Uni-Bayreuth

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Dreidimensionale Quermischung in Heterogenen Grundwasserleitern

Olaf Cirpka1, Chiogna Gabriele1, Rolle Massimo1, Bellin Alberto2
1 Zentrum für Angewandte Geowissenschaften, Eberhard Karls Universität Tübingen
2 Dipartimento di Ingegniera Civile, Ambientale e Meccanica, Universita degli Studi di Trento

O 1.4 in Numerische Simulation von Strömungs- und Transportprozessen in Grundwasserleitern und angrenzenden Kompartimenten

30.05.2014, 12:00-12:20, H17, NW II

Stationäre Schadstofffahnen werden typischerweise von der Quermischung zwischen der Fahne und Reaktionspartnern aus der Grundströmung kontrolliert. In zweidimensionalen Gebieten bewirkt Heterogenenität eine Fokussierung der Strömung in hochdurchlässigen Zonen, was in stationären Strömungen zu einer schwachen Erhöhung der Transversalmischung führt. In dreidimensionalen Gebieten sind komplexere Strömungsverhältnisse möglich, weil sich Stromlinien "verzwirbeln" können. Insbesondere die räumliche Variabilität der Anisotropie, die in sedimentären Strukturen häufig zu beobachten ist, kann zu Grundwasserwirbeln führen. Wir untersuchen den stationären Stofftransport in dreidimensionalen heterogenenen porösen Medien mit blockweiser anisotroper Korrelationsstruktur, in denen sich die Hauptachsen der Anisotropie von Block zu Block unterscheiden.Advektiver Stofftransport wird entlang von Stromlinien gelöst, wohingegen der Queraustausch mit Finiten Volumen basierend auf Thiessen-Polygonen diskretisiert wird. Dieses verfahren verhindert künstliche Querdispersion durch numerische Fehler. Wir vergleichen ein nicht-stationäres anisotropes log-Durchlässigkeitsfeld mit einem äquivalenten stationären Feld mit gleichem Mittelwert, Varianz und 2-Punkt Korrelationsfunktion unter Vernachlässigung der Nichtstationarität. Das nichtstationäre Feld erzeugt Sekundärströmung und bewirkt, dass sich benachbarte Stromlinien voneinander wegbewegen, was mit 2-Partikel Momenten des advektiven Transports beschrieben werden kann. Die Trennung benachbarter Stromlinien verstärkt die Quermischung durch lokale Dispersion. Wir qunatifizieren die Stärke der Quermischung mit dem abflussgewichteten Verdünnungsindex, der im Fall des nichtstationären anistropen Durchlässigkeitsfeldes viel stärker zunimmt als im äquivalenten stationären Feld. Wir folgern hieraus, dass nichstationäre Anisotropie in der Korrelationsstruktur einen wichtigen Einfluss auf die Quermischung ausübt. In natürlichen Sedimenten vermischen sich Schadstofffahnen wahrscheinlich stärker in der Querrichtung, als dies durch Analyse stationärer Felder vorhergesagt wird.

Stromlinien in einem statistisch nicht-stationären, anisotropen, heterogenen Grundwasserliter
Stromlinien in einem statistisch nicht-stationären, anisotropen, heterogenen Grundwasserliter



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Letzte Änderung 22.08.2013