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unilogo Universität Stuttgart
Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung - IWS

Forschung:

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Skaleneffekte bei der in-situ Durchmischung gelöster Stoffe in heterogenen Grundwasserleitern
Projektleiter:PD Dr.-Ing. Olaf Arie Cirpka
Wissenschaftliche Mitarbeiter:Prof. (jun.) Dr.-Ing. Wolfgang Nowak, M.Sc.
Dr.-Ing. Surabhin Jose Chackiath, M.Sc.
Dr.-Ing. Arifur Md. Rahman, M.Sc.
Projektdauer:1.10.2000 - 30.9.2003
Finanzierung:Deutsche Forschungsgemeinschaft, Nachwuchsgruppe im Emmy-Noether-Programm
Publikationen: Link

Zusammenfassung:

Die lokale Durchmischung miteinander reagierender Substanzen stellt eine Grundvoraussetzung für den Abbau von Schadstoffen in Grundwasserleitern dar. Für die Übertragung der Reaktionsparameter von Laboruntersuchungen in vollständig durchmischten Systemen für die Anwendung von Grundwasserleitern ist es deshalb notwendig, die lokale Durchmischung quantitativ zu beschreiben. Hierbei stellt die räumliche Variabilität der Untergrundeigenschaften, insbesondere der hydraulischen Leitfähigkeit, ein besonderes Problem dar. Selbst wenn die genaue räumliche Verteilung ermittelt werden könnte, würde die detailgetreue Abbildung in einem numerischen Modell zu einem unangemessen hohen Rechenaufwand führen. Deswegen sind Ansätze zur Homogenisierung der hydraulischen Leitfähigkeit bei korrekter Approximation der lokalen Durchmischung notwendig. Hierbei sind Makrodispersionsansätze, die für den konservativen Transport entwickelt wurden, ebenso unzulässig wie eine Verwendung lokaler Parameter auf der Makroskala. Im Forschungsvorhaben werden neue Ansätze zum Einfluss der räumlichen Variabilität auf das lokale Durchmischungsverhalten entwickelt. Dies geschieht anhand einiger ausgesuchter Testfälle, bei denen unterschiedliche Aspekte der lokalen Duchmischung im Vordergrund stehen. Zur Bearbeitung werden einerseits stochastisch-analytische und andererseits numerische Simulationen verwendet. In der angestrebten zweiten Phase sollen die Ergebnisse durch experimentelle Untersuchungen untermauert werden. Hierzu sind Versuche mit konservativen Markierungsstoffen sowie reaktiven Substanzen vorgesehen. Neben der Anwendung des im laufenden Vorhaben entwickelten advektiv-dispersiven Stromröhrenkonzepts sollen die Tracerdaten für die Ermittlung von hydraulischen Eigenschaften mittels geostatistischer Invertierungsverfahren verwendet werden.