Hardwareanforderungen

Hydrotec empfiehlt folgende Rechnerspezifikationen:

Versionen / Kompatibilität

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).

Modellparameter

Wie viele Knoten, Elemente, etc. unterstützt HYDRO_AS-2D maximal?

Für die Vollversion gilt:

Ab der Version 5.1 gibt es keine feste Limitierung mehr. Die Netzgrößen sind praktisch durch den verfügbaren Hauptspeicher limitiert. Faustregel: Für jeweils 1,5 Mio. Modellknoten sollten Sie ca. 2 GB Hauptspeicher bereitstellen.

Bis einschließlich zur Version 5.0 galt:

  • Windows-Version: maximal 3,5 Mio. Knoten
  • Linux-Version: maximal 7 Mio. Knoten Knoten

Weitere Informationen auch bzgl. anderen Lizenzierungsstufen finden Sie in „Kapitel 6 Felddimensionen“ des Benutzerhandbuches.

Wie kann ich HYDRO_AS-2D Meldungen lesen, wenn das Fenster mit der Ausgabe geschlossen wurde?

Beim Ausführen der 2D-Berechnungen über die Batch-Datei werden die Meldungen in die Datei HYDRO_2DM.MEL geschrieben.

Wie kann ich für kleinere Ausgabedateien sorgen?

  • Benutzen Sie XMDF statt der ASCII-Ausgabe. XMDF-Dateien sind deutlichkleiner als ASCII-Dateien. Ferner werden sie auch schneller nach SMS geladen.
  • Lassen Sie die SMS-Ergebnisse seltener rausschreiben: „Zeitintervall SMS“ erhöhen
  • Ab Version 4.3.0 können Sie Ausgabedateien deaktivieren. Dazu löschen Sie in SMS unter „Ein-und Ausgabedateien“ den entsprechenden Dateinamen.

Wie kann ich den internen Berechnungszeitschritt von HYDRO_AS-2D beeinflussen?

Laden Sie die Datei timestep.dat nach SMS. Sie können jetzt auswerten, welche(r) Knoten die kleinen Zeitschritte bedingen. Optimieren Sie das Netz an diesen Stellen.

Sie müssen in jedem Fall im Bereich des Knotens mit dem kleinsten Zeitschritt optimieren. Andere Optimierungen sind nicht zielführend.

Ursachen könnten bespielsweise sein:

  • Sehr kurze Kanten oder kleine Elemente
  • Kurze Kanten über sehr hohen Wasserstiefen
  • Sehr geringer Abstand zwischen Sohle und Kontruktionsunterkante

Warum gibt es unter Material Properties manchmal zusätzlich zum Reiter HYDRO_AS-2D noch weitere Reiter z. B. Niederschläge?

In SMS wird unter den Material Properties ein Reiter angezeigt, sobald ein Modul in den Global Parameters aktiv ist. Standardmäßig ist nur HYDRO_AS-2D aktiv. Man kann aber auch z.B. Niederschläge aktivieren. Dann gibt es den Reiter auch unter den Material Properties, obwohl keine Eingaben möglich sind. Beim Konvertieren auf die Version 4.3.0 wird automatisch HYDRO-AS EIN-/AUSGABEDATEIEN (E/A: Dateiname.dat/.h5) aktiviert. Dadurch erscheint auch dieser Reiter unter den Material Properties ohne Eingabemöglichkeit.

Diese Anzeige bitte einfach ignorieren.

Wieso kann es in der Ausgabedatei wspl.dat/h5 an einzelnen Knoten Werte geben, die größer sind als die Werte für diese Knoten in der Ausgabe wspl_max.dat/h5?

Das ist kein Fehler von HYDRO_AS-2D und liegt an der Extrapolation der WSP-Lagen an der trocken/nass-Grenze. Für die wspl.dat wird die Extrapolation in jedem Zeitschritt auf Grundlage der aktuellen Wassertiefen h durchgeführt, für die wspl_max.dat ist das Maximum über die Zeit der Wassertiefen h_max die Grundlage. Die trocken/nass-Grenzen von h und h_max sind i.d.R. unterschiedlich.

Die Werte, die durch die Extrapolation bestimmt werden, hängen von den WSP-Lagen der umliegenden Knoten ab und können für wspl.dat höher sein als für wspl_max.dat. Zu beachten ist aber, dass diese Knoten immer trocken bleiben. Die WSP-Lagen bleiben immer unter der Sohlhöhe, wenn der Knoten trocken ist. Die Werte sind nur für die Verschneidung mit dem Gelände gedacht und haben weiter keine Bedeutung, wenn sie unter der Geländehöhe liegen.

