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TU Berlin

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Dr.-Ing. Thomas Breiting

Techniken und Methoden der Hydroinformatik - Modellierung von komplexen Hydrosystemen im Untergrund
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Die Arbeit entstand im Zeitraum 1998 - 2005 am Institut für Computeranwendungen im Bauingenieurwesen, Technische Univeristät Braunschweig und am Lehrstuhl Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung, Fakultät 2: Bau- und
Umweltingenieurwissenschaften, Universität Stuttgart
Tag der wissenschaftl.
Aussprache:
08.07.2005
Betreuer:
Prof. Dr.-Ing. Rainer Helmig, Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing Reinhard Hinkelmann, Technische Universität Berlin
Prof. Dr.-Ing. Olaf Kolditz, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
Veröffentlichung:
Mitteilungsheft Nr. 144, (Promotionsschrift) Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart, 5/2006
Nachfolgender / akuteller Arbeitgeber:
Angestellter der Ingenieurgesellschaft Prof. Kobus und Partner GmbH

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Die Dissertation steht im digitalen Repositorium der Universitätsbibliothek zur Verfügung.

Kurzzusammenfassung

Aufgrund der rapiden Weiterentwicklung von Technologien in unserer heutigen Gesellschaft werden immer weitreichendere Eingriffe in die Natur vorgenommen. Im Zuge eines erhöhten umweltbewusstseins ist es hierbei zunehmend wichtiger, die Auswirkungen dieser Eingriffe vorhersagen und beurteilen zu können. Besonders Hydrosysteme, die u.U. eine großräumige Ausdehnung haben und sensibel auf Veränderungen reagieren, spielen hier eine zentrale Rolle.
Durch den Einsatz von modernen hydroinformatischen Techniken und Methoden können zum Beispiel die Veränderungen von Gas- und Wasserströmungen untersucht werden. Aufgrund der Komplexität und der Vielzahl der zu integrierenden Daten sind leistungsstarke Programme während des gesamten Simulationszyklusses - Präprozess (Zusammenstellen und Vorbereiten der Daten), die eigentliche Simulation und Postprozess (Auswertung und Präsentation der Ergebnisse) - notwendig. Da jedes dieser Programme einen speziellen Bereich abdeckt, ist der Einsatz von mehreren Programmen notwendig und somit ist eine Koppelung dieser Software unumgänglich. Im Rahmen dieser Arbeit werden die einzelnen Modellierungsphasen erläutert und die dazugehörigen Programme exemplarisch vorgestellt. Dabei wird besonders auf die Schnittstellen, welche die Koppelung der einzelnen Anwendungsprogramme ermöglichen, eingegangen. Der Simulationszyklus wird anschließend auf das ingenieurpraktische Beispiel der Methanmigration aus stillgelegten Kohlebergwerken angewendet. Zunächst wird der Einsatz eines CAD-Systems zur Erfassung der 3D-Geometrie des Untergrundes gezeigt.
Anschließend werden die Geometriedaten mit Hilfe eines Konvertierungsprogramms so aufbereitet, dass die Daten von einem Netzgenerator weiter verarbeitet werden können. Des Weiteren wird in der Präprozessphase der Simulation auf das Verwalten von physikalischen Daten mit Hilfe eines Datenbankmanagementsystems eingegangen. Nach der eigentlichen numerischen Simulation werden die komplexen Daten mit Hilfe eines 3DVisualisierungsprogrammes im Rahmen des Postprozesses aufbereitet, präsentiert und ausgewertet.
Da das hier gewählte Anwendungsbeispiel sehr komplex ist, werden zusätzlich die notwendigen ingenieurmäßigen Vereinfachungen aufgezeigt. Um den vollen Funktionsumfang eines Datenbankmanagementsystems besser darstellen zu können, wird als praktisches Beispiel der Internetauftritt eines Großinstituts vorgestellt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die hier vorgestellten 'universell' einsetzbaren Programme zur Modellierung von komplexen Hydrosystemen im Untergrund geeignet sind. Jedoch bietet die Verwendung von kommerziellen, hochspezialisierten Einzelprogrammen den großen Vorteil, dass sie einen auf die jeweilige Fragestellung zugeschnittenen Funktionsumfang besitzen und somit eine einfachere Handhabung ermöglichen. Der Nachteil liegt hier jedoch in den deutlich erhöhten Kosten - und die Problematik der Koppelung unterschiedlicher Programme bleibt weiterhin vorhanden.

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Methanmigrationprozess eines Steinkohlbergwerkes
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Komplexe Systeme
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CAD Modell: Isometrie von allen abgebauten Flözen
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Gasdruckverteilung–Volumen
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