Numerische Modellierung von Naturgefahren mit dem Softwaresystem BASEMENT Workshop vom 6. Oktober 2006 an der VAW ETH Zürich Fallbeispiel BASEplane Davood FARSHI
Inhalt Gittererstellung Command File Resultate Probleme Zusammenfassung
Gittererstellung Rohdaten: Querprofile Rasterdaten Punktdaten
Gittererstellung Querprofilaufnahme von 2004
Gittererstellung 12249 Knoten 12337 Elemente
Gittererstellung 380 378 Originalquerprofil 376 374 372 370 368 366 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Gittererstellung 380 378 Original- und ausgedünntes Querprofil 376 374 372 370 368 366 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Gittererstellung 12249 Knoten 12337 Elemente 2181 Knoten 2079 Elemente
Gittererstellung elevation 384.0 382.4 380.8 379.2 377.6 376.0 374.4 372.8 371.2 369.6 368.0
Gittererstellung
Gittererstellung
Gittererstellung Bruchkanten
Gittererstellung Hauptgrinne Vorländer Busch Feste Sohle Feste Sohle
BASEPLANE_2D region name = Thur GEOMETRY HYDRAULICS MORPHOLOGY OUTPUT
GEOMETRY geometry_type = sms geofile = thur_final.2dm STRINGDEF string_name = Inlet node_ids =
elevation 384.0 382.4 380.8 379.2 377.6 376.0 374.4 372.8 371.2 369.6 368.0 192 GEOMETRY225 130 260 79 296 161 193 102 226 131 261 76 162 103 194 227 132 77 geometry_type 262 = 167 sms 104 200 234 136 78 269 geofile = thur_final.2dm 168 107 201 235 137 80 270 169 108 STRINGDEF 202 81 236 138 271 170 109 237 203 139 82 272 110 204 171 57 238 string_name = 140 Inlet 83 273 172 111 205 58 239 141 84 274 node_ids = 173 112 206 59 240 142 85 ( 1 2 3 4174 5 6 7 8 9 10 11311 207 86 60 241 143 12 13 14 17515 16 17 114 18 19 20 2161 22 208 87 242 144 23 24 25 176 ) 115 209 88 62 243 145 string_name 177 = Outlet 116 210 63 244 146 89 node_ids 178 117 211 = 90 64 245 147 179 212( 7117 7116 7118 7119 65 39 91 246 148 180 119 213 40 7120 7121 149 7122 7123 92 7124 66 7125 247 181 120 67 41 214 7126 7127 150 7128 7129 93 7130 7131 182 121 68 42 215 151 94 7132 7133 7134 122 7135 7136 7137 183 69 43 216 152 95 7138 184 7139 7140 123 7141 7142 7143 70 44 217 153 96 185 7144 7145 124 7146 7147 71 7148 7149 45 218 154 97 186 125 7150 7151 7152 715372715446 219 155 98 7155 187 126 47 21 7156 7157 7158 99 7159 73 ) 127 48 22 74 100 49 23 75 24 248 249 250 275 276 277 278 297 298 305 306 295 259 160 129 50 101 25 106 20 13 14 15 16 17 18 19 53 51 27 52 54 26 28 1 2 55 29 3 56 30 4 31 5 32 6 33 7 34 8 35 9 36 10 37 11 38 12
GEOMETRY geometry_type = sms geofile = thur_final.2dm STRINGDEF string_name = Inlet node_ids = ( 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ) string_name = Outlet node_ids =
elevation 384.0 382.4 380.8 379.2 377.6 376.0 374.4 372.8 371.2 369.6 368.0 GEOMETRY geometry_type = sms geofile = thur_final.2dm STRINGDEF string_name = Inlet node_ids = ( 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ) string_name = Outlet node_ids =
GEOMETRY geometry_type = sms geofile = thur_final.2dm STRINGDEF string_name = Inlet node_ids = ( 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 ) string_name = Outlet node_ids = ( 7117 7116 7118 7119 7120 7121 7122 7123 7124 7125 7126 7127 7128 7129 7130 7131 7132 7133 7134 7135 7136 7137 7138 7139 7140 7141 7142 7143 7144 7145 7146 7147 7148 7149 7150 7151 7152 7153 7154 7155 7156 7157 7158 7159 )
HYDRAULICS BOUNDARY INITIAL PARAMETER
HYDRAULICS BOUNDARY INITIAL PARAMETER BOUNDARY boundary_type = hydrograph boundary_string_name = Inlet boundary_file = hq100.txt
HYDRAULICS BOUNDARY INITIAL PARAMETER BOUNDARY boundary_type = hydrograph boundary_string_name = Inlet boundary_file = hq100.txt BOUNDARY 1000 900 boundary_type 800 = zero_gradient 700 boundary_string_name = outlet 600 Q (m3/s) 500 400 300 200 100 Hydrograph 0 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 Time (s)
HYDRAULICS BOUNDARY INITIAL PARAMETER BOUNDARY boundary_type = hydrograph boundary_string_name = Inlet boundary_file = hq100.txt BOUNDARY boundary_type = zero_gradient boundary_string_name = outlet
HYDRAULICS BOUNDARY INITIAL PARAMETER INITIAL initial_type = dry
HYDRAULICS BOUNDARY INITIAL PARAMETER friction_type input_type = manning = index_table
Hauptgrinne Vorländer Busch Feste Sohle Feste Sohle
HYDRAULICS BOUNDARY INITIAL PARAMETER friction_type = manning input_type = index_table // Material Index index = ( 1 2 3 4 5 ) n_manning = ( 0.028 0.032 0.055 0.032 0.028 ) // cte eddy viscosity inner_viscosity = ( 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 )
HYDRAULICS BOUNDARY INITIAL PARAMETER PARAMETER simulation_scheme = exp // Explizit riemann_solver = HLL // or EXACT CFL = 0.85 Total_run_time = 1216805.1 minimum_water_depth = 0.05 initial_time_step = 0.001 minimum_time_step = 1.0e-3