Wieso ist die Abflussberechnung an meinem Kontrollquerschnitt so ungenau?

Bis zur Version HYDRO_AS-2D 4.4 konnte es zu ungenauen Abflusswerten an einem Kontrollquerschnitt kommen. Ab Version 5.0 tritt dies nicht mehr auf.

Sollten Sie das Problem mit einer entsprechend älteren Version haben, überprüfen Sie Ihr Modell anhand der folgenden Kriterien und verbessern Sie es.

Definition des Kontrollquerschnitts

  1. Ist der Kontrollquerschnitt entlang der Modellkanten definiert?
  2. Liegt der Kontrollquerschnitt senkrecht zur Fließrichtung?
  3. Sind die Kanten des Kontrollquerschnitts ungefähr gleich lang?
  4. Verläuft der Kontrollquerschnitt gerade, ohne Knicke?
  5. Sind angrenzenden Elemente und Kontrollvolumina ungefähr gleich groß?

Umgebung des Kontrollquerschnitts

  1. Sieht das Berechnungsnetz – zumindest in Umgebung des Querschnitts – gleichmäßig und harmonisch aus? (siehe Abbildung)
  2. Liefert die Einstellung Meshquality in den Display Options in SMS gute Ergebnisse?

Simulationsergebnisse

  1. Sind die Wassertiefen und Geschwindigkeiten in Umgebung des Kontrollquerschnitts stabil?
  2. Sind die Geschwindigkeiten realistisch und kleiner als die Maximalgeschwindigkeit?

Tipp: Man kann den Abfluss für einen Arc in SMS aus depth und veloc nachträglich als Flux bestimmen. Dieser entspricht ungefähr dem Abflusswert für den Kontrollquerschnitt. Wenn die Ergebnisse und/oder das Modell ungenau sind, ist auch der Flux ungenau.

Was sind die Auswirkungen von Amin?

Amin setzt die Kontrollvolumen aller Knoten, deren Kontrollvolumen kleiner sind als Amin, auf Amin hoch. In der Berechnung der Wassertiefen und Geschwindigkeiten werden die vergrößerten Kontrollvolumen benutzt. Dadurch entsteht im Modell eine Art Retentionsvolumen. Die Auswirkungen für die gesamte Berechnung sind nicht leicht abzuschätzen, weil die Ergebnisse durch die alten Werte aus dem vorherigen Zeitschritt beeinflusst werden. Tendenziell sinken die Wasserspiegel, wenn viele Kontrollvolumen auf Amin vergrößert werden. Gleichzeitig kann die Rechenzeit kleiner werden. Die Genauigkeit der Ergebnisse ist dann allerdings zu hinterfragen.

In Version 5.2 kann es bei konvertierten Altmodellen mit zu groß gewähltem A-Min-Wert zu Unterschieden in den Modellergebnissen kommen. Grundsätzlich empfehlen wir den A-Min-Wert = 0  bzw. entsprechend der Netzdiskretisierung (kleinstes Kontrollvolumen) zu wählen. Wird ein größerer A-Min-Wert gewählt, sollten unbedingt mittels Vergleichsrechnungen die Neutralität auf die Modellergebnisse geprüft werden.

Warum ist der Standardwert für Amin in der Vorlage 0 und was bedeutet das?

Der Wert 0 für Amin bedeutet, dass alle Kontrollvolumina auf dem Originalwert bleiben und NICHT verändert werden. Das ist die Standard-Einstellung, da Amin vom Modell abhängig eingestellt werden sollte. In älteren Version war der kleinstmögliche Amin-Wert 10E-15, was im Prinzip Null ist. Die Vorlage wurde daher angepasst, so dass auch Null als Wert einstellbar ist.

Wie sollte ein Auslaufrand, der nicht auf dem Netzrand liegt, definiert werden?

Es kann vorkommen, dass innerhalb des Netzes eine Auslaufrandbedingung erforderlich ist. Der Nodestring wird zunächst – wie immer – von links nach rechts in Fließrichtung definiert. Die im Unterwasser des Nodestrings anschließenden Elemente müssen disabled gesetzt oder aus dem Netz entfernt werden! Ansonsten kann es ggfs. zu unplausiblen Auslaufwerten kommen.

