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Kalypso Module in der Forschung
Wo stehen wir, wo wollen wir hin ?!?!
Peter Fröhle
Suleman Shaikh
Hamburg, 25.06.2014
Gliederung
� TU-Kalypso Team
� Motivation zur Implementierung weiterer Modelle in Kalypso
� TELEMAC-SUITE
� Stand der Implementierung weiterer Modelle (Wo stehen wir?)
� Darstellung und Evaluierung von Ergebnissen
� Zusammenfassung
� Ausblick (Wo wollen wir hin?)
25.06.2014 2Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
TU-Kalypso Team
� Peter Fröhle� Institutsleiter
� Sandra Hellmers� Rechenkern KalypsoNA, KalypsoHydrology
� Natasa Manojlovic� KalypsoFloreto, KalypsoRisk
� Dejan Antanaskovic� Kalypso-Programmierer, Datenmanagement
25.06.2014 3Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
TU-Kalypso Team
� Ilya Gershovich� Kalypso-Programmierer, 1D2D, Telemac, KalypsoEvacutaion
� Edgar Nehlsen� Kalypso1D2D, Telemac
� Suleman Shaikh� Kalypso1D2D, Telemac
� Yohannis Birhanu Tadasse� Kalypso1D2D, Telemac
25.06.2014 4Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Kalypso in der Forschung / Aktuelle Projekte
• Klimzug-Nord => Hydrologie, Hydrodynamik und Sedimenttransporte
• Corfu (FP7) => Risiko-Analyse für die Fallstudien (insbesondere HH) auf der Grundlage der Ergebnisse aus Klimzug-Nord
• Eigenforschung / Stipendiat => Dammbruchmodellierung / Anpassung
• KLEE, Sediment Este => Hydrologie, Hydrodynamik, Sedimenttransport
• Camino (Interreg IV) => User Anforderungen Partner LSBG Überflutungsmodellierung
• Mauretanien => Wasserstände und Seegangsmodelierung an einer offenen Küste, Risikobetrachtungen. Anforderungen: Sedimenttransporte an der Küste (Küstenlängstransport, Küstenquertransport, Dünenabbruchmodellierung, …)
• Pearl => Hydrodynamik, Dammbruchmodellierung, Hydrologie, Risikoanalyse. Anforderungen: Einbindung weiterer Modelle
• OTB => Hydrodynamik. Anforderungen: 3D-Modellierung
• Optimierung des internen Data-Flows: Anbindung an TUHH-WB- Datenbank
• …
25.06.2014Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin5
Implementierung weiterer Modelle in Kalypso
� Nach Definition von Kalypso:� „…OpenSource Softwareprodukt….“
� „…generelles Modellsystem für numerische Simulation in der Wasserwirtschaft…“
� „… Erstellung von Hochwasserschutzkonzepten, Hochwassergefahren-und Hochwasserrisikokarten…“
� Zielgruppen: „…öffentliche Einrichtungen, Fachbehörde, Unis und Ingenieurbüros aus den Bereichen der Wasserwirtschaft…“
� Stetige Weiterentwicklung:� Implementierung und Kopplung weitere Modelle in Kalypso
� z.B.: TELEMAC, SWAN
� Anwendung von Kalypso auch im Küstenschutz
� Deichbruch Simulationen
� „Größere“ Modelle (z.B. Tideelbe, Seegangsmodell Mauretanien)
25.06.2014 6Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Motivation
Weiterentwicklung von Kalypso
Weiterentwicklung von Kalypso und Implementierung von verschiedenen Modellen und Modulen im Rahmen von Projekten u.a.:
� KLIMZUG-NORD (abgeschlossen)
� EU-PEARL (seit Januar 2014)
� MAURETANIEN in Zusammenarbeit mit der GIZ
25.06.2014 7Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
DGM©LVermA-SH
Motivation
TELEMAC-SUITE
� Freiverfügbare Software ohne eigene graphische Oberfläche zur Simulation von Fließgewässern (HD, Berücksichtigung von Tracer (u.a. Salz, Temperatur, Sediment) sowie Seegangs-Modellierung)
� Anfänge vor ca. 20 Jahren und seit 4 Jahren openSource !!! www.opentelemac.org
� Konsortium aus EDF (Electricité de France), HR Wallingford (UK), BAW (Germany), ARTELIA (France), Daresbury Laboratories (UK), CETMEF (France)
� Einzelne Module:� Telemac-2D� Telemac-3D� Tomawac� Artemis� Sisyphe� DredgeSim
