Starkregen am Vogelherd UNESCO Welterbe – auf der Jagd nach neuen Simulationsthemen
Da wir uns als Firma auf die Fahnen geschrieben haben, vor dem aktuellen Stand der Technik zu sein, bin ich immer auf der Suche nach neuen Themen, die sich am besten mit Berechnungsthemen verknüpfen lassen, aber auch Emotionen wecken.
Schon vor mehreren Jahren haben wir uns mit dem Thema Beregnung auseinandergesetzt, was wir im Bereich von Fahrzeugen und Fahrzeugkomponenten auch sehr erfolgreich anwenden.
Wie sieht es aber aus, wenn Starkregen über einen längeren Zeitraum fällt und wir noch dazu sehr große Modelle, wie z.B. Gebäudekomplexe oder ganze Landschaften haben?
Was ist aktuell noch rechenbar und wo stoßen wir an Grenzen?
Direkt um die Ecke auf der Schwäbischen Alb haben wir ein bedeutendes UNESCO-Welterbe, die Vogelherdhöhle.
Hier haben die ersten Menschen vor ca. 40.000 Jahren die ersten Kunstwerke der Menschheit geschaffen.
Als förderndes Mitglied des Eiszeitkunstvereins bietet es sich für mich an, eine Berechnungsmethode zu testen, die nicht nur Starkregen in die Höhle spült, sondern auch Besucher in den Archäopark. Denn es ist nicht ganz einfach, eine solche Anlage am Leben zu halten. Das Ganze liegt mir also am Herzen, noch dazu, wo das Mammut bzw. ein vergrößertes Replikat bei mir im Büro wohnt. (Siehe Abbildung 1)
Umso besser, dass Markus und Christoph Steffen vom Landesamt für Denkmalpflege im Regierungspräsidium Stuttgart schon Vorarbeit für uns geleistet haben und das ganze Gelände in und um die Höhle gescannt haben.
Wie die Rohdaten für unsere virtuelle Beregnung aussehen, können Sie sich unter dem folgenden Link anschauen. Sie können dort virtuell durch die Höhle wandern. Einen Screenshot, wie das aussieht, sehen Sie in Abbildung 2.
Das ersetzt aber nicht den Besuch Vorort. Also planen Sie schonmal Ihren Besuch, wenn wir wieder vor die Türe dürfen.
Doch nun zurück zum eigentlichen Thema.
Die ersten Überlegungen, Regen in der Simulation abzubilden, hatten wir bereits vor fast 10 Jahren.
Durch ein Lochblech fallen Wassertropfen in eine Wanne. Das ist wenig spektakulär. Zwischenzeitlich können wir aber problemlos Wasserdurchfahrten von ganzen Fahrzeugen rechnen und mit dem Auto durch eine virtuelle Waschstraße fahren. Nein… sauber wird es dadurch nicht!
Aber eine ganze Landschaft? Das ist schon eine andere Herausforderung, die bereits mit der Geometrie anfängt. Wie kommt man von Laserscan-Daten zu einem rechenbaren Modell?
Mit Defeaturing, d.h. der Unterdrückung von nicht relevanten Bestandteilen, wie z.B. Blätter der Sträuche und Bäume brauchen wir erst gar nicht anfangen. Damit muss unser Rechenprozess zurechtkommen. Gebäude und 3D-CAD-Daten sind dagegen vergleichsweise trivial.
Das nächste Problem sind die Regentropfen. Der betrachtete Ausschnitt der Vogelherdhöhle hat eine Größe von etwa 50 m x 50 m, so ein Regentropfen ist vielleicht 4-8 mm im Durchmesser. Das ist hässlich, vor allem für die Rechenzeiten. Schließlich passiert bei 10 Sekunden Regen nicht sehr viel, 10 Minuten oder länger sollten es schon sein.
Ein Trick kann darin bestehen, wesentlich mehr Tropfen fallen zu lassen und damit einen Zeitraffer ins Modell einzubauen. Aber wie sieht es dann mit der Genauigkeit aus?
