Vorverarbeitung

Die ersten Schritte in der numerischen Modellierung eines Flusses mit TELEMAC bestehen in der Umwandlung eines digitalen Aufzugsmodells (**DEM*) in ein Rechennetz. Diese Anleitung führt durch die Schaffung von:

• Ein QGIS-Projekt zur Erstellung eines Rechennetzes (ähnlich der BASEMENT-Vorverarbeitung).

• Optionally, the mesh generation with the BlueKenue^TM software is featured.

• Ein BlueKenue-Workspace, um Geländeerhöhungen von einem DEM zu interpolieren, einschließlich der Export eines Netzes an das Geometrieformat SELAFIN/SERAFIN (.slf) für Telemac und die Definitionsgrenzkanten.

Am Ende dieses Tutorials haben TELEMAC-Nutzer im Format *.slf ein Rechennetz generiert, das für das Simulations-Tutorial Telemac2d steady bereit ist. Zusätzliche Materialien und Zwischenprodukte werden in der Ergänzung des eBooks bereitgestellt telemacdata repository.

QGIS¶

Neues Projekt erstellen und einrichten¶

Starten Sie QGIS und create a new QGIS project, um mit diesem Tutorial zu beginnen. Wie in der QGIS Tutorial angegeben, wurde für das Projekt ein Koordinatenreferenzsystem (CRS) eingerichtet. Dieses Beispiel verwendet Daten eines Flusses in Bayern (Deutschland, UTM-Zone 33N), was folgendes erfordert CRS:

• Im QGIS Top-Menü gehen Sie zu Projekt*Properties.

• Aktivieren Sie die Registerkarte Koordinatenreferenzsystem.

• Geben Sie UTM zone 33N ein und wählen Sie das Koordinatenreferenzsystem unter Fig. 1: EPSG 32633.

• Klicken Sie auf Apply und OK*.

Beachten Sie, dass sich der Koordinatenreferenzsystem mit TELEMAC von der mit BASEMENT verwendeten unterscheidet, um die Kompatibilität von Geodatenprodukten von QGIS mit BlueKenue zu ermöglichen. Auch die EPSG 32633 ist wegen ihrer geringen Präzision (maximal 2 m) keine große Wahl, aber sie wird den Job für dieses Tutorial tun.

Plugins Dritter¶

Die TELEMAC Tutorials verlassen sich auf das BASEmesh Plugin und das PostTelemac Plugin. Zu diesem Zweck öffnen* den QGIS Plugin Manager (Plugins Menü > *Verwalten und Installieren von Plugins) um das Plugins Fenster (Fig. 2) zu öffnen.

Im Fenster Plugins fügen Sie beide Plugins wie folgt hinzu:

• BASEmesh muss das Plugin-Repository des Entwicklers hinzufügen (mehr Details sind im BASEMENT pre-processing tutorial verfügbar):

  • Gehen Sie zur Registerkarte Einstellungen.

  • Scrollen Sie nach unten (Plugin Repositories Listbox in Fig. 2), klicken Sie auf Add....

  • Geben Sie im Popup-Fenster ein:

    • einen Namen für das neue Projektarchiv, z.B. BASEmesh Plugin Repository;

    • the repository address: https://people.ee.ethz.ch/~basement/qgis_plugins/qgis_plugins.xml.

  • Klicken Sie auf OK. Das neue Repository sollte nun im Listenfeld Plugin Repositories sichtbar sein.

• Installieren Sie das BASEmesh Plugin:

  • Gehen Sie auf die Registerkarte All (immer noch im Plugins-Fenster) und geben Sie im Suchfeld basemesh ein.

  • Finden Sie das newest BASEmesh (d.h. ** Verfügbare Version** >= 2.0.0) Plugin und klicken Sie auf Install Plugin.

• Um den *PostTelemac Plugin Type posttelemac in der Registerkarte All zu installieren und auf Install Plugin* zu klicken.

• Nach der erfolgreichen Installation Close das Plugins Fenster.

Now, the BASEmesh 2 plugin should be available in QGIS’ Plugins menu and the PostTelemac symbol should be visible in QGIS’ menu bar.

Digitales Oberflächenmodell (DOM)¶

This tutorial uses height information that is stored in a DEM. For the QGIS section, preferably use the GeoTIFF DEM with UTM zone 33N as CRS as follows:

• ** Laden Sie das GeoTIFF Digitales Oberflächenmodell (DOM)* herunter und speichern Sie es im gleichen Ordner (/ProjectHome/ oder Unterverzeichnis) wie das oben erstellte qgz-Projekt.

• Fügen Sie die heruntergeladene Digitales Oberflächenmodell (DOM) als neue Rasterschicht in QGIS hinzu:

  • In QGIS’ Browser finden Sie das ProjectHome-Verzeichnis, in dem Sie das Digitales Oberflächenmodell (DOM) tif heruntergeladen haben.

  • Ziehen Sie den Digitales Oberflächenmodell (DOM) tif aus dem ProjectHome Ordner in das QGIS’ *Layer Panel.

