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Wen-Hsing Chiang; Wolfgang Kinzelbach; Randolf Rausch:

Aquifer simulation model for Windows

Groundwater flow and transport modeling, an integrated program

1998. IV, 137 pages, 115 figures, 2 tables, CD-ROM for Win95/98/NT, 17x24cm, 550 g
Language: English

ISBN 978-3-443-01039-3, bound, price: 49.90 €

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Keywords

hydrogeologygroundwaterflow modelling

Contents

Synopsis top ↑

ASM (Aquifer Simulation Model) is a complete implementation of a 2-D groundwater model for use on a PC under MS-Windows 3.1x/95/98/NT (tm). It was originally developed as a tool for the education of students in hydrogeology, civil and environmental engineering. The first version of ASM was published in 1989 and ran under MS-DOS.
Since that time ASM has been continually enhanced and improved.
This users manual documents the latest and most powerful version 6.0 of ASM which runs under the Microsoft Windows(tm) operating system. The most notable change in this version is the use of a new, friendly graphical user interface which replaces the character oriented interfaces of previous versions.
At the same time, ASM-6.0 allows the manipulation of larger model grids which makes it suitable for professional use. It is hoped that this very user-friendly implementation of a groundwater model on Windows(tm) PCs will lower the threshold which inhibits the widespread use of computer based groundwater models. Its ease of use allows getting acquainted with the properties and peculiarities of groundwater flow and transport paths by experimenting with the models by changing relevant parameters.
Readers unfamiliar with the theoretical background of groundwater hydraulics and groundwater modelling are referred to the textbooks listed in the references section of this manual.

Bespr.: gwf Wasser Abwasser, 140. Jg., Nr. 11, 1999, S. 788 top ↑

Das Buch ist eine Programmbeschreibung des Aquifer Simulation Modell (ASM) in der Version 6.0 für Windows. Das ASM ist ein 2-dimensionales Grundwasserströmungs- und Transportmodell zur Berechnung von instationären und stationären Grundwasserströmungen im gespannten und ungespannten Aquifer. Hierbei können Modelle mit einer Größe von maximal 150x150 Zellen berechnet werden. Die theoretischen Grundlagen für die Berechnungen der Grundwasserströmung und des Schadstofftransportes werden nur am Rande erwähnt. Hier sei auf die Literaturliste im Anhang des Buches verwiesen (z.B. Grundwassermodellierung von Kinzelbach und Rausch).

Das Buch gibt anhand von Anwendungsbeispielen einen guten Einstieg in die Programmbedienung und zeigt exemplarisch die umfangreichen Programmfeatures wie z. B. Berechnung der Grundwasserströmung unter einem Wehr, Ausbreitung von Schadstoffen durch eine Punktquelle oder Berechnung des Grundwasserniveaus infolge eines Entnahmebrunnens.

Die Installation ist problemlos; das Programm selber lief unter Windows 95 und NT schnell und stabil. Das Programm besteht aus mehreren integrierten Einzelmodulen. Wahrscheinlich resultiert daraus die zum Teil etwas umständliche Benutzerführung durch die verschieden Untermenüs, in die man sich erst einarbeiten muß. Die Ergebnisse werden grafisch sehr gut aufgearbeitet, so daß eine weitere Bearbeitung nicht notwendig ist. Die Import- und Exportfunktionen sind umfangreich und einfach gelöst. So bietet das Programm z. B. die Möglichkeit, Geländedaten, die als CAD Grafik vorliegen, in das Programm einzulesen und daraus ein Modell zu generieren.

Das Programm bietet unter anderem die Modellierung von:
- Stationärer und instationärer Strömung im Aquifer - Transport von Schadstoffen und deren Verteilung über die Zeit - Wasserbilanzen - Grundwasserneubildung - Interpolation von Felddaten - Berechnung von Grundwasserhöhenspiegeln an Entnahmebrunnen.

