BASEMENT – Softwareumgebung zur numerischen Modellierung der Hydro- und Morphodynamik in Fließgewässern

Zusammenfassung

Die numerische Modellierung der Fließgewässerdynamik ist sowohl für das wissenschaftliche Prozessverständnis als auch für die Projektplanung in der Ingenieurpraxis von großer Bedeutung. Zu diesem Zweck, und insbesondere abgestimmt auf alpine und subalpine Gegebenheiten, wird die Modellierungssoftware BASEMENT entwickelt und in eine Simulationsumgebung integriert, die vollumfänglich auf freier oder frei verfügbarer Software besteht. BASEMENT ist ein äußerst vielseitiges Simulationswerkzeug, das zur Steigerung der Berechnungseffizienz die Verwendung von Mehrkern- oder Grafikprozessoren unterstützt. Dadurch können Simulationen je nach Fragestellung um ein Vielfaches beschleunigt werden. Die Software besteht im Wesentlichen aus einem 1D- und 2D-Modul, wobei die Hydrodynamik basierend auf den Flachwassergleichungen berechnet wird. Zur Simulation der Morphodynamik wird der Geschiebe- und Suspensionstransport berechnet. Um größere Berechnungsgebiete effizient zu simulieren, lassen sich 1D- und 2D-Teilmodelle auf verschiedene Weise koppeln. Außerdem sind ein Regler zur automatischen Steuerung und ein dreidimensionales Grundwassermodell implementiert. Die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Software werden anhand aktueller Beispiele aufgezeigt. Die stetig wachsende Zahl an Anwendern bestätigt, dass BASEMENT ein nützliches Werkzeug zur effizienten Untersuchung komplexer und umfangreicher Fragestellungen im Fluss- und Wasserbau ist.

Abstract

The numerical modelling of hydro- and morphodynamics in watercourses is of great importance for both the scientific understanding of processes and for design in engineering practice. For this purpose, and especially adapted to alpine and subalpine conditions, the modelling software BASEMENT has been developed and integrated into a simulation environment, which is completely based on freeware or open-source software. BASEMENT is a versatile simulation tool that supports the use of multi-core processors or graphics processing units to increase calculation efficiency. This allows simulations to be accelerated many times over, depending on the problem at hand. The software essentially consists of a 1D and 2D module, whereby the hydrodynamics are calculated based on the shallow water equations. For the simulation of morphodynamics, the bed- and suspended load transport can be calculated. To efficiently simulate larger simulation areas, 1D and 2D submodules can be coupled in different ways. Furthermore, a controller for automatic control and a three-dimensional groundwater model are implemented. The various application possibilities of the software are shown by means of current examples. The steadily growing number of users confirms that BASEMENT is a useful tool for the efficient investigation of complex and extensive questions in river engineering and hydraulic engineering.