• Um später die Abgrenzung bestimmter Regionen des Flussökosystems zu erleichtern, fügen Sie eine satellite imagery basemap (XYZ-Fliese) unter der DEM hinzu und passen Sie die Layer-Symbologie an.

Die *dem-utm33n-Schicht sollte nun im Viewport sichtbar und im *Layers-Panel aufgeführt sein. Rechtsklick auf der *dem-utm33n-Schicht und wählen Zoom zu Layer(s), um die Schicht anzuzeigen.

Alternatively work with a .xyz DEM pointcloud

This tutorial uses later in the section on BlueKenue^TM a *.xyz file as DEM, which was derived from the GeoTIFF using the workflow described in the QGIS tutorial. The *.xyz file can also be used with QGIS and it can be downloaded here. To import the dem.xyz file in QGIS, open the Data Source Manager from the Layer top menu, select Add Layer and Add Delimited Text Layer.... In the opening Data Source Manager window (see Fig. 3) take the following actions:

• Wählen Sie die heruntergeladene dem.xyz Datei im Feld Dateiname aus.

• Im File Format Rahmen stellen Sie sicher, dass Sie Custom-Abgrenzer* auswählen und die Space-Abgrenzerbox überprüfen.

• Im Rahmen Record and Fields Options setzen Sie die Anzahl der Header-Lines auf Disard an 13 und überprüfen Sie die Erste Platte hat Feldnamen Box.

• Im Rahmen Geometry Definition wählen Sie :EndHeader als X-Feld, field_2 als Y-Feld und field_3 als Z-Feld. Wählen Sie Project CRS: ESRI:32633 - WGS 84 / UTM zone 33N als Geometry Koordinatenreferenzsystem.

• Klicken Sie auf Add und Close das Fenster Data Source Manager.

Aktivieren Sie Snapping¶

Es ist wichtig, dass sich die Linien nicht überschneiden, um mehrdeutige oder fehlende Definitionen von Regionen zu vermeiden und sicherzustellen, dass Grenzlinien geschlossen werden. Aktivieren Sie daher Snapping:

• Aktivieren Sie die Snapping Toolbar: View**** Toolbars*******

• Snapping toolbarEnable Snapping

• Ermöglichen Sie Schnappen für

  • Vertex, Segment und Middle of Segments.

  • *Snapping on Intersections.

  • Self Snapping.

Modellgrenzen und Bruch¶

This section resembles the instructions of the BASEMENT pre-processing tutorial to generate an SMS 2dm mesh file. The differences are that the shapefiles for the TELEMAC pre-processing use the UTM zone 33N CRS and that the height (elevation) interpolation needs to be done with the BlueKenue^TM software to generate liquid boundary lines and an *.slf geometry file for TELEMAC. The generation of the SMS 2dm mesh relies on the QGIS BASEmesh plugin and requires drawing a

• Line ShapefileName breaklines.shp, die Modellgrenzen und interne Bruchlinien zwischen Modellregionen mit unterschiedlichen Eigenschaften enthält;

• Line Shapefilename liquid-boundaries.shp, die Modellgrenzen für die Zu- und Abflussbedingungen enthält;

• Point Shapefilename region-pts.shp, die Marker für die Definition von Merkmalen der Modellregionen enthält.

Figure 4 bietet einen Überblick über die zu ziehenden Shapefiles zur Erzeugung eines Qualitätsnetzes mit dem BASEmesh Plugin.

Breaklines und Model Outline¶

The model boundary defines the model extent and can be divided into regions with different characteristics (e.g., roughness values) through breaklines. Breaklines indicate, for instance, channel banks and the riverbed (main channel), and need to be inside the DEM extents. Boundary lines and breaklines are stored in a Line Shapefile that BASEmesh uses to find both model boundaries and internal breaklines between model regions. For this purpose, Erstellen einer Line Shapefile and call it breaklines.shp (Layer > Create Layer > New Shapefile Layer). Click on QGIS’ Layers menu > Create Layer > New Shapefile Layer... (see Fig. 5). Make sure to select EPSG: 32633 - WGS 84 / UTM zone 33N as CRS . Do not add any field.

Starten Sie die Bearbeitung breaklines.shp, indem Sie auf den gelben Stiftklicken und die in Fig. 4 angegebenen Breaklines zeichnen, indem Sie Add Line Feature aktivieren, wobei:

• Die *Grenze des ** Modells links und rechts Grenze:

  • Delineieren Sie die äußeren Grenzen der Flutplaine.

  • Stellen Sie sicher, dass alle Punkte und Zeilen innerhalb der DEM layer sind.

  • Überqueren Sie nicht den Fluss (eingebettet durch die Satellitenbildkarte angezeigt).

  • Finalize* jede Zeile mit Rechtsklick*.

• Die **Breitlinien der linken Bank (LB) und der rechten Bank (RB)*:

  • Zeichnen Sie Linien entlang des benetzten Hauptkanals in der Satelliten-Imagery (Basemap).

