Scriptie: Het structureren van de hydrodynamica van het Elbe-estuarium
- Partners
- University of Twente
- Onderzoeker
- Karla Korporaal
Estuaria vervullen cruciale functies, zoals het dienen als scheepvaartroutes die de zee verbinden met havens. Het begrijpen van de complexe hydrodynamica van estuaria is essentieel voor het beheer van deze vitale systemen, vooral bij het plannen van ingrepen of het beoordelen van risico’s en omgaan met kritieke omstandigheden. Numerieke modellen zijn belangrijk gereedschap, om toekomstige situaties te simuleren. Deze hydrodynamische simulaties bieden inzicht in processen, zoals getijdenbewegingen, veranderingen in waterstanden en het beoordelen van de impact van ingrepen. Dit scriptieonderzoek van Karla Korporaal draagt bij aan het verbeteren van de inzet van nummerieke modellen in de complexe wereld van estuariene hydrodynamica met een focus op de gevoeligheid van roosterkeuzes in subgrid gebaseerde nummerieke hydrodynamische modellen op de nauwkeurigheid. Het onderzoek draagt bij aan het ontwikkelen van strategieën voor roosterkeuzes bij het modelleren van estuaria.
De uitdaging
Subgrid technieken zorgen ervoor met een gering verlies aan nauwkeurigheid een lagere resolutie voor het rekenrooster gekozen kan worden. Daarnaast biedt subgrid de mogelijkheid om met gestructureerde roosters te werken, vanwege automatische inundatie binnen een rekencel. Hierdoor hoeft het rooster land-zee grenzen niet te volgen. In dynamische gebieden van een estuarium kan het echter van belang zijn om een hogere resolutie voor het rekenrooster te kiezen. Deze hogere resolutie is in staat de dynamische stroming beter te simuleren, maar zorgen wel voor hogere rekentijden. De balans tussen zo kort mogelijke rekentijden en nauwkeurigheid is een moeilijk evenwicht dat altijd afgewogen moet worden. Door een gestructureerd, niet uniform rooster, middels een quadtree, te gebruiken is het mogelijk om lokaal de resolutie van het rekenrooster te verhogen met een geringe verhoging van rekentijden. De vraag rijst dan echter waar deze lokale verfijningen van het rekenrooster toe te passen.
Onze oplossing
Het onderzoek streefde ernaar om de gevoeligheid van belangrijke modelkeuze bij het toepassen van subgrid methodes in combinatie met gestructureerde niet uniforme roosters in kaart te brengen. Daarbij bleek een goede samenhang tussen de getijrandvoorwaarde en de roosterkeuzes erge belangrijk. Ook werd in kaart gebracht hoe het gebruik van niet uniforme roosters met roosterverfijningen zowel de model nauwkeurigheid als de reken efficiëntie verbeteren. Strategisch geplaatste verfijningen in complexe stroomgebieden, zoals de rivierverbreding en de hoofdvaargeul, kunnen de hydrodynamische resultaten verbeteren. Een lager resolutie rooster kan worden gebruikt in open zeegebieden, mits kritieke gebieden goed verfijnd zijn. Hoewel verfijningen de nauwkeurigheid in specifieke gebieden verbeteren, kunnen ze ook de rekentijd verhogen als het aantal rekenpunten toeneemt. Het vinden van een balans tussen roosterbreedte en verfijningen blijft dus essentieel. Voor het Elbe-estuarium is het verfijnen van de vaargeul cruciaal.
Het resultaat
Het potentieel van gebruik van subgrid technieken in combinatie met gestructureerde niet uniforme roosters voor grootschalige estuariene studies werd bevestigd, omdat het de hydrodynamica van het Elbe-estuarium nauwkeurig vastlegde met afwijkingen van minder dan 10 cm ten opzichte van metingen en door strategische geplaatste verfijningen kan een simulatie van 15 dagen in slechts 5 minuten rekentijd gesimuleerd worden.
Alle cases