Um die Auswirkung baulicher Massnahmen auf die Durchlueftung von Innenstadtbereichen zu ermitteln, sind bei Verwendung hydraulischer Modelle spezielle Versuchstechniken erforderlich: Neben der Notwendigkeit, auch sehr geringe Stroemungsgeschwindigkeiten moeglichst stroemungsfrei auszumessen, ist die Simulation von Dichtestroemungen einschliesslich der Nachbildung von Kaltluftproduktion und Waermeabgabe durch die Baukoerper nachzubilden. Fuer die Messung von niedrigen Geschwindigkeiten kommen in Ergaenzung zu Laser- und Heissfilmanemometrie lediglich optische Methoden wie z.B. Wasserstoffblaeschenbeobachtungen in Frage. Fuer die Simulation der Dichtestroeme scheidet die prinzipiell moegliche Methode, auch im hydraulischen Modell mit Waerme zu arbeiten, aus, da wegen der Einhaltung der Aehnlichkeitsgesetze eine ca. zehnfache Temperaturspreizung erforderlich waere. Abhilfe schafft hier die Verwendung von chemischen Zusaetzen, welche nach Bedarf die Dichte des Wassers vergroessern oder verringern. Erste Erfahrungen mit rechnerisch erfassbaren Versuchsbedingungen, wie z. B. Schleusenfuellungsversuche oder Abfluss eines Dichtestromes ueber eine Schwelle zeigen ermutigende Ergebnisse fuer diese Art der Experimentiertechnik.
Submarine Grundwasseraustritte sind wichtige Komponenten des hydrologischen Kreislaufs und tragen wesentlich zum Austrag von Nährstoffen, Kohlenstoff und Metallen aus den küstennahen Grundwasserleitern in die Küstenmeere bei, in Folge dessen sie küstennahe marine Ökosysteme beeinflussen. Das derzeitige Bild der hydraulischen Bedingungen im subterranen Ästuar ist, dass eine von Gezeiten und Wellenbewegung induzierte Salzwasserzirkulationszelle einen Süßwasser-'tube' überlagert. Unsere eigenen Forschungsergebnisse legten jedoch kürzlich nahe, dass diese Schichtung unter bestimmten Randbedingungen instabil wird, die Salzwasserzirkulationszelle und der Süßwasser-'tube' nicht mehr existieren und stattdessen Salzwasserfinger in das darunterliegende Süßwasser absinken. Dies würde die subterranen Grundwasseraustrittsmuster stark verändern und sich mit großer Wahrscheinlichkeit auch auf die geochemischen Prozesse im Untergrund auswirken. Das Projekt kombiniert physikalische Laborversuche und numerische Modellierung, um zu untersuchen (i) ob und wo ein Absinken von Salzwasserfingern in das darunterliegende Süßwasser in der Natur denkbar ist, (ii) welchen Einfluss Sedimenteigenschaften (z.B. Heterogenität) und Randbedingungen (z.B. saisonal variabler Süßwasserzustrom) auf die Ausbildung von Salzwasserfingern haben, (iii) wie die Strömungsmuster in 3-D aussehen, (iv) welche Möglichkeiten der Vorhersage es für die instabilen Strömungsmuster gibt und wie man diese verbessern kann sowie (v) welchen Einfluss die veränderten Strömungsmuster letztlich auf die biogeochemischen Prozesse und die Formation von stark adsorbierenden Eisen(III)hydroxidoberflächen ('Iron curtain') in sandigen Strandgrundwasserleitern und die davon abhängigen Stoffausträge in das Meer haben.