  • Achten Sie darauf, dass die Linie perfekt mit den vorkonstruierten Überschwemmungsgrenzlinien übereinstimmt (Snapping ist erforderlich); so müssen die Bruchlinien des Hauptkanals und die Überschwemmungsgrenzlinien die Überschwemmungen ohne Lücke zwischen den Leitungen umschließen.

• Großbritannien:

  • Zeichnen Sie Linien entlang der Kiesbanken, die in der Satellitenbildkarte im Hauptkanal sichtbar sind.

  • Stellen Sie sicher, dass die Linie endet perfekt zusammenfallen (verwenden Sie Schnappen) mit den vorgefertigten Hauptkanalbruchlinien; so müssen die Hauptkanal harte Bruchlinien und die Kiesbankbruchlinien die Kiesbanken ohne Lücke zwischen den Linien umschließen.

• Optional: *Breaklines of block ramps:

  • Finden Sie die groben Blockrampen (abstoßende Gewässer) in der Satellitenbildarchiv-Basiskarte und delineieren Sie sie durch Linien über den benetzten Hauptkanal.

  • Stellen Sie sicher, dass die Linie perfekt mit den Hauptkanalbruchlinien zusammenfällt; so müssen die harten Bruchlinien des Hauptkanals und die Blockrampenbruchlinien die Blockrampen ohne Spalt zwischen den Leitungen umschließen.

Zu richtige Zeichnungsfehler verwenden Sie das Vertex Tool. Schließlich speichern Sie die neuen Zeilen (Angaben von breaklines.shp), indem Sie auf das Save Layer Editssymbol klicken. Stop (Toggle) Editing durch erneutes Klicken auf den gelben Stift Symbol.

Flüssige Bounder¶

The liquid boundaries define where hydraulic conditions, such as a given discharge or stage-discharge relationship, apply at the model inflow (upstream) and outflow (downstream) limits. Thus, a functional river model requires at least one inflow boundary (line) where mass fluxes enter the model and one outflow boundary (line) where mass fluxes leave the model. For this purpose, Erstellen einer Line Shapefile called liquid-boundaries.shp, select EPSG: 32633 - WGS 84 / UTM zone 33N as CRS , and define two text data fields named type and stringdef. Make sure that snapping is still enabled and Toggle (Start) Editing the new liquid-boundaries.shp. Then draw two lines:

• Aktivieren Sie Add Line Feature.

• Zeichnen Sie eine Zuflussgrenze (leichte blaue Linie links von Fig. 4):

  • Zoomen Sie in den Zuflussbereich der Digitales Oberflächenmodell (DOM)-Grenze, wo zwischen** die oben erstellten -Flottplain-Grenzlinien liegen.

  • Beginnen Sie, eine Linie auf einer Bank (oben der folgenden Figur) zu ziehen und zu der anderen Bank zu bewegen, um etwa sieben weitere Punkte über den Fluss zu machen.

  • Der letzte Punkt muss Koincide* mit dem Ende der Floodplain Grenzlinie der anderen Bank sein.

  • Finalize* die Zeile mit einem right-click*, und geben Sie Inflow im *type-Feld und inflow im stringdef-Feld ein.

• Ziehen Sie eine Abflussgrenzlinie (leichte blaue Linie rechts von Fig. 4):

  • Zoomen Sie in den Abflussbereich der Digitales Oberflächenmodell (DOM)-Grenze, wo zwischen** die oben erstellten Flottplain-Grenzlinien liegen.

  • Beginnen Sie, eine Linie auf einer Bank (oben der folgenden Figur) zu ziehen und zu der anderen Bank zu bewegen, um etwa sieben weitere Punkte über den Fluss zu machen.

  • Der letzte Punkt muss Koincide* mit dem Ende der Floodplain Grenzlinie der anderen Bank sein.

  • Finalize* die Zeile mit einem right-click*, und geben Sie Outflow im *type-Feld und outflow im stringdef-Feld ein.

Zu richtige Zeichnungsfehler verwenden Sie das Vertex Tool.

Schließlich speichern Sie die flüssigen Grenzlinien (Angaben von liquid-boundaries.shp), indem Sie auf das Save Layer Editssymbol klicken. Stop (Toggle) Editing durch erneutes Klicken auf den gelben Stift Symbol.

Marken von Region Point¶

Regionspunkt-Marker werden innerhalb von durch Grenzlinien und Bruchlinien definierten Bereichen platziert. Jeder Bereichsmarker (d.h. ein Punkt irgendwo im Bereich) weist beispielsweise eine Materialkennung (MATIDs) und einen maximalen Netzzellenbereich zu. Die MATID ist (derzeit) für TELEMAC (nur BASEMENT) nicht erforderlich, aber die Einträge im Feld *max area bestimmen die Zellgröße der Netzbereiche und haben erhebliche Auswirkungen auf die Qualität und Effizienz der TELEMAC-Simulation. Um regionale Punkte zu zeichnen, create a new point shapefile named raster-points.shp mit folgenden Definitionen (ähnlich Fig. 9 im BASEMENT-Vorverarbeitungs-Tutorial):

• Definieren Sie den Dateinamen als region-points.shp (oder ähnlich)

• Stellen Sie sicher, dass der Geometrietyp *** ist

• Select EPSG: 32633 - WGS 84 / UTM zone 33N as CRS

• Fügen Sie drei Neue Felders hinzu (Zusätzlich zum Standard Integer* Typ ** Feld):

  • max area = Dezimalzahl* (Länge = 10, *Präzision = 3)

  • ****** = ===*************======*****************************************************************************************

  • Typ = Textdaten (** Länge** = 20)

• Klicken Sie auf OK, um die neue Punktformdatei zu erstellen.