Insgesamt bietet das Programm für einen günstigen Preis viele Lösungen für Grundwasserströmungs- und Transportmodellierengen von Schadstoffen im Untergrund und bietet sich an für Ingenieurbüros und in der Lehre. I. Hobus gwf Wasser Abwasser, 140. Jg., Nr. 11, 1999, S. 788

Bespr.: Beiträge zur Hydrogeologie, Jg. 2000, S. 183/184 top ↑

At a first glance the book is a manual of how to use the graphical user interface of the two-dimensional groundwater model ASM version 6.0. The previous releases of the public domain code which was first published about a decade ago ran under MS-DOS. ASMWIN, as the package is now called, transfers the modeling process to the windows environment enabling the comfortable change of parameter values and leaving behind the tedious editing of numerical values.

ASMWIN consists of a complete groundwater modeling package including pre- and postprocessing tools, a fate element based flow module, transport modules and even an automatic calibration routine. The book is divided into six chapters, two appendices and includes a CD with the software. Starting with an introductory example, the modeling environment is introduced followed by presentations of the particle tracking and random walk transport modules, other modeling tools like a field interpolator or a water budget calculator and applications and sample problems. In order to make full use of the book and the software the reader needs to be already familiar with the mathematical concepts applied in groundwater modeling. Only in a few cases (e.g. interpolation schemes for inter-nodal velocities) some underlying principles are presented. The book may be regarded as a follow up to the previous publication "Grundwassermodellierung - Eine Einführung mit Übung" by W. KINZELBACH & R. RAUSCH (1995).

The well presented figures clearly explaining the options within the dialog boxes and the graphical capabilities distinguish this book from similar readings. Step by step instructions are given on individual tasks, e.g. how to specify initial hydraulic heads, which considerably increase the value of the book. Thus, it is more than just a manual of how to use software. At affordable prices it allows graduate students and practitoners as well to apply groundwater modeling in a timely fashion. Furthermore, ASMWIN is completed by features like SURFER-compatible output files and a field generator allowing for stochastic modeling. The source codes of some routines are provided for individual adjustment. Two Internet addresses are given where future updates of ASMWIN can be accessed.

In the second chapter by means of a simple steady state flow and transport simulation every groundwater modeling step is thoroughly analysed including mesh generation, assigning model data and checking and displaying simulation results. The following chapter shows the potential of the modeling environment. Options of the grid editor, the data editor and of the architecture of the ASMWIN menus comprising the input of boundary conditions and spatially distributed parameters are discussed in detail. Chapter 4 examines the transport modeling capabilities. ASMWIN offers user friendly particle tracking and random walk modules, both equipped with useful graphical on-screen capabilities. During presentation of the associated tools and dialog boxes the authors add some discussions of related principles which might have improved the overall standard of the book if also introduced elsewhere. The fifth chapter summarises practical utility tools like the digitiser, the graph viewer or the previously mentioned field interpolator. The book is completed in chapter 6 by illustrating the use of ASMWINin solving sample problems like the inflow of water into an excavation pit or pollutant transport in a uniform flow field. File structures and maximum parameter size are described in the appendices.

The book represents another logical step in the consequent development of the reputable ASM code. The implementation of the graphical user interface will, without doubt, increase the number of users and fans of ASM. If the developers will continue to nurture the modeling package (with the university affiliation of the developers being a good basis for that) it will become a standard modeling routine like the MODFLOW family of codes.
Dr. Hans Kupfersberger
Beiträge zur Hydrogeologie, Jg. 2000, S. 183/184

Bespr.: HW 44 (2000), H. 6, S. 349/350 top ↑

Unter den Grundwasser-Fachleuten dürfte es nur wenige geben, denen die Abkürzung ASM noch nicht im Zusammenhang mit Grundwassermodellierungen begegnet ist. Konzipiert als Lernsoftware und seit 1989 allgemein zugänglich (in den Kursen von Kinzelbach und Rausch aber auch schon vorher eingesetzt) stellte das "Aquifer Simulation Model" die erste Berührung mit numerischen Grundwassermodellen für viele Einsteiger dar. Auch Fortgeschrittene fanden die Einfachheit von ASM als Anreiz für kleinere Projekte, die großen Programmpakete liegen zu lassen. "Einfach" bedeutete, dass bedingt durch die Beschränkungen des DOS-Betriebssystems und die verwendete BASIC Programmiersprache Beschränkungen in der Anzahl der Modellspalten und -Zeilen unvermeidlich waren Andererseits stellte die Zusammenführung sämtlicher notwendiger Module einer Grundwasser-Modellierung (Dateneingabe, Berechnung von Strömung und Transport, grafische Darstellung der Ergebnisse einschließlich Isolinien, Stromlinien und Konzentrationsverteilungen) unter einer Oberfläche einen Fortschritt gegenüber anderer Public-Domain Software wie z. B. "MODFLOW" dar.