Das war der Stand, als wir mit dem Projekt gestartet sind.
Was ist bei unseren Berechnungen jetzt herausgekommen?
Die schlechte Nachricht vorab: Regnen mit 5 mm Tropfen für 10 Minuten können wir vergessen, es ist zwar möglich, sprengt aber unsere Geduld und die Kosten. Hier wäre unser kompletter Cluster aktuell mehrere Monate beschäftigt.
Hier ist der Schmerz, die Frage zu beantworten, ob die Höhlenbewohner nasse Füße bekommen haben, oder nicht, und ob es in die Höhle reingeregnet hat, einfach nicht groß genug. Zumindest bei uns.
Also gehen wir das Thema aus einem wirtschaftlicheren Gesichtspunkt an. Die Frage, was passiert bei einem Dammbruch ???? oberhalb der Vogelherdhöhle?
Diese Frage hat sich vor 40.000 Jahren vermutlich niemand gestellt. Wer hätte auch den Damm bauen sollen und wo und warum?
Aber da wir das rechnen können, haben wir das einfach mal angenommen.
Das Ergebnis sehen Sie in den Videos 2 und 3.
Und nasse Füße hätte es bei diesem Szenario auch gegeben. Mehr als die Hälfte der Höhle wäre unter Wasser gestanden. Ertrunken wäre aber vermutlich niemand.
Wenn wir bei den Ergebnissen und den Bildern sind: Ich bin immer wieder fasziniert, was der Postprozessor von PreonLab alles kann. Da können sich andere Softwareentwickler noch eine Scheibe abschneiden. Danke an Fifty2 für die Bereitstellung der Marketinglizenz und fürs Teilen. ????
Letztendlich haben wir dann die hier gezeigten Ergebnisse mit einer Partikelgröße von 10 cm gerechnet, was für ein Quasi-Kontinuum wie ein Becken voller Wasser in dieser Situation ausreichend ist. Ein bisschen können Sie die Partikelgröße abschätzen, wenn sie sich die Abbildung 5 anschauen.
Je mehr Partikel und je kleiner, desto länger die Rechenzeit. Die Rechenzeiten für ein paar Minuten Realzeit, wo bei einem Dammbruch das meiste passiert, beträgt hier 15 Minuten. Das klingt doch schon viel besser.
3-5 cm-Partikel können wir somit in vernünftigen Rechenzeiten (Tagesbereich) noch simulieren, für die 5 mm Tropfen, ja, da müssen wir gemäß dem Moor´schen Gesetz, nach dem sich alle 18 Monate die Rechenleistung der Computer verdoppelt, leider noch ein paar Jahre warten. Aber was ist das schon im Vergleich zu 40.000Jahren.
Ich freue mich also, Sie demnächst im Archäopark begrüßen zu dürfen.
Und ja, teilen Sie den Blogartikel, vielleicht kann ich damit beitragen, mehr Menschen in den Park zu locken.
Bleiben Sie gelassen und gesund! Es gibt auch eine Welt nach Corona.
Ihr Stefan Merkle
PS: Hier finden Sie die Adresse:
Besuchen Sie die Vogelherd-Höhle in der UNESCO-Welterbestätte „Höhlen und Eiszeitkunst der Schwäbischen Alb“
Archäopark Vogelherd in Niederstotzingen-Stetten
www.archaeopark-vogelherd.de
Ich kann Ihnen versprechen, es lohnt sich!
PPS: nach aktuellen Zahlen ist trotz Corona auch in KW12 die Übersterblichkeit in Europa, auch in Italien nicht gestiegen. Im Gegenteil. Überzeugen Sie sich selbst: https://www.euromomo.eu/
Schon etwas bedenklich, wenn man bedenkt, was für Geschütze aufgefahren werden. Hoffentlich dauert es nicht mehr allzu lange, bis Sie den Archäopark besuchen können.
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