03.3 Programmsteuerung

Dem Modell und jeder Komponente ist jeweils eine Steuerdatei zugeordnet, die entweder:

  • die Abarbeitung des Modells in den verschiedenen Modellebenen steuern oder
  • der Beschreibung von Datentabellen dienen.

Zur besseren Unterscheidung der verschiedenen Dateien gibt es verschiedene Dateitypen, die sich durch ihre Endungen leicht erkennen lassen.

  1. STEuerdateien mit der Endung .ste
  2. StrukturDefinitionsFiles mit der Endung .sdf

Die Steuerdateien sind aus verschiedenen Informationsblöcken aufgebaut, die nacheinander abgearbeitet werden. Während die Programmsteuerung über die STEeuerdateien erfolgt, wird die Datenstruktur in den StrukturDefinitionsFiles festgelegt (Abbildung 3.3-1).

 

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Abbildung 3.3‑1: Struktur des Projektverzeichnisses

 

Auf die Integration einer Programmoberfläche wurde vorerst verzichtet.

Jede Steuerdatei setzt sich aus einem oder mehreren Anweisungsblöcken zusammen. Jeweils in der ersten Zeile eines Anweisungsblockes befindet sich ein definiertes und damit obligatorisches Schlüsselwort. Ein Block wird über das Dateiende oder mit einer mit „+“ beginnenden Abschlusszeile abgeschlossen, die ebenfalls obligatorisch ist und programmintern zur Ermittlung der Anzahl der Anweisungszeilen verwendet wird.

In der Regel beginnt jede Anweisungszeile mit einem definierten Schlüsselwort. Innerhalb des Programms werden Anweisungen über ihre Schlüsselwörter identifiziert. Wird ein Schlüsselwort nicht gefunden, führt das je nach Anweisung zu einem definierten Programmabbruch oder dazu, dass die zugehörige Anweisung nicht ausgeführt wird. In einigen Steuerdateien wird letzteres genutzt, um gezielt bestimmte Optionen ein- oder auszuschalten, indem vor das Schlüsselwort z.B. ein ‘*’ gesetzt wird, was zur Nichtidentifikation dieses Wortes führt. Schlüsselworte sind weitgehend in Klarschrift verfasst, sie lassen also schon direkt auf den Inhalt der zugehörigen Anweisung schließen. Durch Kommentare, die nach der eigentlichen Anweisung folgen und mit ‘/*’ beginnen, sind weitere Erläuterungen zu den einzelnen Anweisungen direkt in die Steuerdateien integriert, so dass vielfach auf eine ausführliche Erläuterung einzelner Anweisungen verzichtet werden kann. Wichtig ist jedoch der Hinweis, dass als Dezimaltrenner der „.“ in sämtlichen Steuerdateien fungiert.

Das Hauptprogramm ARC_EGMO initialisiert Speicherplatz für die Modellsteuerung und organisiert den Aufruf des abzuarbeitenden Modells. Zu Beginn eines Simulationslaufes wird die Programmsteuerdatei ARC_EGMO.STE (vgl. Abbildung 3.3‑2) ein­ge­le­sen, die sich im aktuellen Verzeichnis bzw. bei der Arbeit unter Windows im Arbeitsverzeichnis befinden muss.

Innerhalb dieser Steuerdatei werden die folgenden Optionen festgelegt:

  • MODELL_VERSION – hier ist über den Modelltyp anzugeben, ob ein Wasserhaushaltsmodell oder ein komplettes Niederschlag-Abfluss-Modell aktiviert werden soll.
  • STARTDATUM, STARTZEIT, ENDDATUM und ENDZEIT[1]legen den Berechnungszeitraum fest. Dieser wird durch die zur Verfügung stehenden meteorologischen Eingangsdaten begrenzt, deren zeitliche Auflösung auch die Berechnungsschrittweite bestimmt.
  • Über PROJEKT wird das Verzeichnis festgelegt, das die projektbezogenen Daten beinhaltet.
  • Unter der Option RAUMBEZUEGE_MODELLIERUNG wird angegeben, auf welche Geometrien
  1. die Klimagrößen in METEOR übertragen werden sollen und
  2. die Modellrechnungen in den einzelnen Modellebenen bezogen werden sollen.

Welche Raumbezüge prinzipiell vom System ArcEGMO unterstützt werden, wird in den Kapiteln 4 und 7 erläutert. Die Festlegung des jeweils zu aktivierenden Raumbezugs muss passfähig zu den Möglichkeiten des aktivierten Moduls sein.

