Modellierung verschiedener Grundwasserströmungsprozesse Vortrag im Rahmen der Vorlesungen „Hydrogeologie“ & „Numerische Modellierung von Strömungs- und Transportprozessen“ bei Prof. Dr. rer. nat. M. Koch Claudia Tennie & Malte Pahnke

Übersicht Topodrive Finite-Elemente Programm – PDE-Tool (Lösung des Toddproblems & Einfluss von Pumpversuchen) Analytisches Programm der UIUC Resümee Claudia Tennie & Malte Pahnke

Topodrive Java-Anwendung im Internet 2D-Modell für topographische Grundwasserströmmungsprozesse (Veranschaulichung) Stationäre Simulationen Finite-Elemente-Methode Claudia Tennie & Malte Pahnke

Topodrive Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnis Topodrive - Homogener Untergrund - kf-Wert von 1,0E-4 - n-Wert von 20% - Fließdauer Wasserscheide- Fluss beträgt ca. 58.600 Tage Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnis Topodrive - Homogener Untergrund - kf-Wert von 1,0E-4 - n-Wert von 50% - Fließdauer Wasserscheide- Fluss beträgt ca. 14.960 Tage Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnis Topodrive - Untergrund mit 2 Aquitaten - kf-Wert von 1,0E-4 - n-Wert von 20% - Fließdauer Wasserscheide- Fluss beträgt ca. 121.400 Tage Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnis Topodrive - Untergrund mit 2 Aquitaten - kf-Wert von 1,0 - n-Wert von 20% - Fließdauer Wasserscheide- Fluss beträgt ca. 1.700 Tage Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnis Topodrive - Homogener Untergrund - kf-Wert von 1,0E-4 - n-Wert von 20% - Fließdauer Wasserscheide- Fluss beträgt Kurzwellig: ca. 3.600 Tage Langwellig: ca. 3.600 Tage Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnis Topodrive - Untergrund mit 2 Aquitaten - kf-Wert von 1,0E-4 - n-Wert von 20% - Fließdauer Wasserscheide- Fluss beträgt Kurzwellig: ca. 19.700 Tage Langwellig: ca. 30.700 Tage Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnis Topodrive - Untergrund mit 2 Aquitaten - kf-Wert von 1,0 - n-Wert von 20% - Fließdauer Wasserscheide- Fluss beträgt Kurzwellig: ca. 1 Tag(e) Langwellig: ca. 5 Tag(e) Claudia Tennie & Malte Pahnke

Zusammenfassung Topodrive Fließzeiten (ca. in Tagen) Kennwerte Kf = 1,0E-4 N = 20% Kf = 1,0E-4 N = 50% Kf = 1,0 N = 20% Geradlinige Oberfläche Homogener Untergrund 58.600 149.600 60 2 Aquitards 121.400 198.600 1.700 „Wellige“ Topographie Wellenlänge Kurzw. Langw. 3.600 12.700 1 19.700 30.700 50.200 75.700 5 Claudia Tennie & Malte Pahnke

PDE-Tool einrichten Laplace Gleichung Claudia Tennie & Malte Pahnke

PDE-Tool einrichten RANDWERTPROBLEM Eingabe Systemgrenzen - Neumann Eingabe Topographie - Dirichlet - Undulation h(x) = a*x + b sin (2*Pi/Lamda*x) Claudia Tennie & Malte Pahnke

Vergleich 1 Homogener Untergund PDE-TOOL TOPODRIVE Claudia Tennie & Malte Pahnke

Vergleich 2 „Wellige“ Topographie PDE-TOOL TOPODRIVE Claudia Tennie & Malte Pahnke

Einrichten Pumpe Dirichlet - Gefälle Neumann - Kreis Neumann - horizontale Modellgrenze Claudia Tennie & Malte Pahnke

Einrichten Pumpe Eingabe Rechteck Eingabe Kreis Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnisse PDE Tool OHNE PUMPE -Grundwasserströmung in x-Richtung -Piezometerhöhe nimmt ab von 5 auf 0 m -Erzeugung Regionalströmung -horizontale Grenzen mit Neumann Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnisse PDE Tool u. Pumpe - Implementierung Pumpe - Variable Stärke der Quelle (Q) - Mit steigendem Q nimmt die Piezometerhöhe ab - Bei Q = 2 m³/h kaum Einfluss erkennbar - Bei Q = 100 m³/h vollständige Absenkung der Piezometerhöhe - Trichterbildung Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnisse PDE Tool u. Pumpe Pumpe im ruhenden Gewässer - Trichterbildung schon bei schwachem Pumpenstrom Claudia Tennie & Malte Pahnke

Diskussion Pump & Treat ANNAHMEN: Va= 9*10^-4 m/h (kf=10^-4; I= 5/2000) ERGEBNIS: Qerf.= 9 m³/h XD = 421,41 m Claudia Tennie & Malte Pahnke

UIUC Programm Vf = 0,0009 m/h Porosität = 20 % Q = variabel [m/h] Claudia Tennie & Malte Pahnke

Ergebnisse UIUC Tool - Der Einfluss der Pumpe zeigt ähnliche Charakteristik - Je höher Pumpemstrom desto niedriger die Piezometerhöhen - Trichterbildung - Zusätzliche Visualierung Stromlinien Claudia Tennie & Malte Pahnke

Resümee Wiedererkennung der Ergebnisse bei Nutzung der unterschiedlichen Anwendungen Genaue Vergleiche waren nicht möglich → Unterschiedliche Eingabeabfragungen → Unterschiedliche Ausgabeformate (Pieziometerhöhen/Stromlinien) Vorzugsweise Anwendung: UIUC-Tool Claudia Tennie & Malte Pahnke

Danke für Ihre Aufmerksamkeit Claudia Tennie & Malte Pahnke