Es war naheliegend, dieses bewährte Konzept, orientiert an den aktuellen technischen Möglichkeiten, weiterzuentwickeln. So beträgt die maximale Modellgröße nun 250.000 Knoten bzw. Zellen, so dass man zumindest in dieser Hinsicht nicht mehr auf "einfache" Modellkonfigurationen beschränkt ist. Durch die Verbreitung des Programms über die nationalen Grenzen hinaus war es nur folgerichtig, auch die Beschreibung zusammen mit Anwendungsbeispielen als englischsprachige Veröffentlichung in Buchform allgemein zugänglich zu machen. Da diesem Buch auch ASM (Version 6.0) auf einer CD-ROM beigefügt ist, ist eine sofortige Umsetzung des Gelesenen am Computer möglich. Zum Teil ist das Buch als "step by stop" Anleitung angelegt, so dass es als Totorial verwendet werden kann. Daneben werden aber auch die theoretischen Grundlagen des Modells, wie die verwendete Pasticke Tracking Methode oder die Generierung von korrelierten Zufallsfeldern, dargestellt.

Im Einzelnen wird nach einem Einführungs-Kapitel zuerst ein einfaches Beispiel für den motivierten Einstieg durchgespielte. Dann beschreibt Kapitel 3 die Modell-Umgebung, d.h. welche Editoren funktionieren wie, welche Aktionen werden durch die Menüpunkte ausgelöst, usw. Das nachfolgende Kapitel widmet sich insbesondere der Stofftransport-Modellierung und den entsprechenden Modulen des ASM Programms. Hilfreiche Modellier-Werkzeuge (too/s) werden in Kapitel 5 dargestellt. Den Abschluss bilden zusammengefasste Musterlösungen für typische Problemstellungen, wie z. B. eine Wehrunterströmung oder eine Baugrubenanströmung.

Zusammenfassend kann man feststellen, dass die Funktionalitäten des Programms, nicht zuletzt auch grafisch ansprechend dargestellt, die Bedienung des Programms, die sowieso weitgehend intuitiv möglich ist, nachvollziehbar beschrieben wurden. Das Buch stellt damit auch eine gute Kursunterlage dar. Ein besserer Einstieg in die Materie der Gnundwassermodellierung ist dem Verfasser dieser Zeilen derzeit nicht bekannt.

Ein kleiner Kritikpunkt bleibt anzumerken: Die Gefahren, die gerade eben aus der leichten Bedienung der Software erwachsen, die wie eine Textverarbeitung oder ein Tabellen-Kalkulationsprogramm zu handhaben ist, hätten zumindest in einem Satz erwähnt werden sollen. Für die verantwortliche Verwendung eines Modells im Sinne eines Prognoseinstruments für zu erwartende Auswirkungen einer Beeinflussung eines Grundwasser-Leiters ist nach wie vor Erfahrung nötig, die nicht per Tutorial verfügbar gemacht werden kann.

H.J. Theis, Koblenz

HW 44 (2000), H. 6, S. 349/350

Bespr.: Grundwasser, Band 5, Heft 2, Juni 2000, S. 94 top ↑

Das von Wolfgang Kinzelbach und Randolf Rausch entwickelte Grund-Simulationssystem ASM gehört wohl zu den populärsten Grundwassermodellen in Deutschland und dürfte den Lesern dieser Zeitschrift bekannt sein. Um so erfreulicher ist es, dass dieses Programm, das bereits 1990 mit dem Deutschen Hochschul-Software-Preis ausgezeichnet wurde, nun ein neues Gewand bekommen hat. Unter der Mitarbeit von Wen-Hsing Chiang ist eine erweiterte und in vielen Punkten verbesserte Version für das Betriebssystem Windows erschienen. Das Buch mit zugehöriger CD-ROM enthält eine Programmbeschreibung für das Grundwassermodell ASM in der Version 6.0 für Windows. Es beschränkt sich bewusst auf die Programmdokumentation. Die theoretischen Grundlagen der Grundwassermodellierung können z. B. in dem ebenfalls von Kinzelbach & Rausch (1995) im gleichen Verlag erschienenen Lehrbuch "Grundwassermodellierung - Eine Einführung mit Übungen" nachgelesen werden.

