Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

DSD-NL 2018 Roosterontwikkeling in D-HYDRO - Tiessen

63 views

Published on

Presentatie door Anke Becker, Meinard Tiessen en Iris Niesten, Deltares, op het D-HYDRO Symposium 2018, tijdens de Deltares Software Dagen - Editie 2018. Woensdag, 6 juni 2018, Delft.

Published in: Software
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

DSD-NL 2018 Roosterontwikkeling in D-HYDRO - Tiessen

  1. 1. Roosterontwikkeling in D-HYDRO Deltares Software Dagen 2018 6 juni 2018 Anke Becker, Menno Genseberger, Julien Groenenboom, Jurjen de Jong, Theo van der Kaaij, Iris Niesten, Meinard Tiessen, Jelmer Veenstra, Remi van der Wijk, Firmijn Zijl
  2. 2. Inleiding - D-HYDRO Suite biedt veel vrijheid en mogelijkheden ten opzichte van curvi-lineaire roosters 2
  3. 3. Inleiding - D-HYDRO Suite biedt veel vrijheid en mogelijkheden ten opzichte van curvi-lineaire roosters - In verschillende pilots zijn (deel van) de mogelijkheden en grenzen onderzocht - Eisen rooster gebaseerd op gewenste toepassing en functionaliteit - Verschillende implementaties en toepassingen voor verschillende gebieden
  4. 4. Inleiding Doel Weerspiegeling geven van verschillende methodes, gedachtes, en aandachtspunten bij het genereren van D-Flow FM rekenroosters - Meren: Markermeer - Rivieren: Rijntakken - Zeeën: Noordzee - Estuaria: Oosterschelde - Open vragen en discussie Wie maakt roosters voor D-HYDRO Suite?
  5. 5. Geïdealiseerde toepassing D-HYDRO Suite Waddenzee 5
  6. 6. Geïdealiseerde toepassing D-HYDRO Suite Mogelijkheden - Langgerekte cellen in snelstromende delen (geen tijdstapbeperking) - Grotendeels geulen volgend - Detaillering mogelijk mbt driehoeken - Uitlijning langs kusten Beperkingen - Veel gebiedskennis en systeeminzicht nodig - Grote variatie in rekencelgrootte: mogelijk invloed op rekentijden - Tijdrovend om op te zetten - Migratie van geulen kan niet worden meegenomen
  7. 7. Meren: Markermeer Vereiste toepassingen rooster: 2D: - Waterstanden - Golfoploop/-overslag - Stroming (2D, ivm golven) 3D (toekomst): - Stofverspreiding (2D en 3D) - Effectstudies ecologie en slib (MER, MIRT) - Mogelijk: Golfmodellering - Geen dominante richting in stroming of bodem - Wens voor grote mate van detaillering kusten en kunstwerken
  8. 8. Markermeer Basisprincipes rooster: - Detail langs kusten en kunstwerken - Om aantal cellen te beperken: Variabele celgrootte Langs kust: 50m, centrale deel 400m, verfijning bij kunstwerken (maar met geleidelijke overgangen) - Door beperkte stroomsnelheden: beperkte mate tijdstapbeperkingen - Volledig driehoekig (oa. tbv golfmodellering) - Geautomatiseerd (waar mogelijk), ahv polygonen 50 m 200 m 400 m
  9. 9. Markermeer Flexibel driehoekig rooster: Verfijning nabij kunstwerken
  10. 10. Markermeer Mogelijkheden - Detaillering langs kusten, kades en kunstwerken - Grove cellen in centrale gebied Beperking rekentijd (door beperking cellen en lage stroomsnelheden) - Geautomatiseerde roosteropzet (ook reproduceerbaar) - Mogelijke toepassing voor UnSWAN Beperkingen - Grote cellen mogelijk nadelig voor stoftransport - Driehoekige cellen leiden mogelijk tot meer numerieke diffusie
  11. 11. Rivieren: Rijntakken Karakteristieken: • Afvoergedreven  dominante stromingsrichting • Stroomsnelheden kunnen hoog zijn • Onderscheid zomerbed / hoofdgeul en uiterwaarden Drie voorbeelden van gemaakte keuzes: • (Niet specifiek: Rooster Zomerbed, want kromlijnig) • Roostervorm in het winterbed • Detail van uitlijning in winterbed • Strategisch plaatsen kleine cellen Stappenplan roosterontwikkeling
