Geohydraulik: mit 50 Tabellen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Borntraeger
1993
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| Ausgabe: | 3., neubearb. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Lehrbuch der Hydrogeologie
3 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverz. S. 481 - 490 |
| Beschreibung: | XIII, 497 S. Ill., zahlr. graph. Darst. |
| ISBN: | 3443010040 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis IX
Inhaltsverzeichnis
Einführung in die Geohydraulik ....................... 1
1 Grundlagen der geohydraulischen Zustands- und
Prozeßbeschreibung ........................... 7
1.1 Der Untergrund als Mehrphasensystem ................... 7
1.1.1 Charakterisierung von Mehrstoffsystemen .............. 7
1.1.2 Hydraulische Eigenschaften fluider Phasen.............. 10
1.1.2.1 Grundlagen............................ 10
1.1.2.2 Eigenschaften des Wassers ..................... 11
1.1.2.3 Eigenschaften der Luft....................... 18
1.1.3 Hydraulische Eigenschaften poröser Medien ............. 20
1.1.3.1 Hohlraumgehalt.......................... 20
1.1.3.2 Porenkanalgeometrie im Lockergestein................ 27
1.1.3.3 Durchlässigkeit poröser Medien................... 34
1.1.3.4 Verformbarkeit poröser Medien................... 45
1.2 Der Grundfall der Mehrphasenhydraulik und seine Erweiterung ........ 49
1.2.1 Kapillardruckkonzept ....................... 50
1.2.2 Mobilitätsbereiche und Zustandsgieichung .............. 53
1.2.2.1 Mobilitätsbereiche......................... 53
1.2.2.2 Zustandsgieichung......................... 56
1.2.3 Durchlässigkeit .......................... 64
1.2.4 Erweiterung des Grundfalls der Mehrphasenhydraulik......... 68
1.3 Verformungsbeständigkeit der Lockergesteine ................ 72
1.3.1 Verformung nichtbindiger Lockergesteine .............. 72
1.3.1.1 Suffosion............................. 73
1.3.1.2 Kolmation ............................ 78
1.3.1.3 Erosion.............................. 80
1.3.1.4 Hydraulischer Grund-und Kontaktbruch............... 86
1.3.1.5 Berechnungsbeispiel........................ 87
1.3.2 Beständigkeit bindiger Locker- und Festgesteine ........... 89
1.3.2.1 Verhalten bindiger Erdstoffe gegenüber Wasser............ 90
1.3.2.2 Kontakterosion .......................... 90
1.3.2.3 Beständigkeit der Festgesteine ................... 93
X Inhaltsverzeichnis
2. Mathematische Modellbildung ...................... 94
2.1 Grundbegriffe der Modellierung ...................... 94
2.1.1 Zielstellung und Formen der Modellierung.............. 94
2.1.2 Klassifikation mathematischer Modelle................ 97
2.1.3 Aufbau systembeschreibender Modelle................ 100
2.2 Das dynamische Grundgesetz der Geohydraulik ............... 101
2.2.1 Das DARCY-Gesetz - eine Sonderform des NEWTONschen Grundgesetzes
bzw. des Impulssatzes ....................... 101
2.2.2 Das dynamische Grundgesetz der Planfiltration ............ 107
2.2.2.1 Integralversion des DARCY-Gesetzes mit DUPUIT-Annahmen ...... 107
2.2.2.2 Integralversion des DARCY-Gesetzes mit GIRINSKU-Potential...... 111
2.3 Die Bilanzgleichungen der Geohydraulik .................. 115
2.3.1 Bilanzgleichung im Inneren des Strömungsfeldes ........... 116
2.3.2 Bilanzgleichung an der freien Oberfläche............... 119
2.3.3 Bilanzgleichung der Planfiltration .................. 121
2.4 Vervollständigung des mathematischen Modells ............... 122
2.4.1 Räumliche Strömungsvorgänge ................... 122
2.4.1.1 Aufstellung der Strömungsgleichung................. 122
2.4.1.2 Festlegung der Randbedingungen .................. 124
2.4.1.3 Bedingungen auf Teilgebietsgrenzen.................. 129
2.4.2 Horizontal-ebene Strömungsvorgänge ................ 130
2.4.2.1 Aufstellung der Strömungsgleichung................. 130
2.4.2.2 Festlegung der Randbedingungen .................. 138
2.4.2.3 Bedingungen auf Teilgebietsgrenzen................. 142