Fuer zahlreiche Fragestellungen im Zusammenhang mit der Deponierung von Abfaellen, der Altlastensanierung, der Grundwassergewinnung und der Nutzung geothermischer Energie sind Modelluntersuchungen im Kluftgestein durchzufuehren. Dabei sind einerseits geringleitende Formationen fuer die Deponierung von Interesse, die eine wirksame geologische Barriere zur Isolierung von Schadstoffen bilden, andererseits geht es um die Bewirtschaftung von Aquiferen zur Grund- und Thermalwassergewinnung. Die Simulation von Stroemungs- und Transportprozessen in klueftig-poroesen Grundwasserleitern und Grundwassergeringleitern stellt spezifische Anforderungen an die modelltechnische Umsetzung, die aus der signifikanten Inhomogenitaet des klueftigen Untergrunds erwachsen. Zur numerischen Simulation solcher Vorgaenge ist das Finite-Elemente-Programmsystem ROCKFLOW entwickelt worden. Das Programm besteht aus einer Reihe von FE-Rechnenkernen (Kernels), welche die prozessspezifischen Differentialgleichungen mittels Galerkin-FEM approximieren. Diese Rechenkerne sind miteinander verknuepfbar (Models), so dass gekoppelte Prozesse (z.B. Tracertransport durch eine Gasstroemung) simuliert werden koennen. Physikalische Prozesse: Folgende physikalische Prozesse sind modellierbar: - Grundwasserstroemung (Sicker- und Kluftstroemung) - Gasstroemung (kompressible Fluide) - Mehrphasenstroemungen (Systeme aus in- und kompressiblen Fluiden) - nicht- (Forchheimer) und liniare Fliessgesetze (Darcy) - hydrodynamische Dispersion (Scheidegger-Ansatz) - Zerfallreaktionen - nicht- (Freundlich, Langmuir) und lineare Gleichgewichtssorption (Henry) - Dichtestroemungen. Numerik: ROCKFLOW ist ein Finite-Elemente-Simulator, wobei verschieden-dimensionale isoparametrische Elemente beliebig im Raum koppelbar sind. Auf der Basis der Methode der gewichteten Residuen wird eine zur prozessbeschreibenden Differentialgleichung aequivalente sog. 'schwache' Integralformulierung abgeleitet. Es stehen verschiedene Loeser zur Verfuegung (Gauss, BiCGSTAB, QMRCGSTAB), um die resultierenden albebraischen Gleichungssysteme zu loesen. Nichtlineare Probleme werden mit Picard- oder Newton-Verfahren behandelt. Gitteradaption: Ab der dritten Version stehen Methoden fuer eine problemangepasste Gitteradaption zur Verguegung. Der Algorithmus zur Gitteradaption basiert auf einem hierarischen Konzept zur Verfeinerung und Vergroeberung gekoppelter verschieden-dimensionaler Elemente. Diskretisierungsfehler koennen entweder mit heuristischen Indikatoren oder einem analytischem Estimator lokalisiert und quantifiziert werden.
Mischung in dicht geschichteten Seen umfasst die folgenden Fragestellungen: Turbulenz in der Oberflaechendeckschicht (Wind-induzierte Turbulenz und konvektive Turbulenz); turbulente Diffusion als Funktion der Aktivitaet interner Wellen; Randmischung und Bodenreibung; horizontale Diffusion im offenen Wasser; Dichtestroemungen; geochemische Stofffluesse als Funktion der Mischungsprozesse; die Rolle der Biologie fuer chemische Dichtestabilisierung; Naehrstofffluesse in Seen.
Estimating hydraulic conductivity in heterogeneous aquifers remains a challenge of groundwater hydraulics. The propagation of salt plumes, introduced during controlled-release experiments, can be monitored by time-lapse electrical-resistivity tomography (ERT) using multiple combinations of current and potential electrodes. So far, the analysis of these ERT data has been cumbersome, because the inversion produces concentration images that still need to be interpreted in a hydraulic context. In a preceding project, we have developed a fully coupled hydrogeophysical inversion method for ERT data obtained during salt-tracer tests. The time series of electrical signals are characterized by their temporal moments. Temporal moment-generating equations allow approximating the mean breakthrough time of the electrical signal from flow and concentrationmoment equations without solving transient equations. These equations have been integrated into a geostatistical inversion method to infer the hydraulic-conductivity distribution from ERT data. The method has been applied to artificially generated test cases. Within the proposed one-year extension project, we will perform several series of salt-tracer tests in a quasi two-dimensional sandbox with increasingly complex fillings, monitor the experiments by time-lapse ERT, and invert their temporal moments with the fully coupled hydrogeophysical inversion method. We will simulate the transient concentration distributions with the inferred hydraulic conductivity fields and compare them to images taken during the experiments.