  12. 12. Rivieren – Roostervorm in het winterbed Vierhoeken • Minder numerieke diffusie • Groter volume: minder rekentijd • Uitlijning is handwerk Driehoeken bron: Hydrotec Aken, Duitsland • kleine en minder mooie cellen omdat “dwanglijnen” dicht bij elkaar liggen • Geen dominante stroomrichting
  13. 13. Rivieren – Detail van uitlijning Volgen van stroombanen Volgen van belangrijke kades Grensmaas Waal
  14. 14. Rivieren – Strategisch plaatsen kleine cellen Diepe plas Eiland
  15. 15. Roosterontwikkeling Rivieren 15 1. Gebruik polygonen zomerbed (Baseline) voor opzetten kromlijnig rooster takken (semi-geautomatiseerd, Interacter) 2. Koppeling splitsingspunten (handwerk, Interacter) 3. Uitgroeien rooster in uiterwaarden (semi-geautomatiseerd, Interacter) 4. Knopen, snijpunten en overgangen uitwerken (deels handwerk, Interacter)
  16. 16. Rivieren – Strategisch plaatsen kleine cellen Mogelijkheden - Langerekte cellen in snelstromende delen: Korte rekentijd - Weinig rekencellen in uiterwaarden: Korte rekentijd - Grotendeels geulen volgend - Mogelijkheid tot uitlijning langs kades en kunstwerken Beperkingen - Veel gebiedskennis en systeeminzicht nodig - Tijdrovend om op te zetten
  17. 17. Alternatief: rivieren (WSV) spoorlijn volgend regelmatige driehoeken in gebieden zonder “dwanglijnen” zomerbed curvilineair - Zomerbed curvilineair rooster, uitgelijnd aan normaallijnen, zoals in RWS-modellen - Winterbed opgevuld met onregelmatige driehoeken - Goede uitlijning aan belangrijke structuren (zomerdijken, banddijk), daarmee nauwkeuriger - Makkelijker vergroven/verfijnen rooster − Geautomatiseerde roostergeneratie (algorithmes nog niet beschikbaar in RGFGRID) − Echter: Voorgegeven lijnen moeten − ‘Glad’ zijn − Niet te dicht bij elkaar liggen (anders te kleine roostercellen)
  18. 18. Zeeën: Noordzee (DCSM-FM) - Ontwikkeling D-HYDRO rooster op basis van ervaring en gebruik bestaande Noordzeemodellen - Twee schematisaties: - DCSM-FM (0.5 nm) – ensemble voorspellingen en 3D - DCSM-FM (100 m) – deterministisch - 2D en 3D variant (incl. zout en temperatuur) - Toepassingen: Operationale waterstanden (WMCN-KUST, HMC), stroming en transport (waterkwaliteit, ecologie, 3D randvoorwaarden, olieverspreiding, SAR).
  19. 19. DCSM-FM • Courant-rooster • Relatief weinig werk om grid te genereren • Gebruik van beperkt aantal driehoeken voor verfijningen (factor 2) • Enkele handmatige aanpassingen van polygonen (hoge stroomsnelheden t.p.v. resolutieovergang, diepe estuaria) • Gebruikte software: • Interacter • MATLAB Roostergeneratie: • Courant-rooster o.b.v. polygonen 19
  20. 20. DCSM-FM – resolutie naut. miles 4 2 1 0.5 mete r 7200 3600 1800 900
  21. 21. DCSM-FM Fijn – resolutie naut. miles 4 2 1 0.5 0.25 0.12 5 0.06 25 mete r 7200 3600 1800 900 450 200 100 21
  22. 22. Grid optimization and computational times Introducing a partially coarser grid in DCSM-FM (1nm): • Maximum allowed numerical time step increasing from 120s to 200 s • With the upgraded flexible resolution grid and increased time step, the model is 4 times faster • Additional computational time now used for refining shallow area’s (0.5nm and 100m) Model Resolution Comp. time (min/day)* Comp. time (hr/yr)* Avg. time step (s) # nodes DCSMv6 1nm 1.6 10.0 120 859,217 DCSM-FM (1nm ) 4nm-1nm 0.4 2.5 199 373,522 DCSM-FM (0.5nm) 4nm-0.5nm 1.2 7.5 118 629,187 DCSM-FM (100m) 4nm-100m 7.9 48.2 35 1,504,480 Ensemble with 50 members (based on ECMWF EPS) Deterministic forecast (based on ECMWF IFS and Hirlam/Harmonie) *On 20 CPU cores •Substantial improvement in resolution (and predictive skill) compared to the original model •Shorter computational times (for 0.5nm), compared to the original model •Grid not intended to follow coastlines or structures