2.4.3 Vertikal-ebene Strömungsvorgänge ................. 143
2.4.3.1 Aufstellung der Strömungsgleichung................. 144
2.4.3.2 Festlegung der Randbedingungen .................. 145
2.4.3.3 Bedingungen auf Teilgebietsgrenzen................. 146
2.4.4 Vertikale Wasserbewegung in der wasser-ungesättigten Zone...... 148
2.4.4.1 Aufstellung der Strömungsgleichung................. 148
2.4.4.2 Festlegung der Anfangs- und Randbedingungen............ 150
2.4.4.3 Bedingungen auf Teilgebietsgrenzen................. 152
2.4.5 Gasströmung ........................... 152
2.4.6 Geohydraulisch bewirkte elastoplastische Verformung poröser Medien . . 153
2.5 Modelladäquate Schematisierung der realen Bedingungen........... 156
2.5.1 Allgemeine Grundsätze....................... 157
2.5.2 Hydrogeologisches Modell ..................... 157
2.5.3 Technisch-technologisches Modell.................. 163
2.6 Mathematische Hilfsmittel der Geohydraulik................. 166
2.6.1 Integration gewöhnlicher Differentialgleichungen ........... 166
2.6.1.1 Geschlossen integrierbare DGL................... 166
Inhaltsverzeichnis XI
2.6.1.2 Substitution der Variablen .................... 168
2.6.1.3 Separationsansatz ......................... 169
2.6.2 Integraltransformationen ...................... 170
2.6.2.1 Die Integralsätze von Gauss und Green............... 170
2.6.2.2 Die finiten FOURIER-Transformationen................ 171
2.6.2.3 Die LAPLACE-Transformation.................... 172
2.6.3 Superposition der Grundlösungen .................. 176
2.6.4 Spezielle Lösungsverfahren ebener Potentialströmungen ........ 177
2.6.4.1 Konforme Abbildungen ...................... 177
2.6.4.2 Hodographenverfahren....................... 179
2.6.4.3 Graphische Netzkonstruktion .................... 180
3. Analytische Lösungsverfahren ...................... 184
3.1 Berechnung der Grabenanströmung..................... 185
3.1.1 Stationäre Grabenanströmung.................... 186
3.1.1.1 Homogener Grundwasserleiter mit horizontaler Sohle ......... 186
3.1.1.2 Geschichteter Grundwasserleiter mit horizontaler Sohle ........ 193
3.1.1.3 „Undichter Grundwasserleiter (leaky aquifer) ............ 197
3.1.1.4 Grundwasserleiter mit geneigter Sohle............... 204
3.1.1.5 Grundlagen der Fragmentmethode................. 209
3.1.2 Nichtstationäre Grabenanströmung.................. 215
3.1.2.1 Standardisierung des mathematischen Modells ............ 215
3.1.2.2 Endlich ausgedehnter Grundwasserleiter ............... 218
3.1.2.3 Unendlich ausgedehnter Grundwasserleiter.............. 221
3.1.2.4 Weitere Anwendungen der LAPLACE-Transformation.......... 225
3.2 Berechnung der Brunnenanströmung .................... 226
3.2.1 Stationäre Brunnenanströmung .................. 228
3.2.1.1 Eindimensionale rotationssymmetrische Strömung........... 228
3.2.1.2 Brunnen als Quellen/Senken im horizontal-ebenen Grundwasserströmungs-
feld ............................... 237
3.2.2 Nichtstationäre Brunnenanströmung ................ 249
3.2.2.1 Unendlich ausgedehntes Strömungsfeld ............... 249
3.2.2.2 Berücksichtigung äußerer Randbedingungen ............. 258
3.2.3 Räumliches Strömungsfeld ..................... 266
3.2.3.1 Strömungsverhältnisse im Brunnenfilter ............... 266
3.2.3.2 Lage der freien Grundwasseroberfläche ............... 269
3.2.3.3 Potentialtheoretische Berechnung der Brunnenergiebigkeit ....... 278
3.2.4 Brunnenreihen und Brunnengruppen................. 287
3.2.4.1 Zeitliche Superposition....................... 287
3.2.4.2 Gruppen einzelbewirtschafteter Brunnen ............... 289
3.2.4.3 Brunnenreihen mit gleichmäßig verteilter Förderung.......... 293
3.2.4.4 Berechnung von Brunnengalerien mit Heberleitungen ......... 296
3.3 Berechnung vertikal-ebener Strömungen................... 300
3.3.1 Versickerung aus Kanälen und Gräben................ 300
XII Inhaltsverzeichnis
3.3.2 Durchsickerung von Erddämmen .................. 302
3.3.3 Unterströmung von Staubauwerken ................. 306
