Preprocessing für numerische Grundwassermodellierung mit Hilfe unstrukturierter Netze

Die Entwicklungen numerischer Grundwassermodellierungswerkzeuge erlauben die Nutzung nahezu oder vollständig unstrukturierter Netze. Auch Werkzeuge aus den Ingenieurwissenschaften sowie THMC- und Multiphysics-Werkzeuge können mit Netzen oder Gittern umgehen, die sich an hydrogeologischen 3d-Körpern orientieren können. Damit eröffnen sich neue Möglichkeiten für numerische Modellierungen, wenn aus geologischen Struktur- und Parametermodellen numerische Modelle entwickelt werden können. Verschiedene Ansätze hierfür werden aufgezeigt und komplexe Modelle in dieser frühen Anfangsphase der Modellerstellung vorgestellt.

Die Vorbereitung eines numerischen Modells wird oft sowohl für die hydrologischen wie geologischen Datengrundlagen meist mit GIS-Werkzeugen vorgenommen, da diese für viele Aufgaben einsetzbar sind und daher von den meisten Geowissenschaftlern beherrscht werden. Aber auch (geo)statistische und konstruktive Spezialwerkzeuge kommen zum Einsatz, deren zielorientierte Interpretation adäquat in ein numerisches Modell überführt werden soll. Die bisherige Überführung in geschichtete Modelle ist in mehreren Modellierungswerkzeugen zugunsten unstrukturierter Netze erweitert worden, was neue Möglichkeiten eröffnet. Damit ist es die Aufgabe geeigneter Schnittstellenentwicklung, die hier vorgestellt wird, Randbedingungen und Parameterverteilungen bestmöglich von einem Modellierungssystem ins andere zu überführen.

Numerische Werkzeuge auf Basis Finiter Elemente, Finiter Differenzen und Finiter Volumina können geometrisch mit Quadern arbeiten, die rechtwinklig, aber mit dreidimensional unterschiedlichen Längen versehen sind. Das Konzept der Octrees ermöglicht die Übernahme von Punkten inkl. Attributinformationen für die Erstellung von Strukturen, Übernahme von Parametern und Randbedingungen aus komplexen (auch nicht geschichteten) Geometrien. Gleichzeitig optimieren die Octree-Strukturen die Anzahl der zu berechnenden Elemente problemadäquat.

Anhand erster Anwendungsbeispiele wird die Nutzbarkeit für regionale numerische Grundwassermodellierungen aufgezeigt.