Versuch: Simulation des Bruchs der Wohlenseestaumauer

Rückblick vom Mai 2012:

(Video in Full HD auf Anfrage)

Zu Visualisierungszwecken wollte ich den Bruch der Wohlenseestaumauer simulieren. Dabei sollte ein physikalisch möglichst akkurates 3D-Simulationsverfahren eingesetzt werden. Inspiriert von den Dammbruch- und Tsunami-Simulationen des CSIRO Mathematics, Informatics and Statistics, Melbourne Australien wollte ich dazu Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) einsetzen.

Das Vorhaben erwies sich als einige Nummern zu gross für meine Software-, Hardware- und Freizeit- Ausstattung. Nichtsdestotrotz sei hier das vorläufige Zwischenergebnis meiner Versuche gezeigt.

Es handelt sich um ein Partikelsystem mit 200’000 Partikeln, emmittiert in einem Seevolumenkörper mit Beruhigungsphase vor der eigentlichen Simulation. Der reale Wohlensee fasst ca. 20 Millionen Kubikmeter Wasser, ein Partikel steht also für 100 Kubikmeter Wasser, oder einen Flüssigkeitswürfel mit 4.6 Meter Kantenlänge. Somit ist schnell ersichtlich, dass die Simulation noch um mehrere Grössenordnungen zu grob ist, um irgendwelche Aussagen zur Fluthöhe oder Wellenbildung zu machen (ganz abgesehen von all den anderen physischen Modellierungsproblemen).

Die Simulation erfolgt in einem Geländehöhenmodell, welches die Höhenkurven DHM25 der swisstopo mittels „simulierter Erosion“ (auch so eine selbstgebastelte Idee) auf 5m-Maschenweite interpoliert. Das Flussbett wurde nachträglich eingeprägt, weil es im Gegensatz zum Seegrund im Höhenmodell fehlt.

Leider fehlt das Hindernis des AKW Mühleberg, das simulierte Wasser fliesst also ungehindert durch die Gebäude durch.

Berechnet und visualiert wurde der Versuch mit der Open Source Software Blender und eigenen Skripten.

Die reine SPH-Berechnung (Bake) dauerte 49 Stunden und 10 Minuten auf einer Achtkern-2.8GHz Workstation mit 24 Gigabyte RAM. Sowohl CPU, wie auch RAM waren praktisch voll ausgelastet.

Das aufgezeichnete Partikelsystem hat 127 Gigabyte Umfang (komprimiert).

Das Video zeigt ungefähr doppelte Realgeschwindigkeit, wobei vorauseilende Ausreisserpartikel nicht zu beachten sind. Sofortiger Bruch, Flutbereich und Ablauf sind grob gemäss den Angaben im EKKM Sicherheitsbericht, Seite 149ff. geeicht. Die Regenbogenfarbe der Partikel zeigt deren Geschwindigkeit.

Die Profis von der Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW) verwenden übrigens nach wie vor physische Miniaturen mit richtigem Wasser und ansonsten 2D-Computermodelle.

Hinweis zum Rückblick: die Simulationsberechnung stammt vom Januar 2011, die Kameraführung und das Videorendering wurden jedoch nachträglich erstellt.