Betrachten Sie ** Deaktivieren Sie das Snapping** zum Zeichnen der Region Marker, weil die Punkte nicht mit einer beliebigen Linie übereinstimmen sollten. Dann Toggle (Start) Editing die neue region-points.shp-Datei und aktivieren Add Point Feature*. Zeichnen Sie einen Punkt in jedem Bereich, der von Bruchlinien und (flüssigen) Begrenzungslinien umschlossen wird (siehe die runden und dreieckigen Punkte in Fig. 4). Abhängig vom scheinbaren Flächentyp aus der Satellitenbildarchiv-Basiskarte, ordnen Sie eine der vier in Tab. 1 aufgeführten Regionen an jeden Punkt zu.

Nach dem Zeichnen eines Punktes in jedem geschlossenen Bereich, speichern Sie die Region Punktmarker (Angaben von region-points.shp), indem Sie auf das Save Layer Editssymbol klicken. Stop (Toggle) Editing durch erneutes Klicken auf den gelben Stift Symbol.

Qualität Meshing (.2dm)¶

BASEmesh’s quality mesh tool creates a computationally efficient triangular mesh based on Shewchuk (1996) and within the above-defined model boundaries. The tool associates mesh properties with the regions shapefile, but it does not include elevation data. Thus, after generating a quality mesh in SMS 2dm format, elevation information needs to be added with the BlueKenue^TM software. To generate the quality mesh, open BASEmesh’s QUALITY MESHING tool (QGIS’ Plugins > BASEmesh 2 > QUALITY MESHING). Make the following settings in the popup window (see also Fig. 6):

• Triangulation Zwänge Rahmen:

  • Breaklines = Breaklines* (siehe Modellgrenzen und Bruch)

  • Halten Sie alle anderen Standardeinstellungen.

• Rahmen der Regionen:

  • Aktivieren Sie das Kontrollkästchen Regionen.

  • Regionsmarkerschicht = Regionen-Punkte (siehe Modellgrenzen und Bruch).

  • ** Aktivieren Sie das Kontrollkästchen MATID** und wählen Sie das regions-points formfile’s MATID Feld aus.

  • Aktivieren Sie das Feld Maximale Fläche* und wählen Sie die regions-points formfiles max area Feld aus.

• Mesh-Domainrahmen: Standardeinstellungen beibehalten.

• String Definitionsrahmen:

  • Aktivieren Sie die String Definitionen Checkbox.

  • *String Definitionsschicht = flüssige Grenzen.

  • *String-Definitionen ID-Feld = stringdef.

  • *Aktivieren Sie die Include in 2DM-Knotenstrings (BASEMENT 3) Checkbox.

  • Ignorieren Sie alle BASEMENT 2.8 Optionen.

• Einstellungen Frame: halten Standardeinstellungen.

• Ausgangsrahmen:

  • Klicken Sie auf den Browse... Button und definieren Sie einen Dateinamen 2dm im /ProjectHome/-Verzeichnis, wie prepro-tutorial quality-mesh.2dm.

• Klicken Sie auf die Schaltfläche Run, um das Qualitätsmaschen zu erstellen.

Quality meshing may take a short while. After a successful mesh generation the file prepro-tutorial_quality-mesh-interp.2dm will have been generated and it automatically shows up in QGIS as a single-color surface with 0-0 Bed Elevation. The next section shows the interpolation of elevation data with the BlueKenue^TM software.

Blaue Küche¶

Erste Schritte¶

Dieser Abschnitt enthält die BlueKenue-Software, um Geländeerhöhungen von einer DEM.xyz-Datei auf einem SMS 2dmNetz zu interpolieren, das Netz in das Geometrieformat SELAFIN/SERAFIN (*.slf) für TELEMAC zu exportieren und Grenzlinien zu definieren.

In addition, the Meshing with BlueKenue section explains the mesh generation with BlueKenue^TM, which might be unstable because of program crashes and inflexible for correcting line drawing errors. Still, meshing with BlueKenue^TM might be desirable to create a computational mesh with long triangular cells that approximately follow the river streamlines (i.e., using a channel sub-mesh).

To familiarize with BlueKenue^TM, launch the software (more details in the installation chapter) and locate

• der WorkSpace Browser (links im Fenster),

• den Eintrag Datenelemente im WorkSpace*, in dem Dateiobjekte aufgeführt werden,

• Der Views-Eintrag im WorkSpace*, bei dem ein 2D View (1)-Eintrag standardmäßig erscheint und ein 3D View aus dem Window-Top-Menü > Neue 3D-Ansicht hinzugefügt werden kann.

