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?)

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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

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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

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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

• …

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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)

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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

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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

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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

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©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

� ….

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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

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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

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Implementierung

Rechenkern/ ModellBerechnungseinheitKalypsoWorkflow

KalypsoTelemac – Simulation Settings

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Implementierung

KalypsoTelemac – Simulation Settings

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Implementierung

Weitere Tabs für spezifische Telemac-Keywords!

KalypsoTelemac

Steering-File von Telemac

25.06.2014 22Kalypso Module in der Forschung - Wo

stehen wir, wo wollen wir hin

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

stehen wir, wo wollen wir hin

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)

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stehen wir, wo wollen wir hin

Ergebnisdarstellungen

KalypsoTelemac - Ergebnisdarstellung (Postprocessing )

� 3D-Darstellung

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Ergebnisdarstellungen

KalypsoTelemac - Ergebnisdarstellung (Postprocessing )

� Ganglinien-Auswertungen (KalypsoMatlab)

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Ergebnisdarstellungen

Kalypso - „neue“ Randbedingungen

25.06.2014 28Kalypso Module in der Forschung - Wo

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Deichbruchrandbedingungen

(KalypsoTelemac2D)

Seegangsrandbedingungen

(KalyspoSWAN)

„neue“ - Randbedingungen

Kalypso – „neue“ Randbedingungen

Deichbruchrandbedingung

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„neue“ - Randbedingungen

Kalypso – „neue“ Randbedingungen

Deichbruchrandbedingung

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„neue“ - Randbedingungen

Kalypso – „neue“ Randbedingungen

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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

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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

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Telemac 2D/3D SISYPHE

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !