KFKI: ELMOD – Modellbildung und Parametrisierung

19 Dezember 2022

Prof. Andreas Malcherek und Dr.-Ing. Ivo Baselt vom Institut für Wasserwesen haben das Projekt "KFKI: ELMOD - Simulation und Analyse der hydrologischen und morphologischen Entwicklung der Tideelbe für den Zeitraum von 2013 bis 2018; Vorhaben: Modellbildung und Parametrisierung" eingeworben.

Laufzeit: 01.11.2022 bis 31.10.2025
Fördereung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Tideästuare wie die Elbe sind hochgradig komplexe Systeme, deren Verhalten durch die unterschiedlichsten Wirkfaktoren beeinflusst werden: Auf der hydrodynamischen Ebene sind hier zunächst einmal die Gezeitenströmungen, Oberwasserzufluss, Wind und Wellen zu nennen. Der Boden und damit die Gestalt des Ästuars und dessen als Morphodynamik bezeichneten Veränderungen werden durch Feststofftransport als Geschiebe und als Schwebstoffe bestimmt. Dabei müssen einerseits die Transporte durch die genannten Strömungsprozesse richtig erfasst werden und zum anderen aber auch die seeseitigen und die aus dem Binnenland kommenden Zuflüsse an Feststoff bekannt sein. Diese Feststofftransportprozesse finden im Wasserkörper statt und ändern dadurch aber auch die Strömungsprozesse selbst, da hochkonzentrierte Suspensionen und Flüssigschlicke anders als reines Wasser fließen. Alle diese als Hydromorphodynamik bezeichneten Prozesse haben einen direkten Einfluss auf den Chemismus und damit die Wasserqualität als auch auf die Biologie des Wasserkörpers.

Um also die Ursachen der in den Jahren 2013-2018 beobachteten Veränderungen zu verstehen, muss man ein Modell erstellen, mit welchem man den Anteil der verschiedenen Einflussfaktoren im System Tideelbe durch Simulationen analysieren kann, bei denen diese dann gezielt Einflussfaktoren variiert werden. Ein solches hydronumerisches Simulationsmodell wäre allerdings zu aufwendig, wenn jeder Prozess auf der Ebene von grundlegenden physikalischen Gesetzen beschrieben werden würde. Daher gilt es bei der Entwicklung solcher Modelle immer, Teilprozesse selbst durch vereinfachte Modelle oder durch sogenannte Parametrisierungen zu beschreiben. Im vorliegenden Teilprojekt 2 wird sich die UniBw im Wesentlichen mit der Neu- und Weiterentwicklung der Modellkomponenten auseinandersetzen. Die UniBw kann dabei vollumfänglich auf das Programmsystem und die Entwicklungsumgebung der BAW zugreifen. Modifikationen des komplexen Zusammen- und Wechselwirkens der Modellansätze können dadurch unmittelbar auf ihre Auswirkungen im Elbemodell getestet werden. Mögliche Modifikationen können alle Programmteile betreffen, insbesondere aber die Ansätze, die den Sedimenttransport bestimmen (Subgrid-Morphodynamik, Wechselwirkung Sinkgeschwindigkeit – Turbulenz, Fluid Mud, Konsolidierung etc.). Modellschließungen sind jedoch stets parameterbehaftet. Hier knüpft die Zusammenarbeit mit TP 3 an.

^{Bild: © gettyimages/Barbara Reichardt}