Optimierung

A numerical model calibration should yield a computationally functional, and physically, at least a reasonably accurate model. Model calibration has already been covered in the results analysis section of the steady Telemac2d tutorial. This chapter first provides more tips to increase the physical correctness of a model, especially regarding the conservation of mass, which can sometimes be challenging in Telemac. Additionally, advanced calibration methods that use supervised machine learning to improve physical model accuracy are presented.

Rechenzeit¶

Einige der Schlüsselwörter in der Steuerungsdatei von TELEMAC (*.cas) beeinflussen die Rechengeschwindigkeit.

• Use the ACCURACY and MAXIMUM ITERATION keywords to yield faster convergence.

• Deactivate TIDAL FLATS, even though deactivating tidal flats can not be recommended to yield physically meaningful and stable models.

• Wenn Sie den GMRES-Solver (SOLVER : 7) verwenden, kann die Variation des solver options dazu beitragen, die Gesamtberechnungszeit zu reduzieren.

• Make sure to use the default MATRIX STORAGE : 3 keyword.

• Use an earlier simulation (e.g., with a coarser mesh) to initiate the model with the COMPUTATION CONTINUED : YES and PREVIOUS COMPUTATION FILE : *.slf keywords (see section 4.1.3 in the Telemac2d manual).

Darüber hinaus bietet Telemac2d eine Möglichkeit, eine Simulation (Schritt) zu stoppen, wenn sich die Flüsse stabilisieren. Um diese Funktion zu aktivieren, fügen Sie den folgenden Block in der Steuerungsdatei (*.cas) hinzu:

/ steady state stop criteria in steering.cas
STOP IF A STEADY STATE IS REACHED : YES / default is NO
STOP CRITERIA : 1.E-3;1.E-3;1.E-3 / use list of three values - defaults are 1.E-4

However, stop criteria are not functional for non-stationary flows (e.g., Von Karmàn (1930) vortex street downstream of bridge piers). Read more about the convergence stop criteria in the Telemac2d manual (section 5.1).

Stabilität und physische Korrektheit¶

Genauigkeit¶

Wenn die Genauigkeitsschlüsselwörter falsch definiert sind, kann TELEMAC die Simulation möglicherweise nicht beenden. Stellen Sie in diesem Fall sicher, dass Sie die Genauigkeitsschlüsselwörter kommentieren und TELEMAC die Standardwerte verwenden lassen:

/ SOLVER ACCURACY : 1.E-4
/ ACCURACY FOR DIFFUSION OF TRACERS : 1.E-4
/ ACCURACY OF K : 1.E-6
/ ACCURACY OF EPSILON : 1.E-6
/ ACCURACY OF SPALART-ALLMARAS : 1.E-6

Variable Zeitschritte und CFL-Zahl-Zustand¶

Instabile Simulationen können auftreten, wenn die Bedingung CFL-Zahl unzureichend erfüllt ist. Um sicherzustellen, dass die Bedingung CFL-Zahl eingehalten wird, aktivieren Sie die Berechnung variabler Zeitschritte und verwenden Sie das Schlüsselwort DESIRED COURANT NUMBER (Standardwert 1), zum Beispiel:

TIME STEP : 5
VARIABLE TIME-STEP : YES
DURATION : 5000
DESIRED COURANT NUMBER : 0.9

Beachten Sie, dass der TIME STEP weiterhin erforderlich ist, da der GRAPHIC PRINTOUT PERIOD ein Vielfaches des definierten TIME STEP ist.

Implikationen¶

Um die Modellstabilität zu erhöhen, ändern Sie die folgenden Variablen oder stellen Sie sicher, dass die Variablen in der CAS-Datei in angemessenen Bereichen liegen:

• IMPLICITATION FOR DEPTH sollte zwischen 0.5 und 0.6 liegen.

• IMPLICITATION FOR VELOCITIES sollte zwischen 0.5 und 0.6 liegen.

• IMPLICITATION FOR DIFFUSION sollte 1. oder kleiner sein.

Oberflächenschwingungen (Wiggles)¶

Wenn physisch nicht bedeutungsvolle Gradienten oder Schwingungen an der Wasseroberfläche auftreten oder die Bathymetrie steile Steigungen aufweist, können die folgenden Schlüsselworteinstellungen hilfreich sein:

• FREE SURFACE GRADIENT - default is 1.0, but it can be reduced to 0.1 to achieve stability (nevertheless, start with going incrementally down, such as a value of 0.9).

