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

Modellierung verschiedener Grundwasserströmungsprozesse Vortrag im Rahmen der Vorlesungen Hydrogeologie & Numerische Modellierung von Strömungs- und Transportprozessen

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Modellierung Modellierung verschiedener verschiedener

GrundwasserströmungsprozesseGrundwasserströmungsprozesse

Vortrag im Rahmen der Vorlesungen Vortrag im Rahmen der Vorlesungen „Hydrogeologie“ & „Numerische Modellierung von Strömungs- und „Hydrogeologie“ & „Numerische Modellierung von Strömungs- und

Transportprozessen“ Transportprozessen“ bei Prof. Dr. rer. nat. M. Kochbei Prof. Dr. rer. nat. M. Koch

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

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ÜbersichtÜbersicht

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

TopodriveTopodrive Finite-Elemente Programm – PDE-ToolFinite-Elemente Programm – PDE-Tool

(Lösung des Toddproblems & Einfluss von (Lösung des Toddproblems & Einfluss von Pumpversuchen)Pumpversuchen)

Analytisches Programm der UIUCAnalytisches Programm der UIUC ResümeeResümee

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TopodriveTopodrive

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

Java-Anwendung im InternetJava-Anwendung im Internet

2D-Modell für topographische 2D-Modell für topographische Grundwasserströmmungsprozesse Grundwasserströmmungsprozesse (Veranschaulichung)(Veranschaulichung)

Stationäre SimulationenStationäre Simulationen Finite-Elemente-MethodeFinite-Elemente-Methode

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TopodriveTopodrive

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

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Ergebnis TopodriveErgebnis Topodrive

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

- Homogener Untergrund- Homogener Untergrund

- kf-Wert von 1,0E-4- kf-Wert von 1,0E-4

- n-Wert von 20%- n-Wert von 20%

- Fließdauer Wasserscheide- - Fließdauer Wasserscheide-

Fluss beträgt ca. 58.600 TageFluss beträgt ca. 58.600 Tage

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Ergebnis TopodriveErgebnis Topodrive

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

- Homogener Untergrund- Homogener Untergrund

- kf-Wert von 1,0E-4- kf-Wert von 1,0E-4

- n-Wert von 50%- n-Wert von 50%

- Fließdauer Wasserscheide- - Fließdauer Wasserscheide-

Fluss beträgt ca. 14.960 TageFluss beträgt ca. 14.960 Tage

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Ergebnis TopodriveErgebnis Topodrive

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

- Untergrund mit 2 Aquitaten- Untergrund mit 2 Aquitaten

- kf-Wert von 1,0E-4- kf-Wert von 1,0E-4

- n-Wert von 20%- n-Wert von 20%

- Fließdauer Wasserscheide- - Fließdauer Wasserscheide-

Fluss beträgt ca. 121.400 TageFluss beträgt ca. 121.400 Tage

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Ergebnis TopodriveErgebnis Topodrive

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

- Untergrund mit 2 Aquitaten- Untergrund mit 2 Aquitaten

- kf-Wert von 1,0- kf-Wert von 1,0

- n-Wert von 20%- n-Wert von 20%

- Fließdauer Wasserscheide- - Fließdauer Wasserscheide-

Fluss beträgt ca. 1.700 TageFluss beträgt ca. 1.700 Tage

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Ergebnis TopodriveErgebnis Topodrive

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

- Homogener Untergrund- Homogener Untergrund

- kf-Wert von 1,0E-4- kf-Wert von 1,0E-4

- n-Wert von 20%- n-Wert von 20%

- Fließdauer Wasserscheide- - Fließdauer Wasserscheide-

Fluss beträgt Fluss beträgt

Kurzwellig: ca. 3.600 TageKurzwellig: ca. 3.600 Tage

Langwellig: ca. 3.600 TageLangwellig: ca. 3.600 Tage

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Ergebnis TopodriveErgebnis Topodrive

Claudia Tennie & Malte PahnkeClaudia Tennie & Malte Pahnke

- Untergrund mit 2 Aquitaten- Untergrund mit 2 Aquitaten

- kf-Wert von 1,0E-4- kf-Wert von 1,0E-4

- n-Wert von 20%- n-Wert von 20%

- Fließdauer Wasserscheide- - Fließdauer Wasserscheide-

Fluss beträgt Fluss beträgt

Kurzwellig: ca. 19.700 TageKurzwellig: ca. 19.700 Tage

Langwellig: ca. 30.700 TageLangwellig: ca. 30.700 Tage

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Ergebnis TopodriveErgebnis Topodrive

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- Untergrund mit 2 Aquitaten- Untergrund mit 2 Aquitaten

- kf-Wert von 1,0- kf-Wert von 1,0

- n-Wert von 20%- n-Wert von 20%

- Fließdauer Wasserscheide- - Fließdauer Wasserscheide-

Fluss beträgt Fluss beträgt

Kurzwellig: ca. 1 Tag(e)Kurzwellig: ca. 1 Tag(e)

Langwellig: ca. 5 Tag(e)Langwellig: ca. 5 Tag(e)

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Zusammenfassung TopodriveZusammenfassung Topodrive

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Fließzeiten (ca. in Tagen)Fließzeiten (ca. in Tagen)KennwerteKennwerte Kf = 1,0E-4 N = 20%Kf = 1,0E-4 N = 20% Kf = 1,0E-4 N = 50%Kf = 1,0E-4 N = 50% Kf = 1,0 N = 20%Kf = 1,0 N = 20%

Geradlinige OberflächeGeradlinige Oberfläche

Homogener Homogener UntergrundUntergrund

58.60058.600 149.600149.600 6060

2 Aquitards2 Aquitards 121.400121.400 198.600198.600 1.7001.700

„„Wellige“ TopographieWellige“ Topographie

WellenlängeWellenlänge Kurzw.Kurzw. Langw.Langw. Kurzw.Kurzw. Langw.Langw. Kurzw.Kurzw. LangwLangw..

