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Wolfgang Kinzelbach; Randolf Rausch:

Grundwassermodellierung

Eine Einführung mit Übungen

1995. VIII, 283 Seiten, 223 Abbildungen, 15 Tabellen, 2 Disketten, 17x24cm, 920 g
Language: Deutsch

ISBN 978-3-443-01032-4, gebunden, price: 49.40 €

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Keywords

hydrogeologygroundwater flowmodelling

Contents

Beschreibung Deutsch (Prospekt) top ↑

Numerische Modelle für Strömungs- und Transportvorgänge im Grundwasser sind zu einem unverzichtbaren Werkzeug von Hydrogeologen, Bauingenieuren und Umweltwissenschaftlern geworden. Durch die rasche Entwicklung der Computertechnologie ist es heute möglich, auch sehr komplexe Fragestellungen mit dem PC zu bearbeiten.
Das Buch wendet sich an alle, die die Grundprinzipien der Grundwassermodellierung kennenlernen und praktische Erfahrungen damit sammeln möchten. Die hier geschilderten Methoden sind in zahlreichen Lehrgängen über Grundwassermodellierung erprobt worden, die beide Autoren seit vielen Jahren regelmäßig abhalten. Das Buch eignet sich daher sowohl als einführendes Lehrbuch als auch zum Selbststudium.
Ausgehend von den theoretischen Grundlagen werden 27 Beispiele ausführlich besprochen und gelöst, die neben den wichtigsten Techniken der Modellierung auch grundlegende Phänomene der Grundwasserhydraulik erklären. Mit der dem Buch auf Disketten beigefügten Software ASM können Leserinnen und Leser alle Beispiele auf einem PC (ab MS-DOS 3.3., 286 AT) selbst lösen.
Durch Variation der Diskretisierung, der Parameter, der Randbedingungen und eventuell der Fragestellungen wird der Leser im Umgang mit Modellen vertraut werden und ein Gefühl für Grundwasserströmungen und die Reaktionen eines Modells auf unterschiedliche Eingabengewinnen.
ASM ist ein vollständiges zweidimensionales Grundwassermodell für Strömung und Transport, das weltweite Verbreitung gefunden hat und unabhängig vom Text auch als professionelles Werkzeug eingesetzt werden kann. Die Programmdokumentation mit einem Einführungsbeispiel ist als eigenes Kapitel in dem Buch enthalten.
Wir wünschen Leserinnen und Lesern, daß sie beim eigenen Arbeiten mit dem Computer die Hemmschwelle im Umgang mit Modellen überwinden, die Möglichkeiten des Werkzeugs ohne Überschätzung erfahren und schließlich genausoviel Spaß am Modellieren finden wie die Verfasser.
Interessenten: Das Buch bietet Geologen und Hydrogeologen, Bauingenieuren und Umweltwissenschaftlern eine ausgezeichnete, praxisnahe Einführung in die Grundwassermodellierung.

English Description (Prospectus) top ↑

Numerical models of groundwater flow and associated transport processes have become valuable tools for hydrogeologists, civil and environmental engineers. However, numerical models are abstract and require some time and exercise to become familiar with. The book aims to help the reader to become comfortable with numerical modelling.
27 examples are discussed in detail to illustrate the most important modelling methods and groundwater hydraulics. Included with the book is the ASM-program, a complete, two-dimensional groundwater model, with which the reader can solve all the examples. The program has been used worldwide and allows variation of parameters encountered in groundwater modelling (minimum requirement 286 processor, MS-DOS 3.3).

