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aXqua

Über

aXqua wurde als QGIS-Plugin entwickelt, um numerische Simulationen von Oberflächengewässern mit den Open-Source-Codes TELEMAC und OpenFOAM zu unterstützen. Dieses vibe-codierte Plugin wird auf GitHub gehostet und von Sebastian Schwindt mit Hilfe von Claude Code gepflegt. Für die Installation des QGIS-Plugins ist eine Backend-Installation des aXqua-Codes erforderlich. Für die korrekte Funktionalität sind deshalb bitte unbedingt alle Schritte in den Abschnitten QGIS Plugin und Plugin Setup zu befolgen, einschließlich der Anweisungen zur Vorbereitung von TELEMAC und OpenFOAM sowie von ParaView und Visit DAV für das Postprocessing. Diese Dokumentation wird unter axqua.eu veröffentlicht.

Zweck

Das Erstellen eines numerischen Modells von Hand beinhaltet viele Schritte, in denen Eingabedateien stillschweigend widersprechen können, zum Beispiel eine Randnummerierung, die nicht zum Rechennetz passt, oder eine Rauheitszone, die nicht zum Gelände passt. aXqua leitet alle Eingabedateien aus einer Fallbeschreibung ab, so dass dieselben Eingaben immer dasselbe Modell ergeben. Konkret erstellt, führt und bewertet aXqua standardisierte numerische Simulationen von georeferenzierten freien Oberflächen-Wasserkörpern einschließlich Wasserbauwerke mit den Open-Source-Codes TELEMAC und OpenFOAM. Die Software behandelt jeden Fall als einen Flussabschnitt, der einmal beschrieben wird, von einem digitalen Geländemodell, Ränder, Wandrauheit und Feldmessungen. Sowohl TELEMAC als auch OpenFOAM haben diese eine Beschreibung gelesen, so dass ein tiefgemitteltes zweidimensionales (2D) Modell und ein dreidimensionales (3D) Modell desselben Flussabschnitts auf identischen Eingangsdaten beruhen. Der Workflow umfasst folgende Schritte, die auch darüber entscheiden, ob ein Simulationsergebnis über Netzkonvergenzstudien und Unsicherheitsquantifizierung vertrauenswürdig ist:

  1. Preprocessing konvertiert Geodaten in Rechennetz, Randbedingungen und Eingabedateien (Preprocessing).

  2. Hydraulische Simulationen beginnen mit einem TELEMAC-Lauf auf einer trockenen Flusssohle. Das Ergebnis dient als Ausgangspunkt für 3D-Simulationen mit TELEMAC-3D oder OpenFOAM (Hydraulische Simulationen).

  3. Netzkonvergenzstudien quantifizieren, wie sehr ein Ergebnis von der Netzauflösung abhängt, mit dem Netzkonvergenzindex von Celik et al. (2008) (Netzkonvergenz).

  4. Morphodynamische Simulationen fügen Sedimenttransport und Sohlhöhenänderung hinzu (Morphodynamische Simulationen).

  5. Kalibrierung und Validierung Anpassung unsicherer Modellparameter an Feldmessungen mit einer surrogate-assistierten Bayes-Methode (Oladyshkin et al. 2020) und Meldung der verbleibenden Unsicherheit (Kalibrierung und Validierung) basierend auf dem hydroBayesCal-Projekt.

  6. Postprocessing wandelt Ergebnisse in Karten und Zahlen (Postprocessing) über QGIS, ParaView und Visit DAV um.

aXqua wird über ein QGIS-Plugin betrieben, da die Geodaten eines Flussabschnitts in der Regel bereits in der GIS-Software geöffnet sind. Simulationen werden als unabhängige Jobs außerhalb von QGIS ausgeführt und setzen fort, wenn QGIS geschlossen ist. Jede Funktion ist auch bei Terminal ohne QGIS (Automatisierung & Terminal Nutzung) verfügbar.

Referenzen

Celik, I. B., Ghia, U., Roache, P. J., Freitas, C. J., Coleman, H., and Raad, P. E. (2008). „Procedure for estimation and reporting of uncertainty due to discretization in CFD applications.“ ASME Journal of Fluids Engineering, 130(7), 078001.

Oladyshkin, S., Mohammadi, F., Kroeker, I., and Nowak, W. (2020). „Bayesian3 active learning for the Gaussian process emulator using information theory.“ Entropy, 22(8), 890. doi:10.3390/e22080890