In der Abbildung ist eine mögliche Art der Modellierung dargestellt. Falls auch die Umströmung unterbunden werden soll, muss der disabled gesetzte Bereich erweitert werden.

Was muss ich bei der Simulation mit Niederschlag über die Datei source-in.dat beachten?

  1. Handbuch Kapitel 4.2.6.6
  2. Mit der Datei source-in.dat können Effektivniederschläge an jedem Knoten zugewiesen werden. Dabei muss NICHT das Niederschlagsmodul in den Global Parameters aktiviert werden.
  3. In source-in.dat sind allegmein Quell-/Senkterme in mm/h pro Knoten und Zeitschritt definiert. Effektivnierderschlag ist nur ein Anwendungsfall.
  4. Das Format der Datei ist fest vorgegeben. Nur in diesem Format kann die Datei von HYDRO_AS-2D gelesen werden. Wie die Datei korrekt erstellt wird, hängt von den Grundlagendaten ab. Es kann nötig sein, weitere Programme wie ArcGIS Desktop zu verwenden.

Wieso kommt es zum Programmabbruch beim Einlesen der Niederschlagszuordnungsdatei „nodeniederschlag.dat“?

Wenn das Zahlenformat nicht den Anforderungen entspricht, gibt es einen Fehler beim Einlesen.

Die Nummern in der Datei „nodeniederschlag.dat“ müssen als ganze Zahlen dargestellt sein, d.h. 0, 1, 2, usw. Falls beim Export aus SMS Kommazahlen geschrieben werden (0.0, 1.0, 2.0 usw.), müssen die Dezimaltrenner und Nachkommastellen („.0“) gelöscht werden.

Rauheit 1D-Durchlässe (Version 5.4 und Konvertierung von Modellen aus älteren Versionen)

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 „Versionen/Kompatibilität“)

Wird ein Durchlass neu gesetzt, erhält er in Version 5.4 standardmäßig einen kb-Wert von 75 mm. Auf welcher Grundlage wird dieser Wert vergeben?

Absolute hydraulische Rauheit k – Definition

Zur Ermittlung des Widerstandsbeiwerts Lambda muss der Nutzer einen Wert für die „absolute hydraulische Rauheit“ vorgeben. Die Literatur unterscheidet hier unterschiedliche Definitionen:

  • k: äquivalente Rauheit oder technische Rauheit aus Experimenten ermittelt.
  • ks: Sandrauheit aus Nikuradse-Experimenten mit aufgetragener Sandbeschichtung.
  • kb: integrale bzw. betriebliche Rauheit unter Berücksichtigung aller Verluste eines Rohrabschnittes.

Im neuen 1D-Ansatz sind kein Turbulenzansatz oder sonstige Verlustansätze separat enthalten, sodass sämtliche Verluste über den Widerstandsbeiwert und somit über die absolute hydraulische Rauheit abgebildet werden müssen. Als Begriff in der Doku haben wir uns daher für die betriebliche Rauheit kb entschieden.

Wahl Rauheit und Standardwert

Als Standardwert für kb wurde im Vergleich zu Literaturangaben für die absolute Rauheit mit 75 mm ein extrem hoher Wert gewählt. Begründung:

Bei einer glatten Betonwand liegt der kb-Wert bei ca. 0,2- 2 mm (rauer Beton bei ca. 2 – 20 mm) und könnte in Abhängigkeit des Fließzustandes (Freispiegel oder Druckabfluss) Werte im Extremfall von ca. 75 mm erreichen (Hinweis intern: 75 mm sind zurückgerechnet aus kst = 40), wenn eine grobe Kiesschicht als Sedimentauflage aufliegt, die Rohrwand extrem verwittert oder aus geriffeltem Kunststoff besteht, etc. Der Standardwert geht daher vom maximal defensiven Zustand aus.

Ein fester Standardwert für kb ist realistischer als ein fester Abflusskoeffizient, da die Länge des Durchlasses im Abflusskoeffizienten enthalten ist, im kb-Wert aber nicht.

Grundsätzlich ist nach der Definition eines 1D-Elementes der kb-Wert durch den Modellierer zu setzen. Grundlage kann eine Begehung bzw. wird i.d.R. ein Vermessungsbild sein (Material, Sedimentauflage, ggf. Mittelung der Rauheit entsprechend anteiligem benetztem Umfang).
Liegen keinerlei Informationen vor, so kann der Standardwert belassen werden, wenn es sich um ein Bauwerk mit hydraulisch untergeordneter Wirksamkeit handelt.

