Kalypso Module in der Forschung Wo stehen wir, wo wollen wir hin ?!?! Peter Fröhle Suleman Shaikh Hamburg, 25.06.2014
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
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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
25.06.2014 7Kalypso Module in der Forschung - Wo
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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
25.06.2014 8Kalypso Module in der Forschung - Wo
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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
� ….
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
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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
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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
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
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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
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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
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Ergebnisdarstellungen
KalypsoTelemac - Ergebnisdarstellung (Postprocessing )
� 3D-Darstellung
25.06.2014 26Kalypso Module in der Forschung - Wo
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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
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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
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„neue“ - Randbedingungen
Kalypso – „neue“ Randbedingungen
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„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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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 !