  • Über die Option RAUMBEZUEGE_ERGEBNISSE wird festgelegt, ob eine Ergebnisauswertung für die jeweilige Modellebene stattfindet und auf welche Geometrien die Modellierungsergebnisse aggregiert werden sollen. Derzeit ist eine Ergebnisaggregierung allerdings nur für die Modellebenen METEOR und ABFLUSS-BILDUNG möglich.
  • Mit den dann folgenden Angaben MODUL_MET … MODUL_Q wird festgelegt, welches Modul in jeder Modellebene zu aktivieren ist. Diese Option, die nur in der Entwicklerversion freigeschaltet ist, erlaubt eine relativ freie Generierung eines Gesamtmodells. Die Auswahl des Moduls erfolgt über seinen Namen. Gleichzeitig wird überprüft, ob dieses Modul für den gewählten Raumbezug bei der Modellierung zugelassen ist. Eine Übersicht über die derzeit eingebundenen Module wird in Kapitel 7 gegeben, die Beschreibungen der einzelnen Module erfolgt im Teil II der Programmdokumentation.
  • Über den Eintrag STARTWERTE_AUS_SIMULATION? werden die Systemzustandsvariablen der Modellebenen ABI, RD, GW und Q am Ende der Berechnung in der Datei results\<BERECHNUNGS_VARIANTE>\modell.anf gespeichert. Existiert diese Datei beim Simulationsstart bereits, werden die dort gespeicherten Zustandsvariablen als Startwertbelegung verwendet. Über diese Option wird eine iterative Verbesserung der Anfangswertbelegung ermöglicht. Sind allerdings in der modul.ste (s. Kapitel 7) für das Abflussbildungsmodul auf Grund der meteorologischen Vorgeschichte (s. ABI_MODELL -MET_VORGESCHICHTE) Anfangsspeicherfüllungen gegeben, so werden diese beibehalten. Sollen die aus der Anfangswertdatei verwendet werden, ist das Steuerwort MET_VORGESCHICHTE auszukommentieren.
  • Die BERECHNUNGSVARIANTE erlaubt die Festlegung von Verzeichnissen zur Speicherung der Modellierungsergebnisse und der programmintern ermittelten Parameter. Damit wird eine getrennte Haltung dieser Werte für verschiedene Berechnungsvarianten (unterschiedliche Modellannahmen, Parametersätze etc.) für spätere Vergleiche unterstützt. In diesem Ergebnisverzeichnis wird eine Protokolldatei ARC_EGMO.TXT abgelegt, in der wichtige Steueroptionen, Ergebnisse der Analyse beim Einlesen der Eingangsdaten etc. gespeichert werden. Diese Steuerdatei erlaubt weiterhin bei eventuellen Programmabstürzen Rückschlüsse auf die Ursachen (z.B. Inkonsistenzen in den Raumbezügen).
  • Als KOMMENTAR kann ein beliebiger Text zur Beschreibung der Berechnungsvariante eingegeben werden, der dann in die Protokolldatei übernommen wird und die spätere Rekonstruktion der gewählten Modellannahmen unterstützt.
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MODELL_VERSION       NA_Mod /* NA_Mod oder WH_Mod */
STARTDATUM          15 6 88 /* Tag Monat Jahr */
STARTZEIT               1 0
ENDDATUM           31 12 90 /* Tag Monat Jahr */
*ENDZEIT                1 0
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STARTWERTE_AUS_SIMULATION?  Ja
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PROJEKT                     d:\NA-Modell_ArcEGMO 
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RAUMBEZUEGE_MODELLIERUNG
METEOR                   efl /* EFL, KAS, TG oder GEB */
ABFLUSSBILDUNG           efl /* EFL, KAS, TG oder GEB */
ABFLUSSKONZENTRATION_RD  geb /* KAS, TG oder GEB */
ABFLUSSKONZENTRATION_GW  geb /* FE, KAS, TG oder GEB */
GESAMTABFLUSS            fgw /* FGW, TG oder GEB */
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RAUMBEZUEGE_ERGEBNISSE
METEOR                   efl /* EFL, KAS, TG oder GEB */
ABFLUSSBILDUNG           geb /* EFL, KAS, TG, GEB oder HYD */
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
MODUL_MET                met_mod1 /* met_mod1 */
MODUL_ABI                efl_mod1 /* efl_mod1 SiWaE, EGMO_WH, EGMO_NA */
MODUL_RD                  RD_SIMP /* KINWAVE, RD_SIMP */
MODUL_GW                  EGMO_GW /* EGMO_GW */
MODUL_Q                     q_els /* Q_ELS, FALTUNG */
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
BERECHNUNGS_VARIANTE      test1   /* Ergebnisverzeichnis */
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Kommentar : beliebiger Kommentar zum Simulationslauf etc.
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Abbildung 3.3‑2: Programmsteuerdatei ARC_EGMO.STE

 

So wird in der Hauptsteuerdatei einerseits die Modellversion Niederschlags-Abfluss-Modell (NA_Mod) oder Wasserhaushaltsmodell (WH-Mod) ausgewählt, aber auch der Modellierungszeitraum über Startdatum und Enddatum festgelegt. Dann folgen Verweise auf die Datenbasis (hier z.B. Elementarflächen => EFL) die dann weiter über die Strukturdefinitionsfiles beschrieben werden (Abbildung 3.4-1).

 

 

Speichern der Systemzustandsgrößen zu vorgegebenen Terminen

Über den Eintrag AusgabeZeitpunkte im Block NA_MODELL der modul.ste können Termine angegeben werden, zu denen die Systemzustände des Modells gespeichert werden können. Da diese Systemzustände vorrangig als Startwerte für Einzelereignissimulationen verwendet werden sollen, werden die Daten zu den angegebenen Terminen vor dem Aufruf des Modells geschrieben, sind also Anfangs- und nicht Endwerte für den Termin.

Kleinere Auflösungen als 1 Tag werden nicht unterstützt! D.h. wenn z.B. mit Stundenwerten gerechnet wird, werden die Systemzustände im ersten Zeitschritt des angegebenen Termins vor der Modellabarbeitung geschrieben und beinhalten letztlich den Systemendzustand des vorangegangenen Tages.

NA_MODELL
…
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AusgabeZeitpunkte
31 05 1998
26 08 1998
16 09 1998
17 06 1999
06 07 1999
10 08 1999
14 08 1999
+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

 


[1] Die Endzeit wird nur benötigt, wenn der Berechnungszeitschritt kleiner 24 h ist und der Simulationszeitraum nicht um 24 Uhr endet.

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