3.3.3.1 Staubauwerke mit Flachgründung .................. 306
3.3.3.2 Staubauwerk mit einer Dichtungswand................ 310
3.3.3.3 Staubauwerk mit mehreren Dichtungswänden und unsymmetrischer Grün-
dung ............................... 313
3.3.4 Ableitung von Fragmentgleichungen................ 317
4. Analoge und digitale Lösungsverfahren ................. 321
4.1 Analoge Modellierung........................... 321
4.1.1 Physikalisch ähnliche Modellversuche ............... 323
4.1.1.1 Grundlagen der Modellierung.................... 323
4.1.1.2 Modelltypen und Modellierungspraxis ................ 324
4.1.2 Spaltmodellversuche........................ 327
4.1.2.1 Grundlagen der Modellierung.................... 327
4.1.2.2 Modelltypen und Modellierungspraxis ................ 331
4.1.3 Elektroanaloge Kontinuummodellversuche .............. 334
4.1.3.1 Grundlagen der Modellierung.................... 334
4.1.3.2 Modelltypen und Modellierungspraxis ................ 336
4.1.4 Hydraulische und elektrische Netzwerkssimulation .......... 343
4.1.4.1 Grundlagen der Modellierung.................... 343
4.1.4.2 Modelltypen und Modellierungspraxis ................ 356
4.1.5 Spezielle Analogiemodelle ..................... 359
4.2 Digitale Simulation............................ 360
4.2.1 Einführung ............................ 360
4.2.2 Formulierung ortsdiskreter mathematischer Modelle.......... 361
4.2.2.1 Physikalische Verfahren ...................... 362
4.2.2.2 Finite-Differenzen-Verfahren .................... 367
4.2.2.3 Finite-Elemente-Methode...................... 375
4.2.2.4 Realisierung von singulären Quellen/Senken
in horizontal-ebenen Netzmodellen ................. 387
4.2.3 Bildung zeitdiskreter Modelle.................... 396
4.2.3.1 Zeitdiskretisierung......................... 396
4.2.3.2 Fehler- und Aufwandsanalyse.................... 402
4.2.3.3 Beispiele zeitdiskreter Modelle ................... 405
4.2.4 Analytisch-numerische Lösungsverfahren............... 416
4.2.4.1 Separation singulärer Quellen/Senken ................ 417
4.2.4.2 Randelementemethode ....................... 421
5. Lösung umgekehrter Aufgaben...................... 432
5.1 Allgemeine Grundlagen .......................... 432
5.1.1 Bildung des MPM......................... 432
5.1.2 Analyse des MPM........................ 435
5.1.3 Überprüfung des MPM und Sensitivitätsanalyse............ 436
Inhaltsverzeichnis XIII
5.1.4 Bildung des PIM und seine Analyse................. 436
5.1.5 Parameteridentifikation und Parameterprüfung ............ 438
5.1.6 Parameterinterpretation....................... 438
5.1.7 Planung des meßtechnisch zu erfassenden Prozesses.......... 439
5.2 Pumpversuchsauswertung ......................... 440
5.2.1 Parameterermittlung ........................ 441
5.2.2 Straight-Line-Verfahren ...................... 444
5.2.2.1 Einzelbrunnen bei konstanter Förderleistung oder Absenkung...... 445
5.2.2.2 Einzelbrunnen bei veränderlicher Förderleistung........... 449
5.2.2.3 Gruppenpumpversuche....................... 453
5.2.3 Type-Curve-Verfahren ....................... 454
5.2.3.1 Grundlagen............................ 455
5.2.3.2 Nutzung analytischer Lösungen................... 456
5.2.3.3 Nutzung numerischer Lösungen................... 460
5.2.4 Verfahren zur Minimierung von Gütefunktionen ........... 463
5.2.4.1 Grundlagen............................ 463
5.2.4.2 Demonstrationsbeispiel...................... 466
5.3 Identifikation verteilter Parameter...................... 469
5.3.1 Analyse der Aufgabenstellung.................... 469
5.3.2 Parameteridentifikation mit numerischen Modellen .......... 476
Literaturverzeichnis.............................. 481
Stichwortverzeichnis.............................. 491
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| author | Busch, Karl-Franz 1917-2003 Luckner, Ludwig 1940- Tiemer, Klaus |
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