Description: Das Projekt "Entwicklung eines impliziten numerischen Verfahrens zur Langfristsimulation der Hydro- und Morphodynamik in Fließgewässern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Wasserbau durchgeführt. Problemdarstellung und Ziel. Ingenieurwissenschaftliche Fragestellung und Stand des Wissens: Die zuverlässige Langfristsimulation der Hydro- und Morphodynamik in Flüssen setzt neben einem robusten und zuverlässigen numerischen Verfahren den Umgang mit den Modellunsicherheiten voraus. Modellunsicherheiten haben unterschiedliche Ursachen, ein klassisches Beispiel sind fehlerhafte oder ungenügende Eingangsdaten zur Beschreibung des Anfangszustandes. In der Praxis muss zum Beispiel die räumliche Sedimentverteilung aus wenigen punktuellen Messungen geschätzt werden. Eine wesentliche Unsicherheit bei der Langfristsimulation liegt in den hydraulischen Randbedingungen (Zuflussganglinien), die für die Simulation der zukünftigen Sohlentwicklung angesetzt werden. Selbst bei einer perfekten Beschreibung des Anfangszustands hängt der Endzustand entscheidend von der verwendeten Zuflussganglinie ab. Für belastbare Aussagen über die langfristige Sohlentwicklung reicht es deswegen nicht aus, eine einzelne Simulation mit einer Ganglinie durchzuführen. Belastbare Prognosen sind nur möglich, wenn die Variabilität der hydraulischen Randbedingungen berücksichtigt wird. Diese Variabilität kann durch Ensemble-Rechnungen abgebildet werden, auf deren Grundlage die Prognoseunsicherheit abgeschätzt werden kann. Der Abfluss und somit auch die Strömung sind in Flüssen häufig über Stunden hinweg nahezu konstant. Die derzeit eingesetzten Verfahren müssen eine zeitliche Auflösung (Zeitschrittweite) von wenigen Sekunden verwenden. Durch eine voll implizite Zeitdiskretisierung kann die Gesamtrechenzeit verkürzt werden, da die Zeitschrittgröße weniger stark durch numerische Stabilitätskriterien (CFL-Bedingung) begrenzt ist (siehe Bilanceri et al. 2010). Ziel des FuE-Projektes ist es, ein voll implizites numerisches Verfahren zu entwickeln, mit dem die langfristige und großräumige Sohlentwicklung in Fließgewässern simuliert werden kann. Das neue Verfahren soll bei angemessener Genauigkeit deutlich größere Zeitschritte als bisherige Verfahren erlauben. Untersuchungsziel: Ziel der Untersuchung ist es, den Grundstein für ein voll gekoppeltes, voll implizites Verfahren zur Lösung der Flachwassergleichungen und des Feststofftransports zu legen, mit dem die langfristige und großräumige Sohlentwicklung zweidimensional simuliert werden kann. Dazu muss zunächst geklärt werden, ob die voll implizite Diskretisierung zu einer Steigerung der numerischen Effizienz führt und ob bei den erforderlichen großen Zeitschrittweiten die Ergebnisse dennoch vergleichbar mit den Ergebnissen einer expliziten Zeitdiskretisierung bleiben. Mit dem effizienten impliziten Verfahren sollen Ensemble-Rechnungen durchgeführt werden, wobei die relevanten Parameter wie etwa der Sedimentdurchfluss oder die Sohlentwicklung zur Laufzeit analysiert und ausgegeben werden sollen.
SupportProgram
Origin: /Bund/UBA/UFORDAT
Tags: Hydrodynamik ? Fluss ? Fließgewässer ? Abfluss ? Ganglinie ? Verfahrensparameter ? Prognosedaten ? Gewässerstruktur ? Berechnungsverfahren ? Gewässergrund ? Langzeituntersuchung ? Numerisches Verfahren ? Prognosemodell ? Simulation ? Wasserbau ? Sediment ? Sedimentdynamik ? Hydromorphologie ? Datenerhebung ? Sedimenttransport ? Hydrologie ? Wissensstand ?
Region: Baden-Württemberg
Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Time ranges: 2015-01-01 - 2018-12-31
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