  23. 23. Estuaria: Oosterschelde D-HYDRO model is nog in ontwikkeling, in pilot geleerde lessen: • Verschillende roosters: • Op basis van 5e generatie WAQUA-model • Deels verdriehoekt (oa. zeegedeelte) • Voorkeur voor driehoekig rooster vanwege wens om: • Kustlijnen te volgen • Uit te lijnen op kunstwerken • Uit ervaring: • Hoge stroomsnelheden i.c.m. kleine cellen rond resolutieovergangen en door onregelmatige cellen  tijdstapsbeperkingen
  24. 24. Oosterschelde Aanpak roostergeneratie: • Regelmatig/uniform driehoekig rekenrooster Zeedeel: 100 m Nabij OSK: 40 m In estuarium: 100 m Langs kust: 50 m • Verfijning en boundary-fitten langs de kust • Uitlijning met belangrijke kunstwerken • Geen resolutieovergang nabij Oosterscheldekering (ivm stroomsnelheidsbeperking rekentijdstap)
  25. 25. Oosterschelde Roostergeneratie • Uitlijning met belangrijke kunstwerken • Geen resolutieovergang nabij Oosterscheldekering
  26. 26. Oosterschelde Methodiek roosteropzet: Efficient en reproduceerbaar door gebruik polygonen: 1. Regelmatig roosters (Matlab) 2. Polygonen voor overgangen (Baseline, Interacter) 3. Aanmaken randroosters en overgangen (RGFGRID) 27
  27. 27. Oosterschelde Methodiek roosteropzet: Efficient en reproduceerbaar door gebruik polygonen: 1. Regelmatig roosters (Matlab) 2. Polygonen voor overgangen (Baseline, Interacter) 3. Aanmaken randroosters en overgangen (RGFGRID) Eigenschappen rooster: • Aantal netnodes: ~93 duizend • Aantal flownodes: ~180 duizend • Resolutie: ~45-50-100m • Gemiddelde tijdstap: 10,6s • Rekentijd: ~1d/jaar (20 partities) 28
  28. 28. Samenvattend • D-HYDRO Suite biedt meer vrijheid dan kromlijnige roosters • Invulling van roosters wordt daarmee flexibeler Noodzaak tot afweging mogelijkheden D-HYDRO Suite voor roostergeneratie • Verschillende gebieden stellen verschillende eisen: • Te beschrijven processen • Eigenschappen gebied (estuarium, rivier, meer, zee) • Gewenste resolutie (lokaal) • Rekentijd • Daarnaast speelt ook ervaring, expertise en de benodigde inspanning en systeemkennis mee in de roosterontwikkeling • Roosterontwikkeling voorlopig met behulp van verschillende software: RGFGRID, Interacter, Matlab, Python, etc.
  29. 29. Discussie Lopend onderzoek (Deltares) - Overgangen tussen gebieden en rooster typen: - Onzekerheid over te gebruiken methode, en mate van nauwkeurigheid - Meren / rivieren, zeeën / estuaria 30
  30. 30. Discussie Lopend onderzoek (Deltares) - Overgangen tussen gebieden en rooster typen: - Onzekerheid over te gebruiken methode, en mate van nauwkeurigheid - Meren / rivieren, zeeën / estuaria - Testen roosters voor bredere toepassingen: Golven (D-Waves met SWAN), transport (3D), morfologie (D-Morphology) - 6de generatie roosters moeten in veel gebieden 3D toepassing niet in de wegstaan - Onzekerheid over toepassing verschillende roostervormen in 3D - Toekomst: Mogelijk koppeling met 1D takken (bijvoorbeeld Biesbosch)
  31. 31. Discussie Eigen ervaringen uit publiek? - Invulling vrijheden D-HYDRO Suite - Afweging belangen en toepassingen - Afweging inspanning en benodigde systeemkennis - Keuzes maken op “overgangspunten” - Roosterontwikkeling: - Makkelijke en moeilijke punten - Wensen voor RGFGRID - Gebruik andere software voor roosterontwikkeling
  32. 32. Einde 33 Vragen?

×