Overvann og urban flom

Historisk bakgrunn

Vårt arbeid med overvann og flomhendelser går tilbake til tidlig 2000-tall og har sitt utspring i matematisk forskning på høyoppløste metoder for hyperbolske bevarings- og balanseringslover, utført av nåværende forskningsleder før han begynte i SINTEF. I 2003 startet vi utforskningen av hvordan grafikkort kunne brukes til å løse partielle differensialligninger. Simulering med grundtvannsligningene var et naturlig utgangspunkt, ettersom de bygger på enkle stensilberegninger med tre komponenter (vannhøyde og bevegelsesmengde i to retninger), som lot seg koble til de tre fargekanalene rød, grønn og blå og manipuleres via shader-teknologi. Dambrudd-scenarier ble brukt som testeksempler, og åpnet samtidig for muligheten til å kombinere simuleringer med avansert grafikk for å lage visuelt engasjerende fremstillinger; se for eksempel Hagen et al. (2007).

Dette førte oss inn i GPU-akselerert simulering av flom forårsaket av dambrudd, i samarbeid med National Center for Computational Hydroscience and Engineering i Mississippi; se Brodtkorb et al. (2012), Sætra (2014) og Sætra et al. (2015), eller se en tidlig animasjon av dambrudd, tsunamier og stormflo. Koden fra dette samarbeidet ble senere tilpasset simulering av urban flom og lisensiert til et anerkjent ingeniørfirma i Storbritannia.

En annen forskningslinje tok utgangspunkt i algoritmer for å identifisere mulige strukturelle feller ved CO₂-lagring, inspirert av naturlige analogier fra nedbørsfeltanalyse. I tråd med vårt mål om å utvikle overførbar kunnskap (og oppmuntret av resultater fra masterstudent Voldsund (2017)), videreutviklet vi disse algoritmene til verktøy for å hjelpe oppstartselskapet Spacemaker med å forutsi urban flom og redusere skadevirkningene av styrtregn. Metoden ble senere integrert i deres produkt, omtalt blant annet på tekna.no og gemini.no (Spacemaker ble senere kjøpt opp og videreutviklet til AutoDesk Forma).

Hva gjør vi?

I dag arbeider vi hovedsakelig langs tre spor:

1. Statisk modellering: Våre metoder for nedbørsfeltanalyse og tilsvarende er reimplementert i programmeringsspråket Julia og optimalisert for å raskt prosessere store terrengområder, i programvaren SWIM.
2. Dynamisk modellering: Vi moderniserer nå vår eldre dambrudd-/flomsimulator og bygger den på nytt i Julia.
3. Integrasjon: En helhetlig analyse krever samspill mellom statiske og dynamiske verktøy, og vi er i ferd med å starte integrasjonen av disse to programvarene.

I tillegg har vi mulighet til å bruke vår GPU Ocean-kode for å studere stormflo som følge av ekstreme værhendelser.