MORPHOLOGY BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER
MORPHOLOGY BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER BEDMATERIAL GRAIN_CLASS MIXTURE SOIL_DEF FIXED_BED SOIL_ASSIGNMENT
MORPHOLOGY BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER BEDMATERIAL GRAIN_CLASS diameters = ( 25.0 ) MIXTURE mixture_name = mixture1 volume_fraction = ( 100.0 ) SOIL_DEF soil_name = soil1 d90_armored_layer = 0.0 // Active Layer // mm active_layer_height = 0.15 // m active_layer_mixture = mixture1 SUBLAYER bottom_elevation = 365.0 sublayer_mixture = mixture1
MORPHOLOGY Hauptgrinne Vorländer Busch Feste Sohle Feste Sohle BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER FIXED_BED input_type = index_table index = ( 1 2 3 4 5 ) zb_fix = ( 250 250 250-101 -101 ) SOIL_ASSIGNMENT input_type = index_table index = ( 1 2 3 4 5 ) soil = ( soil1 soil1 soil1 soil1 soil1 )
MORPHOLOGY BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER FIXED_BED input_type = index_table index = ( 1 2 3 4 5 ) zb_fix = ( 250 250 250-101 -101 ) SOIL_ASSIGNMENT input_type = index_table index = ( 1 2 3 4 5 ) soil = ( soil1 soil1 soil1 soil1 soil1 )
MORPHOLOGY BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER BOUNDARY // Keine Randbediengung INITIAL // Schwache Anfangsbediengung // Die Anfangshöhe ist die Anfangsbediengung
MORPHOLOGY BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER EXTERNAL_ source_type = sediment_discharge element_ids =? source_file =? source_mixture = mixture1
MORPHOLOGY elevation 384.0 382.4 380.8 379.2 377.6 376.0 374.4 372.8 371.2 369.6 368.0 BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER EXTERNAL_ source_type = sediment_discharge element_ids =? source_file =? source_mixture = mixture1
MORPHOLOGY elevation 384.0 382.4 380.8 379.2 377.6 376.0 374.4 372.8 371.2 369.6 368.0 material 01 material 02 material 03 BEDMATERIAL material 04 material 05 13959 BOUNDARY 15582 INITIAL15583 13960 20316 PARAMETER 961 13950 13949 13948 13958 13947 13946 18643 13945 13944 15572 13933 13927 17381 17348 13928 17364 17382 17349 EXTERNAL_ 13929 17365 17383 17350 15559 source_type 17366 = sediment_discharge 17341 element_ids 18632 = 17351 15560 18624 ( 17380 17381 17382 17383 17342 17384 18616 18632 17384 ) 13930 17367 source_file = bedload_in_time.txt 15542 17385 18617 source_mixture = mixture1 17392 15551 15543 15548 18633 13943 13932 13942 13931 13941 15561 18635 17387 17386 18634 17370 17369 18625 17380 17368 17354 18618 17353 17363 17352 15544 17344 18612 17343 18614 17340 17334 17339 15536 17338 15535 18610 13911 1 1553
MORPHOLOGY BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER EXTERNAL_ source_type = sediment_discharge element_ids = ( 17380 17381 17382 17383 18632 17384 ) source_file =? source_mixture = mixture1
MORPHOLOGY BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER EXTERNAL_ source_type = sediment_discharge element_ids = ( 17380 17381 17382 17383 18632 17384 ) source_file = bedload_in_time.txt source_mixture = mixture1
MORPHOLOGY BEDMATERIAL BOUNDARY INITIAL PARAMETER PARAMETER bedload_transport = MPM // MPMH - PAR bedload_routing_start = 0.0 bedload_factor = 1 diffusion_coefficient = 0.005 upwind_factor = 0.5 hydro_steps = 0 porosity = 37 // % angle_of_repose = 30 //degree density = 2650 // kg / m3
OUTPUT output_time_step = 3600.0 console_time_step = 600.0 results_location = node // or center center node
Resultate Depth:TS 5.60 5.05 4.50 3.95 3.40 2.85 2.30 1.75 1.20 0.65 0.10 Velocity 9.00 ft/s 0.00 ft/s Wassertiefe und Geschwindigkeitsvektoren bei maximalem Abfluss 933 m3/s
Resultate 1000 900 Qinlet[0] Qoutlet[0] 800 700 600 Q (m3/s) 500 400 300 200 100 0 0 200000 400000 600000 800000 1000000 1200000 1400000 Zeit (s) Zufluss- und Abflusshydrograph
Resultate
Resultate 374 2005 2004 - ausgedünnt Berechnung 2004 373 372 371 370 369 368 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 367
Resultate
Resultate 382 380 2005 2004-ausgedünnt Berechnung 2004 378 376 374 372 370 368 0 50 100 150 200 250 300
Probleme Rechenzeit : im Falle einer morphologischen Berechnung ist sie noch gross! Kalibrierung: Wasserspiegellage in der berechneten Strecke? => Keine Rauheitskalibrierung! Geschiebezugabe: Immer ein grosses Problem! 1D- Berechnungsresultate => Input für 2D
Zusammenfassung Die Datenvorbreitung für eine Berechnung anhand von einem Fallbeispiel Das Gewicht und die Bedeutung des Material-Indizes Vorläufige Ergebnisse und deren Interpretation Probleme, von denen einige in kommenden Versionen behandelt werden
Danke Für Ihre Aufmerksamkeit! Davood Farshi farshi@vaw.baug.ethz.ch