Hinweis: Ein kb-Wert von 75 mm entspricht einem kst-Wert von 40 m(1/3)/s. Die Umrechnung von kst in kb, die im Handbuch angegeben ist, kann hilfreich sein, eine passende Größenordnung für das jeweilige Modell zu finden.

Wie wird bei der Konvertierung von Netzen auf die Version 5.4 der kb-Wert eines Durchlasses bestimmt?

Bei der Konvertierung von Modellen, die in einer Version bis einschließlich 5.3 vorliegen, wird aus dem angegebenen Abflusskoeffizienten der kb-Wert ermittelt (s. Handbuch in Kapitel 4.5.10.2 „Konvertierung, Simulation von Modellen bis zur Version 5.3“).

Dabei hat die Länge des Nodestrings erheblichen Einfluss auf den resultierenden kb-Wert. Wenn die Länge bei der Bestimmung des Abflusskoeffizient nicht korrekt berücksichtigt wurde oder der Abflusskoeffizient angepasst wurde, um bestimmte Ergebnisse zu produzieren, kann es zu sehr hohen kb-Werten kommen. Diese werden bewusst nicht „abgeschnitten“, um möglichst dieselbe defensive Konstellation des ursprünglichen Modells zu erhalten.
Es wird allerdings eine Warnung ausgegeben, die auf den unplausiblen Wert hinweist. Die resultierenden Werte sind durch den Nutzer zu prüfen und ggf. anzupassen.

Im anderen Fall, wenn der aus der Konvertierung resultierende kb-Wert kleiner als 1,5 mm ist, wird der Wert auf 1,5 mm hochgesetzt, um unplausibel glatte Rohre zu vermeiden.

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.

Werden Ein- und Auslaufverluste bei der Konvertierung doppelt berücksichtigt?

Der in älteren Versionen verwendete Abflusskoeffizient c enthielt bereits Ein- und Auslaufverluste. Aus diesem c wird in Version 5.4 der kb-Wert berechnet. Der kb-Wert bildet also bereits Informationen zu Ein- und Auslaufverlusten mit ab. Bei der Berechnung mit der neuen Version werden aber zusätzlich Ein- und Auslaufverluste mit angegeben. Dadurch kann es dazu kommen, dass die Ein- und Auslaufverluste bei der Konvertierung doppelt berücksichtigt werden.

Das ist bewusst aus den folgenden Gründen so gewählt: Zum einen ist bei der Konvertierung nicht klar, ob die Ein- und Auslaufverluste bewusst im Abflusskoeffizienten berücksichtigt wurden oder nicht. Man hatte bei der Bestimmung des Abflusskoeffizienten die Freiheit, nur die Rauheitsverluste zu betrachten. Zum anderen ist die Simulation durch das Setzen der Standardwerte für die Ein- und Auslaufverluste defensiver.

SMS Anforderungen und Versionen

Welche technischen Anforderungen bestehen für SMS?

Der SMS-Hersteller Aquaveo pflegt ein WIKI zu SMS. Hier finden Sie die technischen Anforderungen

Welche SMS-Version soll ich für HYDRO_AS-2D benutzen?

  • Die von Hydrotec getestete SMS-Version finden sie im SMS Download-Bereich. Andere als die getestete SMS-Version sind u. U. nicht oder nur bedingt geeignet.
  • Hinweis: Die Version 12.3.4 von August 2018 enthält einen Fehler und sollte nicht eingesetzt werden.
    Bei der Speicherung werden Curves gelöscht. Die mit diesen Curves belegten Nodestrings werden mit den verbleibenden Curves überschrieben.
  • Ab HYDRO_AS-2D 3.0 benötigen Sie mindestens SMS 11.
  • Für HYDRO_AS-2D 2.0 benötigen Sie SMS 10.

Können Modelldateien für HYDRO_AS-2D Version 2.x von den neueren Versionen direkt abgearbeitet werden?

  • Das 2DM-Format hat sich von SMS 10 zu SMS 11 – und damit auch von HYDRO_AS-2D 2.x zu HYDRO_AS-2D 3.x verändert.
  • Im HYDRO_AS-2D-Lieferumfang sind jeweils Konverter zur aktuellen Version enthalten.
  • Ein Rückwärtskonverter existiert nicht.