Sehen Sie sich das *File-Menü an, das Folgendes ermöglicht:

• Create New BlueKenue^TM objects, such as SELAFIN, Conlim Boundary Condition, T3 Mesh Generator, or 2D Interpolator objects.

• Open Dateitypen wie *.slf Geometriedateien oder *.xyzPoint Clouds.

• Import* Dateien wie:

  • ArcView Shapefile (mehr zu shapefiles)

  • SMS 2dm Mesh wie der in der obigen pre-processing with QGISsection erstellte oder

  • a GeoTIFF raster, which will not work with many GeoTIFF rasters in practice because BlueKenue^TM cannot handle Float32 or Float64 data in a GeoTIFF.

The Edit menu enables editing BlueKenue^TM objects, such as lines, point sets, or meshes.

The Tools menu provides routines that can be applied to particular BlueKenue^TM objects or for combining objects. In particular, this tutorial will make use of the Map Objects... tool.

Dateien und Objekte¶

BlueKenue^TM saves every object in software specific file formats and this eBook refers to the following BlueKenue^TM file objects (alphabetic order of file endings):

• *.bc2 Dateien enthalten Conlim Boundary Bedingungen.

• *.cli-Dateien enthalten TELEMAC gebrauchsfertige Randbedingungen und können mit einem *.bc2-Objekt hergestellt werden.

• *.i2s Dateien enthalten geschlossene oder offene Zeilen.

• *.in2-Dateien enthalten 2D-Interpolatoren zur Abbildung von Höhendaten auf einem Mesh.

• *.slf files contain ready-to-use TELEMAC meshes that stem from a BlueKenue^TM SELAFIN object and a *.t3s mesh file.

• *.t3c files contain BlueKenue^TM channel mesh generator objects.

• *.t3m files contain BlueKenue^TM mesh generator objects to create a *.t3s mesh object.

• *.t3s files contain BlueKenue^TM mesh objects that can either be imported (e.g., from an SMS 2dm file) or created with a *.t3m mesh generator.

All files that are created with BlueKenue^TM are based on the ASCII EnSim 1.0 file type standard. The EnSim Core builds on HDF and it is documented in BlueKenue^TM's user manual PDF that comes along with the BlueKenue installer (in BlueKenue^TM press the F1 key to open the manual). Note that understanding the EnSim Core can significantly facilitate troubleshooting structural errors of BlueKenue^TM files.

XYZ Punkte laden¶

Download the provided dem.xyz point cloud that contains EnSim-formatted 3d coordinates of the river ecosystem DEM that will be modelled in this tutorial. The *.xyz file was derived from the GeoTIFF DEM used in the QGIS pre-processing.

To load the dem.xyz file in BlueKenue^TM, open it from the File menu (File > Open...) and take the following actions in the popup window:

• Navigieren Sie in den Download-Ordner.

• Neben dem Dateinamen:-Feld finden Sie das Dateityp-Drop-down-Menü und ** ändern Sie den Standard von Telemac Selafin File (*.slf) an Point Sets (*.pt2, *.xyz, *.pcl)**.

• Klicken Sie auf Öffnen, um den Import abzuschließen.

To verify if the point cloud was correctly imported, drag the new dem (Z) data items to the 2D View (1) entry. Figure 7 shows the imported XYZ point cloud in BlueKenue^TM.

To verify the CRS of the point dataset, right-click on dem (Z), select properties, go to the Spatial tab, and make sure that BlueKenue^TM correctly identified UTM Zone 33 in the Coordinate System frame and WGS 84 as Ellipsoid.

BlueKenue Meshing (Optional)¶

This section features the basic mesh generation with BlueKenue^TM, which also runs smoothly on Linux through the PlayOnLinux app. Additionall, the Baxter tutorial Gifford-Miears & Leon, 2013 provides more details for getting started with BlueKenue along with detailed screenshots.

Zeichnung Modell Boundary (Closed Line)¶

Entscheiden Sie die Modellgrenze (outline) mit einem geschlossenen Zeilenobjekt (siehe auch Fig. 8):

• Create a new Closed Line by clicking on the symbol in the BlueKenue^TM menu.

• Draw die neue geschlossene Linie:

  • Stellen Sie Punkte, indem Sie auf die äußere Ausdehnung der *dem (Z) Schicht im *2D Views (1) Fenster schließen. Stellen Sie sicher, dass kein Punkt außerhalb der Region liegt, in der Erhebungsdaten zur Verfügung stehen (d.h. fest abgrenzen dem (Z)).

• Vervollständigen Sie die geschlossene Linie durch Pressen Esc.

• Nennen Sie beispielsweise die geschlossene Zeile model-outline.

• Skip* Ein neues Attribut eingeben, indem Sie einfach auf OK klicken.

To save the model outline, highlight the new Closed Line object in the WorkSpace browser and click on the disk symbol. Consider creating a new folder called bk-mesh that will contain all BlueKenue^TM objects required for meshing. Thus, save the model outline (Closed Line), for example, as /bk-mesh/model-outline.i2s.