• DISCRETIZATIONS IN SPACE : 12;11 - uses quasi-bubble spatial discretization with 4-node triangles for velocity.

Restmassenfehler¶

Um Restmassefehler in der Lenkungsdatei zu reduzieren:

CONTINUITY CORRECTION : YES

Divergenz¶

Um Divergenzprobleme zu begrenzen, verwenden Sie die Schlüsselwörter CONTROL OF LIMITS und LIMIT VALUES. Das Schlüsselwort LIMIT VALUES ist eine Liste von 8 Ganzzahlen für minimale und maximale Werte für H, U, V und T (Tracer). Die Implementierung in der Lenkungsdatei sieht so aus:

CONTROL OF LIMITS : YES / default is NO
LIMIT VALUES : -1000;9000;-1000;1000;-1000;1000;-1000;1000 / default mins and max for H, U, V, tracer

Gezeitenflachungen¶

Wetting and drying of grid cells, for instance, during a simulation of dam breaks or flood hydrographs, may lead to model instability. While the Gezeitenflachungen section in the Telemac2d steady modeling tutorial suggests physically and computationally meaningful keyword option combinations, section 16.5 in the Telemac2d manual recommends using the following settings in the steering file as conservative choices from the BAW’s Wesel example.

VELOCITY PROFILES : 4;0
TURBULENCE MODEL : 1
VELOCITY DIFFUSIVITY : 2.
TIDAL FLATS : YES
OPTION FOR THE TREATMENT OF TIDAL FLATS : 1
TREATMENT OF NEGATIVE DEPTHS : 2
FREE SURFACE GRADIENT COMPATIBILITY : 0.9
H CLIPPING : NO
TYPE OF ADVECTION : 1;5
SUPG OPTION : 0;0
TREATMENT OF THE LINEAR SYSTEM : 2
SOLVER : 2
PRECONDITIONING : 2
SOLVER ACCURACY : 1.E-5
CONTINUITY CORRECTION : YES

Diskretisierungsschema¶

The default setting of DISCRETIZATIONS IN SPACE : 11;11 assigns a linear discretization for velocity and water depth, which is computationally fast but potentially unstable (read more in the section on general Telemac2d parameters). To overcome stability issues related to the discretization scheme, consider using DISCRETIZATIONS IN SPACE : 12;11. In addition, setting FREE SURFACE GRADIENT COMPATIBILITY : 0.01 (i.e., close to zero) may aid in troubleshooting stability issues related to the discretization of velocity and depth.

Mehr als maximale Iterationen¶

Dieser Abschnitt wurde von Federica Scolari] mitverfasst.

Eine Simulation kann EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS Warnungen im Terminal drucken:

GRACJG (BIEF) : EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS:    50 RELATIVE PRECISION:  0.7234532E-01
GRACJG (BIEF) : EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS:    50 RELATIVE PRECISION:  NaN
GRACJG (BIEF) : EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS:    50 RELATIVE PRECISION:  NaN
GRACJG (BIEF) : EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS:    50 RELATIVE PRECISION:  NaN
GRACJG (BIEF) : EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS:    50 RELATIVE PRECISION:  NaN
GRACJG (BIEF) : EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS:    50 RELATIVE PRECISION:  NaN
GRACJG (BIEF) : EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS:    50 RELATIVE PRECISION:  NaN

EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS warnings may occur when using SCHEME FOR ADVECTION OF [...] keywords with the values 3, 4, 5, 13, or 14. The reason is that these schemes yield CFL-Zahl conditions of less than 1 by triggering iterative, adaptive timestepping. To troubleshoot EXCEEDING MAXIMUM ITERATIONS warnings, try the following options:

• Verringern Sie den Zeitschritt schrittweise.

• Decrease the solver accuracy (e.g. from 1.E-8 to 1.E-6).

• Use other values for SCHEME FOR ADVECTION OF [...].

• Erhöhen Sie den Schlüsselwortwert MAXIMUM NUMBER OF ITERATIONS FOR SOLVER, überschreiten Sie jedoch nicht 200.

• Change the VELOCITY PROFILE type (read this eBook’s instructions for 2d or 3d).

• Cold starts (i.e., defining initial conditions with the INITIAL CONDITIONS keyword in the steering file) may not converge. Therefore, either

  • den PRESCRIBED FLOWRATES schrittweise erhöhen (oder in einem liquid boundary file), oder

  • create an initial conditions Selafin file, assigning a water depth at the inlet nodes.

Bayessche Kalibrierung¶