25.06.2014 8Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
TELEMAC- SUITE
Telemac-2D
� 2D Strömungsmodell, tiefengemittelt
� Lösung der Tiefengemittelte Flachwassergleichungen� Sohlhöhe, Wasserspiegellage, Geschwindigkeitskomponenten (u,v)
� Anwendung in Flüssen, Ästuaren und Meer� Strömungsuntersuchungen, Sedimenttransport, Auswirkungen von
Küsten- und Hochwasserschutzmaßnahmen
� Untersuchung von möglichen tide-energy-sites (z.B. Schottland)
� …
� Finte-Elemente mit unstrukturierten Netzen
25.06.2014 9Kalypso Module in der Forschung - Wo
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TELEMAC- SUITE
DGM©LVermA-SH
Telemac-3D
� 2D-Ansatz adequat für Wasserstände und tiefengemittelte Strömungen
� Aber, Vorteile 3D: � Dichteströmungen (z.B. Salz, Temperatur)
� Komplexe Abbildungen von Windeffekten
� Sohlnahe Untersuchungen (Sedimenttransport, Strömungen, Kolkbildung)
� 3D-Finite Elemente-Module
25.06.2014 10Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
©HR Wallingford
TELEMAC- SUITE
©Kappenberg, 2007
Seegangsmodellierung mit TOMAWAC und ARTEMIS
� TOMAWAC
� Modell zur Seegangsmodellierung ähnlich wie SWAN
� Physikalische Prozesse:� Refraktion
� Shoaling
� Wind
� Brechen
� White Capping
� Reibung
� ….
25.06.2014 11Kalypso Module in der Forschung - Wo
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TELEMAC- SUITE
Seegangsmodellierung mit TOMAWAC und ARTEMIS
� ARTEMIS (Agitation and Refraction with Telemac on a Mild Slope)� Anwendung:
� Küstenschutz� Wellenberechnung in Häfen und Buchten� Wellenresonanzen� Einflüsse von Bauwerke in Häfen wie Wellenbrecher� Hochaufgelöste numerische Modelle (<50m)
� Prozesse:� Reflektion� Diffraktion� Reibung� Wellenbrechen� …
25.06.2014 12Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
© Vorlesung Seegang, DAEMRICH, 2013
TELEMAC- SUITE
Seegangsmodellierung mit TOMAWAC und ARTEMIS
� ARTEMIS (Agitation and Refraction with Telemac on a Mild Slope)� Anwendung:
� Küstenschutz� Wellenberechnung in Häfen und Buchten� Wellenresonanzen� Einflüsse von Bauwerke in Häfen wie Wellenbrecher� Hochaufgelöste numerische Modelle (<50m)
� Prozesse:� Reflektion� Diffraktion� Reibung� Wellenbrechen� …
25.06.2014 13Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
TELEMAC- SUITE
SISYPHE (Sediment Transport and Morphodynamics Model)
Anwendung:
� Flüssen, Ästuare und Küstenzonen� Sedimentation in Hafenbecken
� Einflüsse von Buhnen
� Erosion nach Deichbrüchen
� Kolkbildung
� Physikalische Prozesse:� Sand- und Kohäsiv-Sedimenttransport
� Bed-Load Transport
� Suspension Transport
� Kopplung mit Strömungsmodell (2D, 3D, Seegang)
25.06.2014 14Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
©GUNT, Hamburg
TELEMAC- SUITE
DredgeSim
� Neu entwickeltes Modul von der BAW und der Bundeswehr Universität
� Anwendung:� Simulation von Baggerungen und Verklappungen im Gewässer
� Auswirkungen von anthropogenen Maßnahmen im Sedimenthaushalt
� Optimierung des Sedimenthaushaltes (z.B. Baggern in der Tideelbe) durch Vorgabe von Bagger- und Verklapppolygone sowie Grenzwerte von Fließtiefen
25.06.2014 15Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
TELEMAC- SUITE
Wie ist der Stand der Implementierung weiterer Module in Kalypso ?Implementiert (Trunk):
� SWAN
� Telemac-2D
25.06.2014 16Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Implementierung
Wie ist der Stand der Implementierung weiterer Module in Kalypso ?Implementiert (Trunk):
� SWAN
� Telemac-2D
25.06.2014 17Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Implementierung
1.
Preprocessing
2.
Processing
3.
Postprocessing
Gaja3D, BlueKenue,
Janet (u.a.