The current state of BlueKenue^TM can be saved in the form of a workspace.ews file (File > Save WorkSpace... > define a name). Saving the workspace requires that all BlueKenue^TM objects are saved on the disk. Optionally, download the meshing-workspace.ews from the supplemental materials repository.

Offene Linien der Kanalbanken zeichnen¶

Ähnlich wie die above-created breaklines in QGIS können die Channel-Banken mit Open Line-Objekten delineiert werden. Dazu erstellen Sie zwei Open Line-Objekte wie folgt:

• Create a new Open Line by clicking on the symbol in the BlueKenue^TM menu.

• Draw die neue offene Linie:

  • Stellen Sie Punkte, indem Sie den blau-grünen Bereichen folgen, wie in Fig. 9 *2D Views (1) Fenster (Flussrichtung von links nach rechts) angegeben.

• Die offene Linie durch Drücken Esc beenden.

• Nennen Sie eine offene Zeile LeftBank und die andere RightBank.

• Skip* Ein neues Attribut angeben:, indem Sie einfach auf OK klicken.

Mesh(es) generieren¶

BlueKenue^TM provides mesh generators for creating regular or unstructured computational grids (meshes). This example features the T3 Channel Mesher to generate a triangular mesh, which involves first creating a channel mesh (sub-mesh) and second generating a compound mesh that embeds the channel sub-mesh in a coarser mesh of the floodplains. To this end, start with creating a new T3 Channel Mesher object (File > New > T3 Channel Mesher). In the popup window set:

• CrossChannelNodeCount an 20 und

• AlongChannelInterval an15.

Klicken Sie auf OK (not Run) um das neue T3 Channel Mesh-Fenster zu schließen. Weiter ziehen und fallen Sie die oben erstellte LeftBank und RightBank Open Line Objekte auf ihren entsprechenden Attributen des new T3 Channel Mesh Objekts im WorkSpace-Browser, wie unter Fig. 10 angegeben. Als nächstes erzeugen Sie das Kanalnetz durch Doppelklick auf das *new T3 Channel Mesh Objekt und klicken Sie auf Run. Um das resultierende Mesh zu visualisieren, ziehen Sie es auf das *2D View (1) Objekt.

Als nächstes wird das Kanalnetz in ein gröberes Hochwassernetz eingebettet, indem ein neues T3 Mesh Generator Objekt (File***********T3 Mesh Generator erstellt wird. Im Popup-Fenster T3 Mesh machen Sie folgende Einstellungen (siehe auch Fig. 11):

• *************** Checkbox.

• Setzen Sie die *Default Edge Länge an 20.

• Halten Sie alle anderen Standardeinstellungen.

• Drücken Sie OK (nicht Run*).

Definieren Sie die Outline (Value) durch Ziehen (siehe auch Fig. 12):

• Das oben erstellte model-outline Objekt auf dem Outline (Value) des *new T3 Mesh und

• Der Kanal Mesh* auf dem SubMeshes Attribut des new T3 Mesh.

Generieren Sie das Compound-Netz durch Doppelklick auf das new T3 Mesh-Objekt und ein einziges Klick auf Run. Bestätigen Sie das Fragefeld (Weiter?**) und drücken Sie OK nach Fertigstellung des Netzgenerators (Done...). Um das resultierende Mesh zu visualisieren, ziehen Sie es auf die **2D View (1).

SELAFIN¶

Open and Import Zutaten¶

Whether the mesh was created with BlueKenue^TM or QGIS (and the BASEmesh plugin), make sure to have now a BlueKenue^TM workspace with only the XYZ point cloud loaded (see the XYZ Punkte laden section). Before a SELAFIN object can be created, the previously created mesh (i.e., either the quality-mesh.2dm or the compound-mesh.t3s) needs to be imported into the WorkSpace in addition to the point cloud. The following instructions show the import and use of the *.2dm file:

• In BlueKenue^TM go to File > Import > SMS 2DM Mesh.

• Im Importfenster navigieren Sie in den Ordner, in dem die *.2dm-Datei lebt, wählen Sie die *.2dm-Datei aus und klicken Sie auf Öffnen.

• Wenn der Reading SMS 2d Mesh File Prozess ist Done..., klicken Sie auf OK.

Ignore warning messages regarding the projection, but make sure that BlueKenue^TM correctly read the mesh coordinates by dragging the imported (or opened) mesh onto the 2D View (1). The BlueKenue^TM window should now look similar to Fig. 13.

SELAFIN Object erstellen¶

With the open dem.xyz and the imported (or opened) mesh, all ingredients required by a BlueKenue^TM SELAFIN object are available. Now, create a new SELAFIN object:

• *********** SLAFIN Objekt...

• Im Popup-Fenster (Properties of:new Selafin) klicken Sie auf **** und ein new Selafin Objekt wird im WorkSpace’s Data Items angezeigt.

• Rechtsklick* auf das neue Selafin Objekt und wählen Sie ** Variable hinzufügen...**

• Nehmen Sie folgende Aktion im Add New SELAFIN Variable Fenster:

  • Wählen Sie im Feld Mesh das oben importierte (oder geöffnete) Netz (z.B. prepro-tutorial_quality-mesh-utm33n.2dm).