Wie kann ich mit älteren Versionen erstellte Berechnungsnetze in die aktuelle Version konvertieren?

Nutzen Sie ab HYDRO_AS-2D 5.0 die graphische Bedienoberfläche oder wie in früheren Versionen die Batch-Datei (upgrade2dm…bat) im HYDRO_AS-2D Installationsverzeichnis. Weitere Informationen finden Sie unter „Versionen / Kompatibilität“.

SMS Anwendung

Beim Ausführen von Check Mesh in SMS erscheint eine Fehlermeldung

Wenn Sie bei der Konvertierung nicht das im Lieferumfang enthaltene Upgrade-Skript „upgrade2dm4.x.x.bat“ nutzen, werden Zeilen in der 2dm-ASCII-Datei nicht vollständig geschrieben (z. B. ‚BC_VAL S 1 9‘ anstatt ‚BC_VAL S 1 9 2 „“‚). Das führt zu der dargestellten Fehlermeldung.

Verwenden Sie zur Konvertierung daher immer das im Lieferumfang enthaltene Upgrade-Skript „upgrade2dm4.x.x.bat“.

Warum werden in der 2dm-Datei Materialbereiche überschrieben oder neue angelegt (Versionen 11, 12 und 13)?

Bei folgenden Aktionen können in einer 2dm-Datei neue Materialbereiche angelegt oder bestehende überschrieben werden:

  • Laden eines als Area Coverage definierten Map-Files.
  • Zusammenfügen von Netzen mit ungleichen Mat-Bereichen.
  • Ausführen einer Zonal Classification (die Zonen werden in die Mat-Liste übernommen).

Wie kann ich zwei Netze in SMS zusammenfügen?

Seit SMS Version 11.2 können mehrere Netze in eine SMS-Instanz geladen werden.

  • Beide Netze laden
  • Beide Netze selektieren (Hinweis: Seit SMS-Version 12.x muss die Selektion auf die Mesh-Namen beschränkt sein. Man selektiert am Besten mit gedrückter Steuerungstaste und nicht mehr mit der Shift-Taste; siehe Abb.).
  • Rechtsklick auf „Merge 2D Meshes“

Nach dem Speichern und erneuten Öffnen meiner 2dm-Datei ist das Netz scheinbar unbrauchbar oder das Gitternetz in sich verschoben!

Für das Problem gibt es zwei mögliche Ursachen:

  1. SMS-Fehler, der auftreten kann, wenn man die Option Convert „Mesh to Map / Nodestrings to arcs“ benutzt. Der trat bei Tests ab der SMS-Version 12.3.2 nicht mehr auf.
    • Das Netz ist leider nicht zu retten. Man muss auf ein Backup zurück greifen.
  2. Die Anzahl der Nachkommastellen bei wissenschaftlicher Schreibweise der Daten ist zu gering:
    • Menü „Edit“; Menüpunkt „Preferences“ Reiter „Mesh“ aktivieren
    • „2dm precision when exporting“ auf einen geeigneten Wert einstellen (Mit dem Defaultwert 8 ergibt sich z. B. 5,65415555e+006 für den Hochwert 5.654.155,55).

Warum ändern die Nodestrings beim Speichern die Richtung (Version 12.1)?

Beim Abspeichern ändert sich die Richtung von Nodestrings. Das kann bei der Definition von Nodestrings als Durchlässe zu Problemen führen. Dieses Problem tritt nach unseren Erfahrungen ab 12.2 nicht mehr auf.

Wieso wird die Zuflussganglinie mehreren Nodestrings zugeordnet (Versionen 11 und 12)?

Falls man mehrere Nodestrings selektiert und eine Zuflussganglinie definiert, wird im 2dm-File für alle selektierten Nodestrings nur eine Curve gespeichert. Änderungen an einzelnen Nodestrings ändern dann alle betroffenen Nodestrings. Möglicherweise kann das Problem auch bei anderen Aktionen auftreten.

  • Nodestrings einzeln definieren
  • Falls für mehrere Nodestrings nur eine Curve definiert ist, Nodestrings löschen und einzeln neu definieren.
  • In der 2dm-Datei muss für jeden Zulauf eine Curve vorhanden sein.

Kann ich in Windows 8 Daten per Drag and Drop laden?

Ja, allerdings kann es ab Version 12.2 damit zu Problemen kommen, sodass Daten nur über File open geladen werden können.

