Version 5.4: In welchen Fällen kann es zu Ergebnisunterschieden im Vergleich zu vorherigen Berechnungen kommen?

In der HYDRO_AS-2D Version 5.4 wurde die Abflussberechnung der 1D-Durchlässe auf die hydrodynamische, instationäre Berechnung umgestellt. Damit wurden auch die Eingabeparameter angepasst und erweitert (siehe auch Abschnitt „Rauheit 1D-Durchlässe“). Statt eines vorab berechneten Abflusskoeffizienten werden nun die Rauheit als kb-Wert in mm und Ein- und Auslaufverluste angegeben.
Mit dieser Umstellung kann es zu Ergebnisunterschieden im Vergleich zu vorherigen Versionen kommen:

1. In den bisherigen Versionen wurde zur Ermittlung der Geschwindigkeitshöhe die Geschwindigkeit im Rohr und nicht im Oberwasser verwendet. Das führte dazu, dass die Abflussleistung überschätzt wurde, wenn der Einlaufbereich mit einer markanten Beschleunigungsstrecke zusammenfällt. D.h. wenn die Geschwindigkeit im Rohr größer ist als die Geschwindigkeit im Oberwasser. In der Version 5.4 wird die Geschwindigkeit im Oberwasser verwendet. Daher ist der Abfluss in diesen Fällen geringer, was eventuell zu einem höheren Wasserspiegel im Oberwasser und zu einem niedrigeren Wasserstand im Unterwasser führen kann.
2. In den bisherigen Versionen wurde die Durchlasslänge nur durch die Angabe des Abflusskoeffizienten berücksichtigt. In Version 5.4 hat die Länge aufgrund der hydrodynamischen, instationären Berechnung Einfluss auf den Wellenablauf und die Fließzeit. In instationären Simulationen mit langen Durchlässen (> 50 m) kann es daher zu einem signifikant anderen Abflussgeschehen kommen. Unterschiede sind dann z.B. in den maximalen Wasserspiegellagen (wspl_max) festzustellen.
3. Durch den stationären Ansatz in den vorherigen Versionen konnten in seltenen Fällen z. B. bei Fließrichtungswechseln numerische Oszillationen auftreten. Oszillationen aufgrund numerischer Effekte sind auch mit der Version 5.4 nicht auszuschließen, die Methode ist aber in dieser Hinsicht robuster.
4. Bei der Konvertierung auf die Version 5.4 wird der Abflusskoeffizient in den kb-Wert umgerechnet. Ist der hieraus berechnete kb-Wert kleiner als 1,5 mm, wird der Wert auf 1,5 mm hochgesetzt. In diesen Fällen sind zusätzlich zu den oben beschriebenen Fällen Ergebnisunterschiede zu erwarten. Das gleiche gilt, wenn Sie nach der Konvertierung die Eingabeparameter manuell anpassen.
5. Bei parallelen Nodestrings, die einen Durchlass abbilden, wurde bisher die Breite aufgeteilt, so dass der Gesamtquerschnitt dem Querschnitt des abzubildenden Bauwerks entspricht. Der Abflusskoeffizient wurde in der Regel nicht angepasst. Mit der hydrodynamischen, instationären Berechnung haben die durch die Aufteilung zusätzlich entstandenen Wände zusätzliche Reibungseffekte. Hier sollten die Parameter ggf. geprüft und angepasst werden. Ansätze dazu finden Sie im Handbuch.

Hinweis für Nutzer älterer Versionen: Die Parameter des aktuellen Ansatzes unterscheiden sich von der Parametrisierung der Durchlässe in älteren Versionen. Wenn Sie ein Modell in einer älteren Version als 5.3 nutzen, findet eine automatische Umrechnung der Parameter statt. Diese Umrechnung wird immer durchgeführt, auch wenn Sie die Simulation durchführen, ohne das Modell vorher explizit in die neue Version zu konvertieren. Wenn Sie die 2dm-Datei aus der GUI exportieren oder ein Upgrade durchführen, werden die neuen Parameter in die 2dm-Datei geschrieben.

Wenn in älteren Modellen der Abflusskoeffizient so angepasst wurde, dass die Wasserstände zu den Messwerten passten, liefert die Konvertierung nach Version 5.4 i.d.R. zu hohe kb-Werte. Deshalb sollten Modelle generell nach einer Konvertierung/ einem Versionswechsel neu kalibriert werden, besonders, wenn durch verbesserte/veränderte Berechnungsmethoden zu erwarten ist, dass sich die Ergebnisse verändern.

Warum kommt es in Version 5.2 nach einer Konvertierung eines Altmodells teilweise zu abweichenden Modellergebnissen?

Grundsätzlich sollen Berechnungsergebnisse verschiedener Versionen identisch bzw. vergleichbar sein. Trotzdem ist es manchmal unumgänglich, Änderungen im Code vorzunehmen, die die Ergebnisse beeinflussen.