  • Im Feld Name* wählen Sie BOTTOM*.

  • Im Feld *Units wählen Sie M (d.h. Meter).

  • Halten Sie alle anderen Standardeinstellungen und klicken Sie auf OK.

• Speichern Sie das neue Selafin-Objekt, indem Sie es im *Data Item Baum des WorkSpace hervorheben und auf die Festplatte symbol klicken. Geben Sie dem Netz einen aussagekräftigen und kurzen Namen wie qgismesh.slf.

2D Interpolator erstellen¶

Ein 2D Interpolator-Objekt ist erforderlich, um Höheninformationen auf das Selafin-Netz abzubilden. Zu diesem Zweck erstellen Sie ein neues 2D Interpolator-Objekt und Kartenansichten auf das BOTTOM-Netz:

• Gehen Sie zu Datei*********2D Interpolator...* und ein neues 2D Interpolator Objekt erscheint im Data Items des WorkSpace.

• Drag dem (Z) (d.h. das oben eröffnete dem.xyz pointcloud) auf das new 2D Interpolator Objekt (roter Pfeil in Fig. 14).

• Highlight (klicken Sie auf) das BOTTOM (Anonymes Attribut) mesh Attribut des oben erstellten SELAFIN-Objekts (z.B. qgismesh)

• Mit dem hervorgehobenen Mesh gehen Sie zum *Tools Top-Menü > Map-Objekt....

• Wählen Sie im Fenster Available Objects den neuen 2D Interpolator* und klicken Sie auf OK.

• Sobald das Processing... fertig ist, klicken Sie auf OK.

• Speichern Sie die letzten Maschen:

  • The BOTTOM mesh is a BlueKenue^TM *.t3s mesh object; to save it, highlight it in the Data Items tree and click on the disk symbol. Then, save the mesh, for instance, as BOTTOM.t3s file.

  • Um das Selafin-Netz in seinem aktuellen Zustand (mit interpolierten Erhebungen) zu speichern, markieren Sie das Selafin-Objekt (z.B. qgismesh) und klicken Sie auf das Disk symbol. Diese Aktion überschreibt die oben genannte *.slf-Datei (klicken Sie *Ja, um es zu bestätigen).

Um zu überprüfen, ob der 2D-Interpolator die Erhebungen auf dem BOTTOM-Netz korrekt interpolierte, ziehen Sie das BOTTOM-Netz auf die 2D-Ansicht (1). Prüfen Sie die Sichtbarkeit von dem (Z) und das importierte (oder geöffnete) Mesh mit einem Rechtsklick auf diese Elemente im 2D View (1) Baum und deselect den Visible-Eintrag. So sollte jetzt nur das höheninterpolierte Netz sichtbar sein, wie unter Fig. 14 angegeben. Wenn die -Interpolation erfolgreich war, wird das Netz in einer Vielzahl von (Regenbogen) Farben angezeigt. Ansonsten *** wenn das Netz vollständig, monoton monochrom (rot) ist, hat die Erhebung interpolation*************** und muss wiederholt werden (das numerische Modell kann ohne Höheninformationen nicht richtig funktionieren).

Allgemeine Geschäftsbedingungen (Conlim - CLI)¶

Conlim Object erstellen¶

TELEMAC muss wissen, wie man die Außenkanten des Modells (mesh) behandelt. Zu diesem Zweck müssen allen Knoten, die den *.slfmesh Umriss darstellen, Randbedingungen zugeordnet werden:

• *********** Boundary Conditions (Conlim )... und ein new 2D Interpolator Objekt erscheint im Data Items des WorkSpace.

• Im geöffneten Popup-Fenster (Available t3s Objects) wählen Sie das oben erstellte BOTTOM Netz (d.h. das Netz mit Höheninformationen) und klicken Sie auf OK. Ein neues *BOTTOM BC Objekt wird im Data Items Baum des WorkSpace auftreten.

• Ziehen Sie das neue BOTTOM BC Objekt auf das 2D View (1), das ** die Beschreibung von Randbedingungstypen* (Details im nächsten Abschnitt) aktivieren wird.

Figure 15 illustriert das neue BOTTOM BC-Objekt in der 2D-Ansicht (1) und gibt an, wo im nächsten Abschnitt vor- und nachgeschaltete Flüssigkeitsgrenzen angewendet werden.

Um ** das neue BOTTOM BC-Objekt** zu speichern, markieren Sie es im Data Items-Baum und klicken Sie auf die Festplatte symbol. Definieren Sie einen Dateinamen wie boundaries.bc2. Durch das Speichern des Objekts übernimmt das BOTTOM BC-Objekt den neuen Dateinamen (z.B. *boundaries).