Homogener Homogener UntergrundUntergrund

3.6003.600 12.70012.700 11

2 Aquitards2 Aquitards 19.70019.700 30.70030.700 50.20050.200 75.70075.700 55 55

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PDE-Tool einrichtenPDE-Tool einrichten

Laplace GleichungLaplace Gleichung

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PDE-Tool einrichtenPDE-Tool einrichten

RANDWERTPROBLEMRANDWERTPROBLEM

Eingabe SystemgrenzenEingabe Systemgrenzen

- Neumann- Neumann

Eingabe TopographieEingabe Topographie

- Dirichlet- Dirichlet

- Undulation- Undulation

h(x) = a*x + b sin (2*Pi/Lamda*x) h(x) = a*x + b sin (2*Pi/Lamda*x)

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Vergleich 1Vergleich 1

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PDE-TOOLPDE-TOOL TOPODRIVE TOPODRIVE

Homogener UntergundHomogener Untergund

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Vergleich 2Vergleich 2

PDE-TOOLPDE-TOOL TOPODRIVE TOPODRIVE

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„„Wellige“ TopographieWellige“ Topographie

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Einrichten PumpeEinrichten Pumpe

DirichletDirichlet

- - GefälleGefälle

r(-1000) = 5r(-1000) = 5

r(+1000) = 0r(+1000) = 0

- Kreis- Kreis

NeumannNeumann

- - horizontale Modellgrenzehorizontale Modellgrenze

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Einrichten PumpeEinrichten Pumpe

Eingabe RechteckEingabe Rechteck

Eingabe KreisEingabe Kreis

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Ergebnisse PDE ToolErgebnisse PDE Tool

OHNE PUMPEOHNE PUMPE

-Grundwasserströmung in x-Richtung-Grundwasserströmung in x-Richtung

-Piezometerhöhe nimmt ab von 5 auf 0 m-Piezometerhöhe nimmt ab von 5 auf 0 m

-Erzeugung Regionalströmung-Erzeugung Regionalströmung

-horizontale Grenzen mit Neumann-horizontale Grenzen mit Neumann

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Ergebnisse PDE Tool u. PumpeErgebnisse PDE Tool u. Pumpe

- Implementierung Pumpe- Implementierung Pumpe

- Variable Stärke der Quelle (Q)- Variable Stärke der Quelle (Q)

- Mit steigendem Q nimmt die - Mit steigendem Q nimmt die Piezometerhöhe abPiezometerhöhe ab

- Bei Q = 2 m³/h kaum Einfluss erkennbar- Bei Q = 2 m³/h kaum Einfluss erkennbar

- Bei Q = 100 m³/h vollständige Absenkung - Bei Q = 100 m³/h vollständige Absenkung der Piezometerhöheder Piezometerhöhe

- Trichterbildung- Trichterbildung

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Ergebnisse PDE Tool u. PumpeErgebnisse PDE Tool u. Pumpe

Pumpe im ruhenden GewässerPumpe im ruhenden Gewässer

- Trichterbildung schon bei schwachem - Trichterbildung schon bei schwachem

PumpenstromPumpenstrom

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Diskussion Pump & TreatDiskussion Pump & Treat

ANNAHMEN:ANNAHMEN:

VVaa= 9*10^-4 m/h= 9*10^-4 m/h

(k(kff=10^-4; I= 5/2000)=10^-4; I= 5/2000)

ERGEBNIS:ERGEBNIS:

QQerferf.= 9 m³/h.= 9 m³/h

XXDD = 421,41 m = 421,41 m

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UIUC ProgrammUIUC Programm

VVf = 0,0009 m/h f = 0,0009 m/h Porosität = 20 %Porosität = 20 % Q = variabel [m/h]Q = variabel [m/h]

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Ergebnisse UIUC Tool Ergebnisse UIUC Tool

- Der Einfluss der Pumpe zeigt - Der Einfluss der Pumpe zeigt

ähnliche Charakteristikähnliche Charakteristik

- Je höher Pumpemstrom- Je höher Pumpemstrom

desto niedriger die Piezometerhöhendesto niedriger die Piezometerhöhen

- Trichterbildung- Trichterbildung

- Zusätzliche Visualierung Stromlinien- Zusätzliche Visualierung Stromlinien

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ResümeeResümee

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Wiedererkennung der Ergebnisse bei Nutzung der Wiedererkennung der Ergebnisse bei Nutzung der unterschiedlichen unterschiedlichen AnwendungenAnwendungen Genaue Vergleiche waren nicht möglichGenaue Vergleiche waren nicht möglich

→ → Unterschiedliche EingabeabfragungenUnterschiedliche Eingabeabfragungen→ → Unterschiedliche Ausgabeformate Unterschiedliche Ausgabeformate

(Pieziometerhöhen/Stromlinien)(Pieziometerhöhen/Stromlinien) Vorzugsweise Anwendung: UIUC-Tool Vorzugsweise Anwendung: UIUC-Tool

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Danke Danke für Ihre für Ihre

AufmerksamkeitAufmerksamkeit

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