In der Zeit von 1994 bis 2003 wurden die beiden Rechenprogramme d3f (distributed density-driven flow) und r3t (radionuclides, reaction, retardation, and transport) zur Modellierung von Dichteströmungen aufgrund von Versalzungen bzw. von Radionuklidtransporten unter der Federführung der GRS entwickelt. Jetzt sollen die Programme um die Möglichkeiten Klüfte explizit zu modellieren, den Wärmetransport bei Dichteströmungen zu berücksichtigen und freie Grundwasseroberflächen und Potentialströmungen zu betrachten, erweitert werden. Die Aufgaben werden innerhalb eines Verbundprojektes bearbeitet. Dabei hat die GRS die Verantwortung für AP 1 Leitung des Vorhabens. AP 2 Entwicklung einer Benutzeroberfläche. AP 3 Testrechnungen sowie AP 4 Abschlussbericht, mit Fortschreibung der Anwenderhandbücher und der Testfallsammlung. Das AP 7 Kluftmodellierung wird als FuE-Auftrag durch das Steinbeis-Forschungszentrum bearbeitet. Aufgrund der Erfahrungen aller Projektteilnehmer sind die Erfolgsaussichten gut.
It is expected that in the course of global warming the present flow regimes of rivers will change and that extreme situations such as floods and low water will increase in frequency and intensity. We study the population genetic effect of these changes by comparing rivers of different flow regimes - Rhine and Danube (snowmelt) versus Moselle and Main (groundwater) - and three species with different life histories (high/low dispersion and high/low drought resistance). We will use markers on the level of enzymes and DNA. A shift of genotypes due to higher water temperatures and a decrease of genetic variability is expected. The former reflects the microevolutionary response and enables the survival under changing environmental conditions. The latter is caused by repeated bottle necks triggered by extreme fluctuations of local and regional population sizes accompanying floods and droughts. It limits this response and may reduce the survival of populations within their present distribution limits. This study will allow the assessment of these two processes. The sources of immigration and recolonisation ways after local extinctions will be studied by molecular markers. The role of reservoirs and barrages as refuges resp. impediment of dispersal will be analysed. Genotypes that dominate under certain temperature or flow regime will be provided for physiological studies and proteomic analyses to the co-operating working groups. Results on the amount and distance of gene flow (dispersal) as well as population densities observed in field will be input to the modelling project.
Mit der Fertigstellung des Programmpaketes d3f steht ein Werkzeug zur Verfuegung, das es erlaubt, Grundwasserbewegungen unter Beruecksichtigung der Salinitaet in grossraeumigen, hydrogeologisch komplexen Gebieten ueber lange Zeitraeume zu berechnen. Innerhalb des beantragten Projektes wird das Programm mit allen enthaltenen Moeglichkeiten der Modellierung, wie z.B. der stochastischen Modellierung der Permeabilitaet, der Verwendung verschiedener Ansaetze fuer die Dispersion und des Einbaus von Quellen und Senken in das Modellgebiet, auf verschiedenen Anwendungsgebieten unter Ausschoepfung der Hard- und Softwaregrenzen umfassend erprobt. Damit soll das Vertrauen in die Modellierung von Dichtestroemungen erhoeht werden. Bearbeitet werden Deckgebirge in der Umgebung von Salzformationen, Salzwasserinstrusionen in Kuestengebieten, Brunnen in Kuestengebieten und Suesswasserlinsen unter Inseln.
Messung der Stroemungsgeschwindigkeiten mit Dauerstrommessgeraeten in einer Anzahl kuestenparalleler und kuestennormaler Messprofile, Messdauer jeweils etwa 14 Tage, sowie an insgesamt 10 Langzeitmessstationen, Messzeit 1,5-2 Jahre. Messung von Stroemungsgeschwindigkeiten, Wassertemperatur und Dichte an ausgewaehlten Ankerstationen jeweils ueber eine volle Tide. Auswertung der Messergebnisse mit Hilfe der EDV auf Wind-, Gezeiten- und Dichteeinfluss. Erarbeitung einer Gezeitenstromdarstellung mit maximalen Geschwindigkeiten, Geschwindigkeitsintegralen und Kenterpunktverspaetungen sowie Darstellung der Trift- und Dichtestroemung.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 38 |
| Land | 2 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 26 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 38 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 38 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 30 |
| Englisch | 12 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Dokument | 1 |
| Keine | 26 |
| Webseite | 12 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 24 |
| Lebewesen und Lebensräume | 28 |
| Luft | 21 |
| Mensch und Umwelt | 38 |
| Wasser | 30 |
| Weitere | 38 |