Dies ist z. B. bei der Berechnung von Durchlässen der Fall, weil eine Veränderung bzw. Verbesserung des Berechnungsansatzes von 1D-Durchlässen zwangsläufig zu anderen Ergebnissen führt, als der Ansatz in den älteren Versionen (vgl. Release-Notes, Kap. 10.10). Bitte beachten Sie, dass die 1D-Durchlässe mittels empirischer Ansätze berechnet werden und daher die Modellergebnisse (1D-Elemente) stets einer Plausibilisierung seitens des Modellierenden erfordern.

Ein weiteres Beispiel versionsbedingter Unterschiede in den Modellergebnissen ist bei der Version 5.2 auf den A-Min-Wert zurückzuführen. Bei konvertierten Altmodellen mit zu groß gewähltem A-Min-Wert kann die Version 5.2 Unterschiede in den Modellergebnissen ergeben. Grundsätzlich empfehlen wir den A-Min-Wert = 0  bzw. entsprechend der Netzdiskretisierung (kleinstes Kontrollvolumen) zu wählen. Wird ein größerer A-Min-Wert gewählt, empfehlen wir unbedingt mittels Vergleichsrechnungen die Neutralität auf die Modellergebnisse zu prüfen.

Da für uns neben der Aktualisierung von Berechnungsansätzen auch die Robustheit von großer Bedeutung ist, werden wir den Einfluss der zu großen A-Min-Werte mit der Version 5.3 neu prüfen.

Werden HYDRO_AS-2D 2 und HYDRO_AS-2D 3 noch weiterentwickelt?

Nein. Hydrotec entwickelt nur die jeweils aktuelle Version von HYDRO_AS-2D weiter.

Wenn Sie HYDRO_AS-2D 2.x bzw. HYDRO_AS-2D 3.x bei Hydrotec erworben und einen Wartungsvertrag haben, können Sie uns gerne Fragen zur Benutzung der älteren Versionen stellen. Software-Änderungen werden allerdings nur in der neuesten Version von HYDRO_AS-2D durchgeführt.

Warum gibt es seit der Version 4.2 eine Fehlermeldung zu Randbedingungen, die bisher keinen Fehler lieferten?

Alle Knoten eines Randbedingungs-Nodestrings müssen jeweils über Kanten verbunden sein. Diese notwendige Bedingung wurde vor Version 4.2 nicht geprüft.

Ab Version 4.2 startet die Berechnung nicht, sondern gibt einen Fehler aus.

Warum gibt es Unterschiede in den Ergebnissen verschiedener HYDRO_AS-2D-Versionen?

HYDRO_AS-2D wird weiterentwickelt, d.h. wir verbessern die Algorithmen und Methoden und beheben Fehler. Dadurch kann es zu Unterschieden in den Ergebnissen kommen. Das ist so gewollt. Die Ergebnisse unterscheiden sich in der Wassertiefe nur im Millimeter- oder ggf. Zentimeterbereich. Die Geschwindigkeiten können entsprechend etwas abweichen. Bei Fehlern oder Problembehebungen kann es lokal zu größeren Unterschieden kommen. Beispiele:

• Version 4.1.0: Die Methode der Extrapolation der WSPL an den trocken-nass Grenzen wurde verbessert. Die Unterschiede können wesentlich größer sein als ein paar Zentimeter. Die Original-Wassertiefe (depth.dat) ist davon NICHT betroffen.
• Version 4.2.0: Numerische Methode an Zulauf und Auslauf wurde stabilisiert. Ist z.B. ein Zufluss in einem alten Modell instabil (hohe Geschwindigkeiten, inhomogener Wasserspiegel, Sprünge im zeitlichen Verlauf), können die neuen stabilen Ergebnisse lokal (stark) abweichen. Evtl. können Zulaufstrecken, die im alten Modell nötig waren, für die neue Version entfernt werden.

Alle Änderungen, Anpassungen, Fehlerbehebungen und Erweiterungen sind in den Releasenotes nachzulesen.

In welcher Version wurde die Methode zur Extrapolation der WSPL verbessert?

In Version 4.1.0 (Oktober 2015). Siehe auch Releasenotes.

Was muss ich tun, um ein altes Modell mit einer neueren Version zu berechnen?

Vorgehen ab Versionen 5.0

Modelle ab der HYDRO_AS-2D Version 3.0 können direkt genutzt werden. Ältere Modelle der Version 2.x (SMS10-Format) müssen vor dem Aufruf der Programme konvertiert werden.

Weiterhin müssen Modelle in die aktuelle Version konvertiert werden, wenn Sie alle neuen Erweiterungen der Einstellungen nutzen möchten. Ein Upgrade kann nur unter Windows durchgeführt werden. Dazu öffnen Sie die 2dm-Datei mit der graphischen Oberfläche. Mit der Funktion „Exportieren“ wird die 2dm-Datei konvertiert und in eine neue Datei geschrieben.