ASM ist ein zweidimensionales Strömungs- und Transportmodell. Die Strömungsgleichung wird numerisch mithilfe des Finite-Differenzen-Verfahrens gelöst, die der Transportgleichung wahlweise mit einem expliziten Finite-Differenzen-Schema oder alternativ mit dem Random- Walk-Verfahren ermittelt. Daneben beinhaltet das Programm zahlreiche Tools, z. B. zur automatischen Kalibrierung von Strömungsmodellen, zur Darstellung von Bahnlinien sowie zur Interpolation und Aufbereitung der Eingabe- und Ausgabedaten. Durch spezielle Import- und Exportfunktionen ist z. B. eine Koppelung mit GIS-Systemen problemlos möglich.

Die Installation des Programms ist einfach, und es läuft unter verschiedenen Windows-Versionen schnell und stabil. Bedingt durch die logisch aufgebaute und einfache Benutzerführung ist die Programmbedienung schnell erlernbar. Insgesamt bietet das Programm für einen äußerst günstigen Preis ein ausgezeichnetes Werkzeug für die Grundwassermodellierung und kann jedem, der auf diesem Gebiet arbeitet, sehr empfohlen werden.

Grundwasser, Band 5, Heft 2, Juni 2000, S. 94

W. Schäfer, Heidelberg

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Contents
Preface V
Acknowledgements V
1. Introduction 1
System Requirements 2
Setting Up ASMWIN 2
Online Help 3
Updates 3
2. Your First Groundwater Model with ASMWIN 5
The Sample Problem 5
Starting ASMWIN 6
2.1 Run a Steady-State Flow Simulation 6
2.2 Simulation of Solute Transport 24
2.2.1 Perform the transport simulation with ASMT2SIM 24
2.2.2 Perform a random walk transport simulation with ASMWALK 27
2.3 Automatic Calibration 31
3. The Modeling Environment 37
3.1 The Grid Editor 37
3.2 The Data Editor 40
Display Modes 40
The Cell-by-Cell Input Method 40
The Zone Input Method 42
3.3 ASMWIN Menus 44
3.3.1 The File Menu 45
3.3.2 The Grid Menu 47
3.3.3 The Parameters Menu 49
3.3.4 The Packages Menu 53
3.3.5 The Run Menu 56
3.3.6 The Tools Menu 60
3.3.7 The Value Menu 60
3.3.8 The Options Menu 65
4. Transport Models 69
4.1 The Advective Transport Model ASMPATH 69
4.1.1 Particle Tracking Methods 70
4.1.2 ASMPATH Modeling Environment 74
4.1.3 ASMPATH Options 79
4.1.4 ASMPATH Output Files 83
4.2 The Random Walk Transport Model ASMWALK 84
4.2.1 ASMWALK Modeling Environment 85
4.2.2 ASMWALK Options 89
4.2.3 ASMWALK Output Files 93
5. Modeling Tools 95
5.1 The Digitizer 95
5.2 The Field Interpolator 96
5.3 The Field Generator 102
5.4 The Results Extractor 103
5.5 The Water Budget Calculator 103
5.6 The Graph Viewer 104
6. Applications and Sample Problems 109
6.1 Flow towards a Well in a Confined Aquifer (Theis problem) 109

6.2 Inflow of Water into an Excavation Pit 111
6.3 Confined Seepage under a Weir 113
6.4 Transport in a Uniform Flow Field 115
6.5 An Example for Stochastic Modeling 118

6.6 Using the Field Interpolator 120
6.7 A Field Application 123
Appendix 1 125
Appendix 2 126
References 133
Index 135