Inhaltsverzeichnis top ↑

1 Vorbemerkungen
1.1 Anwendungsmöglichkeiten von Grundwassermodellen 1
1.2 Klassifikation von Grundwassermodellen 2
2 Strömungsmodellierung
2.1 Grundgleichung der Grundwasserströmung 5
2.2 Lösung der Strömungsgleichung 13
2.2.1 Analytische Lösungen der Strömungsgleichung 13
2.2.2 Numerische Lösungen der Strömungsgleichung 13
2.2.3 Differenzen-Verfahren 13
2.2.4 Explizite Lösung des Gleichungssystems 22
2.2.5 Implizite Lösung des Gleichungssystems 23
2.2.6 Übertragung auf andere Aquifertypen 27
2.2.7 In- und Exfiltration an Oberflächengewässern 29
2.2.8 Drainagen 30
2.2.9 Allgemeine Randbedingung der dritten Art 31
2.2.10 Grundwasserseen 31
3 Transportmodellierung
3.1 Transportmechanismen 33
3.2 Transportgleichung 40
3.3 Lösung der Transportgleichung 45
Analytische Lösungen der Transportgleichung,Dispersionsfreie
Näherung: Methode der Bahnlinien und Laufzeiten, Numerische
Verfahren zur Lösung der Transportgleichung, Random-Walk-Verfahren
4 Schritte bei der Modellierung
4.1 Problemstellung, Wahl des Modelltyps, Diskretisierung und Datenbeschaffung 63
4.2 Kalibrierung (Eichung) von Strömungsmodellen 66
4.3 Validierung, Sensitivitätsanalyse, Modellanwendung 69
4.4 Unsicherheiten der Modellierung 71
5 Das Programm ASM
5.1 Voraussetzungen zur Benutzung von ASM 73
5.2 Installation von ASM 73
5.3 Programmbeschreibung 74
5.4 Beispielsitzung zur Benutzung von ASM 80
5.5 Zusätzliche Programmoptionen 125
5.6 Durchführung von Programmänderungen 128
6 Aufgaben zur Grundwassermodellierung
6.1 Lösung der instationären Strömungsgleichung nach dem expliziten Differenzen-Verfahren 129
6.2 Berechnung der stationären Grundwasserströmung im genannten Aquifer 137
6.3 Stationäre Grundwasserströmung im inhomogenen, isotropen Aquifer 141
6.4 Einfluß von Durchlässigkeitsunterschieden auf das Strömungsbild 145
6.5 Berechnung von Stromlinien aus der Stromfunktion 147
6.6 Beispiel zur vertikal-ebenen Strömung im inhomogenen, geschichteten Aquifer 152
6.7 Stationäre Grundwasserströmung mit einem hydraulisch unvollständig
angeschlossenen Gewässer 155
6.8 Simulation eines Grundwassersees 158
6.9 Beispiel zur Anwendung der allgemeinen Randbedingung der 3. Art 162
6.10 Berechnung des Wasserandrangs in einer Baugrube 165
6.11 Berechnung der Unterströmung eines Wehres 170
6.12 Berechnung der Versickerungsverluste unterhalb einer Dichtwand 176
6.13 Durchsickerung eines Erddammes 180
6.14 Berechnung des Grundwasserandrangs zu einem Tunnel 185
6.15 Stationäre Strömung zu einem Brunnen 187
6.16 Instationäre Strömung zu einem Brunnen 196
6.17 Berechnung des Einzugsgebietes eines Brunnens 203
6.18 Beispiel zur stochastischen Modellierung 207
6.19 Berechnung der Schüttung und Trockenwetterleerlaufkurve einer Quelle 211
6.20 Instationäre Berechnung der Grundwasserströmung bei zeitlich variabler Grundwasserneubildung 215
6.21 Prinzipmodell zur regionalen Grundwasserströmung 220
6.22 Simulation einer Bodenluftabsaugung 225
6.23 Beispiel zum Trockenfallen und Wiederbenetzen von Knoten 231
6.24 Beispiel zur stationären Kalibrierung eines Strömungsmodells 235
6.25 Simulation des Schadstofftransports für momentanen und permanenten Schadstoffeintrag mit dem Random Walk-Verfahren 251
6.26 Simulation einer Tracerdurchgangskurve für den Fall einer momentanen Tracerzugabe in einer Brunnendoublette 261
6.27 Beispiel zur Sanierung eines Grundwasserschadensfalls 264
7 Nachtrag zu weiteren Modellierungstechniken
7.1 Dreidimensionale Modellierung 269
7.2 Mehrphasenströmung 271
7.3 Dichteströmung 272
7.4 Multispeziesmodelle 273
7.5 Modelle für klüftige Medien 274
Literaturverzeichnis / Symbolverzeichnis / Schlagwortverzeichnis 275