Netzerstellung,
Randbedingungen)
Matlab, Fudaa, Excel…
Editieren von Fortran-
Files
Manuelle Eingabe von
Ergebnisausgaben,
Text-Dateien
BlueKenue,
Matlab, Fudaa, Excel…
Telemac-Simulationen
KalypsoTelemac
25.06.2014 18Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Implementierung
1.
Preprocessing
2.
Processing
3.
Postprocessing
Matlab, Fudaa, Excel…
Editieren von Fortran-
Files
Manuelle Eingabe von
Ergebnisausgaben,
Text-Dateien
BlueKenue
Matlab, Fudaa, Excel…
Telemac-Simulationen
K a l y p s o W o r k f l o w
Gaja3D, BlueKenue,
Janet (u.a.
Netzerstellung,
Randbedingungen)
KalypsoTelemac
25.06.2014 19Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Implementierung
Rechenkern/ ModellBerechnungseinheitKalypsoWorkflow
KalypsoTelemac – Simulation Settings
25.06.2014 20Kalypso Module in der Forschung - Wo
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Implementierung
KalypsoTelemac – Simulation Settings
25.06.2014 21Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Implementierung
Weitere Tabs für spezifische Telemac-Keywords!
KalypsoTelemac
Steering-File von Telemac
25.06.2014 22Kalypso Module in der Forschung - Wo
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Implementierung
KalypsoTelemac
25.06.2014 23Kalypso Module in der Forschung - Wo
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Implementierung
Integriert in der
Kalypso Oberfläche !
KalypsoTelemac
25.06.2014 24Kalypso Module in der Forschung - Wo
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Implementierung
Integriert in der
Kalypso Oberfläche !
KalypsoTelemac - Ergebnisdarstellung (Postprocessing)
� Darstellung der Ergebnisse aus Telemac-2D Simulationen (punktuell sowie flächig)� Strömungsgeschwindigkeiten (Vektoren)� Fließtiefen� Wasserspiegellagen
� 3D-Darstellungen von Ergebnissen (Prototyp)
� Ganglinien-Auswertungen (KalypsoMATLAB)
25.06.2014 25Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Ergebnisdarstellungen
KalypsoTelemac - Ergebnisdarstellung (Postprocessing )
� 3D-Darstellung
25.06.2014 26Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Ergebnisdarstellungen
KalypsoTelemac - Ergebnisdarstellung (Postprocessing )
� Ganglinien-Auswertungen (KalypsoMatlab)
25.06.2014 27Kalypso Module in der Forschung - Wo
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Ergebnisdarstellungen
Kalypso - „neue“ Randbedingungen
25.06.2014 28Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Deichbruchrandbedingungen
(KalypsoTelemac2D)
Seegangsrandbedingungen
(KalyspoSWAN)
„neue“ - Randbedingungen
Kalypso – „neue“ Randbedingungen
Deichbruchrandbedingung
25.06.2014 29Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
„neue“ - Randbedingungen
Kalypso – „neue“ Randbedingungen
Deichbruchrandbedingung
25.06.2014 30Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
„neue“ - Randbedingungen
Kalypso – „neue“ Randbedingungen
25.06.2014 31Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
„neue“ - Randbedingungen
Zusammenfassung
� Starkes TU-Kalypso Team
� Implementierung von weiteren Modellen und Modulen macht Kalypso attraktiv für die neue zukünftige Aufgaben
� Vorstellung von TELEMAC-SUITE zur Modell- und Modulerweiterung in Kalypso� Erfolgreiche Implementierung von Telemac2D sowie von SWAN in Kalypso
� Erste 3D-Visualisierung
� Ganglinien-Auswertung
� Deichbruch-Simulationen
25.06.2014Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin32
Ausblick
� TELEMAC-2D� Fortsetzen der Implementierung (u.a. weitere Turbulenzmodelle,
Rauheitsansätze)
� Grundsätzliche Implementierung weiterer TELEMAC-Module� TELEMAC-3D, SISYPHE & DredgeSIM, TOMAWAC & ARTEMIS
� Kopplung der einzelnen Module, z.B.:
� Weiterentwickling des Postprocessings� 3D-Visualisierung mit Features
� Ganglinienauswertung in Kalypso
� Weitere Parameter (Modulabhängig, Mittelwerte …)
� Erweiterung der User auch auf internationaler Ebene
25.06.2014 33Kalypso Module in der Forschung - Wo
stehen wir, wo wollen wir hin
Telemac 2D/3D SISYPHE
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !