreihen für das mathematische Verfahren UNTRIM kann es, für die anderen mathematischen Verfahren, auch vor den verfahrensspezifischen Randwerte-Preprocessoren eingesetzt werden.

Aufbereiten meteorologischer Randwerte

• BSH2BAW: Mit diesem Programm können meteorologische Daten, die der BAW-AK vom Bundesamt für Seeschiffahrt und Hydrographie (BSH) zur Verfügung gestellt wurden, für die weitere Vervendung mit dem Programm FD2MET in das Format mkwswawrt.dat konvertiert werden.
• FD2MET: Zeit- und ortsvariable Felder der meteorologischen Größen können sowohl aus für einzelne Positionen vorliegenden meteorologischen Daten (Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Luftdruck) als auch aus den vom Deutschen Wetterdienst (Geschäftsfeld Seeschiffahrt) der BAW-AK zur Verfügung gestellten numerisch berechneten Daten zur späteren Verwendung in numerischen Modellen aufbereitet werden.
• METDIDA: Die von dem Programm FD2MET aufbereiteten Daten lassen sich mit Hilfe des Programmes METDIDA so umformen, daß sie mit dem Visualisierungsprogramm HVIEW2D dargestellt und kontrolliert werden können (siehe hierzu auch Supercompting News Heft 1/1998).

Aufbereiten von Bodenkennzahlen

• MKRDAT: Mit diesem Programm können ortsvariable Bodenkennzahlen auf ein Modellgitter abgebildet werden. Einer Bodenkennzahl werden üblicherweise eine oder mehrere physikalische Größen zugeordnet, mit deren Hilfe die physikalischen Eigenschaften des Untergrundes näher beschrieben werden können (z.B. Sohlrauheit, Leitfähigkeit, etc.).
• Initialwertdatei für physikalische Datensätze ipds.dat: Die in einer Datei des Type ipds.dat vorgehaltenen Anfangswerte der Bodenkennzahlen können sowohl von DELFT3D als auch von SEDIMORPH importiert werden. Das letztgenannte morphodynamische Modell wird in der BAW mit den Verfahren TELEMAC-2D und UNTRIM gekoppelt.

Mit dem Visualisierungstool Davit lässt sich der Dateiinhalt explorieren.

Verfahrensabhängige Preprocessoren

Erzeugen der Randwerte für DELFT3D

• UTRRND: Das Programm UTRRND dient der Aufbereitung der vorhandenen Randwertinformationen in das BDF Datenformat,
• OpenMI: Das Lesen dieser Randwerte erfolgt OpenMI-konform. Der GEIWrapper führt den eigentlichen Lesevorgang aus. Der weitere Import in Delft3D findet in der OpenMI-Umgebung zur Laufzeit statt.

Erzeugen der Randwerte für TELEMAC-2D

• TICTRI: In einem ersten Schritt werden das Gitternetz sowie die Codierung der Art der Randbedingungen in das TRIGRID-Format umgesetzt. Dieses Format ist Voraussetzung für die Nutzung spezieller Preprocessoren.
• TM2RND: Das Programm TM2RND dient der Aufbereitung der vorhandenen Randwertdaten in ein spezielles Datenformat, welches den Simulationsprogramm TELEMAC-2D einen raschen Zugriff auf orts- und zeitvariable Randwerte ermöglicht.

Erzeugen der Randwerte für TRIM-2D

• FDGITTER05: Neben der Darstellung des Finite Differenzen Gitters und der Topographie können unter anderem auch Randgitterzellen neu definiert und/oder abgewandelt werden. Am Ende eines Programmlaufes ist die (optionale) Ausgabe der Randgitterzellen in die Datei des Typs rgz.dat möglich. Auf letztere kann in den nachfolgenden Arbeitsschritten wieder zurückgegriffen werden.
• TR2RND: Das Programm TR2RND dient der Aufbereitung der vorhandenen Randwertinformationen in ein spezielles Datenformat, auf das von TRIM-2D während der Modellsimulation rasch zugegriffen werden kann.

Erzeugen der Randwerte für TRIM-3D

Derzeit erfolgt die Aufbereitung der Randwerte für TRIM-3D in gleicher Weise wie für TRIM-2D.

Erzeugen der Randwerte für UNTRIM

UTRRND: Das Programm UTRRND dient der Aufbereitung der vorhandenen Randwertinformationen in das BDF Datenformat, welches von dem Programm UNTRIM während der Modellsimulation problemlos und rasch gelesen werden kann.

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Strukturübersicht