Alternativ können Sie für ein Upgrade auf die aktuelle Version die im HYDRO_AS-Programmverzeichnis bereitgestellte Batch-Datei upgrade2dm<Versionsnummer>.bat. verwenden. Dieser Batch-Datei wird neben die zu konvertierende 2dm-Datei mit dem Namen hydro_as-2d.2dm kopiert und dort ausgeführt. Alle nötigen Konvertierungen werden automatisch ermittelt und durchgeführt. Die ursprüngliche Datei wird unter dem Namen hydro_as-2d_alt.2dm gesichert.

Vorgehen für Versionen 4.x, 3.x, 2.x

Evtl. läuft das alte Modell auch mit einer neueren Version. Dafür gibt es aber keine Garantie. Zwischen manchen Versionswechseln waren Änderungen nötig, die ein Upgrade des alten Modells auf die neue Version zwingend nötig machen, z.B. in Version 4.3.x und 4.4.x. Daher sollte ein Upgrade immer, wie im Folgenden beschrieben durchgeführt werden:

• Öffnen Sie das Verzeichnis mit den Batch-Dateien, mit denen man den Rechenlauf startet. Dort befindet sich auch „upgrade2dm4.x.y.bat“
• Kopieren Sie „upgrade2dm4.x.y.bat“ in das Verzeichnis mit dem alten Modell kopieren.
• Das alte Modell muss hydro_as-2d.2dm heißen, evtl. müssen Sie es umbenennen.
• Führen Sie die kopierte Batch-Datei aus, um das alte Modell zu konvertieren.

Nach dem erfolgreichen Upgrade sind alle Änderungen, z.B. neue Randbedingungen, in SMS sichtbar. Die Versionsnummer des Modells muss „4.x.y“ sein. Weitere Informationen zum Upgrade finden Sie in der IT-Dokumentation zu HYDRO_AS-2D.

Warum kann es Probleme in „upgrade2dm4.x.y.bat“ geben?

Die erste Version von „upgrade2dm4.x.y“, Version 4.1.0 hat evtl. Probleme mit sehr großen Netzen. In den folgenden Versionen tritt dieses Problem nicht mehr auf. Allerdings kann es vorkommen, dass der Pfad zur 2dm-Datei zu lang ist. In dem Fall:

• Die 2dm-Datei und das Skript „upgrade2dm4.x.y.bat“ in einen lokalen Ordner mit kürzerem Namen, z.B. tmp, kopieren.
• Dort das Upgrade durchführen.
• Alles wieder in den Projektordner kopieren.

Wieso wurde der Batch-Job „upgrade2dm4.x.y.bat“ verschoben und wo finde ich ihn jetzt?

„upgrade2dm4.x.y.bat“ liegt seit der Version 4.3.0 in dem Verzeichnis mit den Batch-Jobs, die den Rechenlauf starten. Dadurch soll das Skript leichter gefunden werden. Es ist nicht mehr nötig, in den Ordner Hilfsprogramme/Convert2dm zu wechseln. Den Ordner gibt es dennoch, da die eigentliche Arbeit von den Programmen, die sich dort befinden, durchgeführt wird. Diese Programme werden durch „upgrade2dm4.x.y.bat“ automatisch bei Bedarf aufgerufen. Der Nutzer muss sich darum nicht kümmern.

Weshalb kann ich nicht direkt das Skript Hilfsprogramme/Convert2DM/upgrade2dm.py aufrufen?

Das geht prinzipiell schon, aber dafür muss man die nötigen Eingabeargumente kennen. Wer sich mit Python auskennt, kann das in der Datei nachsehen. „upgrade2dm4.x.y.bat“ übernimmt das Setzen der richtigen Argumente automatisch. Es besteht also im Normalfall kein Bedarf, upgrade2dm.py direkt aufzurufen. Dazu muss „upgrade2dm4.x.y.bat“ neben die zu konvertierende 2dm-Datei kopiert werden, siehe oben (seit HA Version 5 nicht mehr erforderlich).

Wieso reicht es nicht, Hilfsprogramme/Convert2dm/Convert2DM.exe aufzurufen?

Convert2DM.exe führt nur den Wechsel von SMS 10 zu SMS 11 durch, d.h. das Modell bleibt dann bei der HYDRO_AS-2D Version 3.0. Für neuere Versionen von HYDRO_AS-2D sind weitere Änderungen nötig. Es reicht NICHT die neue Vorlagedatei in das Modell zu kopieren. Die Batch-Datei „upgrade2dm4.x.y.bat“ übernimmt alle nötigen Änderungen und ruft auch bei Bedarf Convert2DM.exe vorab auf. Der Nutzer braucht sich darum nicht zu kümmern (seit HA-Version 5 nicht mehr erforderlich).