Definieren von flüssigen Grenzen¶

Der Standardgrenztyp des *boundaries Objekts ist Closed border (wall). Um Massen (d.h. Wasser, Sediment und/oder Tracer) durch das Modell zu ermöglichen, müssen mindestens zwei Öffnungen in die geschlossene Grenze gezogen werden. Dazu müssen mindestens ein Zulauf und eine abfließende offene Grenze für Flüssigkeiten definiert werden. Dieses Tutorial verwendet diese minimale Anzahl an erforderlichen offenen Grenzen (d.h. ein vorgeschalteter Zulauf und eine nachgeschaltete Abflussgrenze), die in Fig. 15 angegeben sind.

Die stromaufwärts liegende (inflow) Flüssigkeitsgrenze stellt eine *Open-Grenze mit verschriebenem Q und H (Entladung und Wassertiefe entsprechend einer stage-discharge relation) mit dem Code 5 5 5 und die nachgeschaltete Abfluss (liquid)-Grenze eine *Open-Grenze mit verschriebenem H mit dem Code 5 4 4 (d.h. verschriebene Wassertiefe) dar. Für eine trockene Initialisierung des Modells sind solche Randbedingungen erforderlich. In der Praxis sollte die stromabwärtige Grenze an einer Messstation liegen, an der eine stage-discharge relation mit historischen Daten kalibriert wurde. Um die durchschnittliche Rauhigkeit von stage-discharge relation zu hinterkalkulieren, werfen Sie einen Blick auf die Python exercise on 1-d hydraulics for solving the Manning-Strickler Formel.

Um die beiden flüssigen Begrenzungslinien zuzuordnen, zoomen Sie in die stromabwärtigen und stromaufwärts gelegenen Regionen unter Fig. 15 und erstellen Sie beide Grenzen wie folgt (Tabzeichen):

Upstream boundary

Downstream boundary

• Zoom in die *upstream-Region, die in Fig. 15 angegeben ist.

• Locate the main channel banks corresponding to the breaklines drawn in QGIS (see above) or BlueKenue^TM (see above).

• Double-click auf einer -Node an einer Bank* des Modellumrisses (unabhängig von welcher Bank), dann hold den Shift-Schlüssel und double-click* auf einer -Node an der anderen Bank, um die Zufluss- (purple)-Linie (siehe Fig. 17) hervorzuheben.

• Rechtsklick* auf der lila Zuflusslinie und wählen Sie Boundary Segment.

• Im Öffnungsfenster (*CONLIM Boundary Segment Editor) ergeben sich folgende Einstellungen:

  • Boundary Name als upstream.

  • Im Feld Boundary Code wählen Sie Open boundary with prescribed Q and H (5 5 5).

  • Halten Sie alle anderen Standardeinstellungen und klicken Sie auf OK.

• Save* das boundaries-Objekt, indem Sie auf die Festplatte symbol klicken und das Überschreiben boundaries.bc2 (d.h. klicken Sie auf Ja) bestätigen.

**Schalten Sie die Downstream-Begrenzungstabelle an, um die Ablaufbedingungen nach Fig. 18 zu definieren.

• Zoomen Sie in die *downstream-Region, die in Fig. 15 angegeben ist.

• Locate the main channel banks corresponding to the breaklines drawn in QGIS (see above) or BlueKenue^TM (see above), which are indicated by the red-dotted lines in Fig. 18.

• Double-click auf einer -Node an einer Bank* des Modellumrisses (unabhängig von welcher Bank), dann hold die Shift-Taste und double-click* auf einer -Node an der anderen Bank, um die Ausflusslinie (purple) hervorzuheben (siehe Fig. 18).

• Rechtsklick auf der lila Abflusslinie und wählen Boundary Segment hinzufügen.

• Im Öffnungsfenster (*CONLIM Boundary Segment Editor) ergeben sich folgende Einstellungen:

  • Boundary Name als downstream.

  • Im Feld Boundary Code wählen Sie Open boundary with prescribed H (5 4 4).

  • Halten Sie alle anderen Standardeinstellungen und klicken Sie auf OK.

• Save* das boundaries-Objekt, indem Sie auf die Festplatte symbol klicken und das Überschreiben boundaries.bc2 (d.h. klicken Sie auf Ja) bestätigen.

Letztlich benötigt TELEMAC eine .cli(Conlim Table), die von

• das -Freunde (LIHBOR)-Eintrag des -Freunde (oder BOTTOM BC)-Objekts im Data Items-Baum und

• Drücken der Festplatte symbol (siehe Fig. 19).

Speichern Sie die Datei Grenzen, zum Beispiel als boundaries.cli.

Die hier erstellten Selafin/Serafin (*.slf) und Randbedingungen (*.cli) Dateien sind die wichtigsten Produkte, die für die Durchführung jeder anderen SELAFIN-basierten TELEMAC Tutorial in diesem eBook benötigt werden. Das steady 2d tutorial ordnet eine konstante Entladung an der vorgeschalteten (Einfluss) und eine konstante Entladung plus konstante Tiefe an den nachgeschalteten (Ausfluss) Grenzen zu. Um eine unruhige Berechnung durchzuführen, können die stetigen Durchflussraten durch eine Textdatei *.qsl ASCII ersetzt werden. Zu diesem Zweck lässt sich die .cli-Datei jederzeit später mit einer Basis text editor einfach anpassen.