Wie lassen sich Umlaute in SMS richtig darstellen?

SMS benötigt den ANSI-Zeichensatz. Öffnet man die 2dm-Datei in Notepad, kann man im Menüpunkt „Kodierung“ den gewählten Zeichencode sehen.
Hier stellt man „ANSI“ ein (falls es nicht schon so eingestellt ist). Ist die Darstellungen der Umlaute immer noch kryptisch (z. B. NiederschlxE4ge statt Niederschläge), dann kopiert man den Block mit der Parameterdefinition aus der Vorlage-Datei und überschreibt den entsprechenden Abschnitt in der 2dm-Datei.

Es ist unbedingt darauf zu achten, dass die zum jeweiligen Release gehörende Vorlage genutzt wird.

Wie wird die Anschlagslinie des Wassers ans Gelände ermittelt?

Die Anschlagslinie erhält man, indem man mittels Data Calculator die Differenz aus wspl.dat – Sohle bildet.

Hintergrund ist, dass der wspl.dat-Wert auf die nächstliegende trockene Knotenreihe geschrieben wird. In der Abbildung wird die Situation veranschaulicht. Durch die Differenz wird der Wasserspiegel virtuell unter dem Gelände auf Knoten 1 übertragen. Dadurch kann ein Schnitt zwischen Gelände und Wasserspiegel gefunden werden.

Ein häufiger Fehler ist, dass man bei der Nutzung des Data Calculators die max-Funktion nutzt (max(wspl-sohle;0)). Das Ergebnis ist durch die rot gestrichelte Linie veranschaulicht. Das Überflutungsgebiet wird im Lageplan überschätzt. Die Anschlagslinie wird entlang der Elementkanten verortet.

LASER_AS-2D

Warum gibt es im Ergebnisnetz lokal größere Abweichungen zum Geländemodell, als durch die Höhentoleranz im Parameter „–deltaz“ vorgegeben wurde?

Die Höhentoleranz (Parameter „–deltaz“) gibt einen Schwellenwert für die Markierung von Rasterzellen während der Bruchkantenerkennung an. Sie gibt daher nicht die maximale Abweichung des ausgedünnten Netzes vom digitalen Geländemodell vor.
Im ausgedünnten Netz kann es deshalb immer Bereiche geben, die durch einzelne (meist kleinräumige) Strukturen oder auch Messfehler/Ausreißer im digitalen Geländemodell größere Abweichungen aufweisen. Unsere Tests haben ergeben, dass mit den mitgelieferten Optionsdateien (Q2) und einer Vorgabe von 20 cm im Parameter „–deltaz“ eine Standardabweichung von 5-10 cm erreicht werden kann.

Stofftransport-Modul HYDRO_FT-2D

Was muss ich beachten, wenn ich ein Modul (FT, GS1, GSm, ST, WT) benutzen möchte?

  1. Das Reinwassermodell muss in der passenden Version vorliegen. Z. B. muss für HYDRO_FT-2D 3 auch die Vorlage zu HYDRO_AS-2D 3.2 zur Modellerstellung genutzt werden. Ab Version 4.4.0 haben die Module immer dieselbe Version wie die Reinwasserberechnung.
  2. Ab Version 4.4.0 gibt es keine zusätzlichen Programme für die Module mehr. Die Module sind in der CPU-Version von HYDRO_AS-1STEP (Windows: hydro_as-1step.exe, Linux: hydro_as-1step) enthalten.
  3. Das bedeutet für 4.4.0 (oder folgenden Versionen): Module können NUR mit 1step benuzt werden und NICHT auf der GPU. Das ist KEINE Einschränkung zu vorher. Die älteren Simulationsprogramme benutzen auch nur die 1step-Methode.

Wieso läuft der Präprozessor nicht, wenn ich ein HYDRO_AS-2D Reinwassermodell mit der aktuellen Version erstelle und dann das Modell mit HYDRO_FT-2D Version 3.2 starte?

Weil die FT-Version 3.2 auf der HYDRO_AS-2D Version 3.2. basiert. HYDRO_AS-2D ist nicht abwärtskompatibel. Ein Modell, das mit einer neueren Version erstellt wurde, kann also nicht mit einem älteren Zusatzmodul berechnet werden. Die Module für Feststoff- und Wärmetransport sind ab der Version 4.4.0 immer in der aktuellen HYDRO_AS-2D Version enthalten und über zusätzliche Lizenzen aktivierbar.