Numerische Berechnung dreidimensionaler Strömungsvorgänge um Grundwasser-Zirkulations-Brunnen zur In-situ-Grundwassersanierung:
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Düsseldorf
VDI Verl.
1997
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| adam_text | Titel: Numerische Berechnung dreidimensionaler Strömungsvorgänge um Grundwasser-Zirkulations-Brunnen zur
Autor: Stamm, Jürgen
Jahr: 1997
FORTSCHRITTBERICHTE VM Dipl.-Ing. Jürgen Stamm, Karlsruhe Numerische Berechnung dreidimensionaler Strömungsvorgänge um Grundwasser- Zirlculations-Brunnen zur In-situ-Grundwassersanierung Reihe 15 : Umwelttechnik Nr. 169
INHALTSVERZEICHNIS _ V Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 1.1 Problematik................................. 2 1.2 Zielsetzung ................................. 6 2 Das Sanierungsverfahren 9 2.1 Funktionsweise der Grundwasser-Zirkulations-Brunnen......... 10 2.1.1 Die Grundwasserzirkulation mit In-situ-Strippung........ 10 2.1.2 Die Grundwasserzirkulation mit On-site-Behandlung ...... 19 2.1.3 Multiple Zirkulationsfelder..................... 20 2.1.4 Die wasserungesättigte Zirkulation ................ 22 2.1.5 Vorteile und Nachteile des Verfahrens............... 24 2.2 Charakterisierung der hydraulischen Strömung.............. 26 2.3 Dimensionsanalyse der GZB-Strömung.................. 30 2.3.1 Der GZB im Aquifer ohne Grundströmung............ 32 2.3.2 Der GZB im gespannten Aquifer mit Grundströmung...... 37 3 Das Superpositionsmodell 41 3.1 Überblick.................................. 41 3.2 Mathematisch - physikalische Grundgleichungen............. 42 3.3 Das numerische Modell........................... 45 3.3.1 Lösung der radialsymmetrischen Strömungsgleichung...... 45 3.3.2 Ermittlung der Fließgeschwindigkeiten am Knoten........ 49 3.3.3 Ermittlung der ungesättigten Leitfähigkeit............ 51 3.3.4 Superposition im 3D-Raumgitter ................. 58 3.3.5 Ermittlung der Trennstromflächen................. 63 3.4 Vergleich mit analytischen Berechnungen................. 66
VI _ 4 Die vertikal-rotationssymmetrische Grundwasserzirkulation 73 4.1 Das Potential- und Stromlinienfeld.................... 73 4.1.1 Gespannte Grundwasserleiter ................... 73 4.1.2 Grundwasserleiter mit freier Oberfläche.............. 77 4.2 Untersuchung der Fließgeschwindigkeiten und Fließzeiten........ 80 4.2.1 Das Fließgeschwindigkeitsfeld eines GZB............. 80 4.2.2 Fließzeiten im Wirkungsbereich der Zirkulation......... 82 4.3 Die Teilstromentnahme und -Zugabe.................... 86 4.3.1 Dimensionsanalytische Betrachtung der Teilstromsysteme .... 87 4.3.2 Vergleich des Teilstromentnahmesystems mit einer herkömmlichen Brunnenentnahme....................... 88 4.3.3 Bemessungsdiagramme....................... 91 4.4 Einfluß geschichteter Aquiferstrukturen.................. 93 4.4.1 Grundlagen............................. 94 4.4.2 Dimensionsanalyse......................... 98 4.4.3 Bemessungsdiagramme.......................100 5 Die Grundwasserzirkulation im gespannten Aquifer mit Grundströmung 105 5.1 Das Potential- und Stromlinienfeld....................105 5.2 Untersuchung der Fließgeschwindigkeiten und der Fließzeiten......111 5.2.1 Betrachtung der Fließgeschwindigkeiten..............111 5.2.2 Betrachtung der Fließzeiten....................114 5.2.3 Betrachtung dreidimensionaler Isochronenflächen ........119 5.3 Die Teilstromentnahme und -zugabe....................121 5.3.1 Bemessungsdiagramm für gespannte Grundwasserleiter.....126 5.3.2 Anwendung auf eine Grundwasseraufbereitungsanlage......126 5.4 Bemessung einer Brunnenreihe.......................129 5.4.1 Laterale Anordnung ........................ 129 5.4.2 Axiale Anordnung ......................... 137 5.5 Einfluß geschichteter Aquiferstrukturen..................139 5.5.1 Dimensionsanalyse......................... 140 5.5.2 Bemessungsdiagramme....................... 141
INHALTSVERZEICHNIS _ VII 6 Modellierung dreidimensionaler Grundwasserströmungen mit freier Oberfläche 145 6.1 Mathematisch-physikalische Grundlagen .................145 6.2 Das numerische Modell...........................146 6.2.1 Lösung der Bewegungsgleichung..................146 6.2.2 Die Füllungsgrad-Methode.....................151 7 Die Grundwasserzirkulation im phreatischen Aquifer mit Grundströmung 157 7.1 Das Strömungsmodell............................157 7.1.1 Das hydraulische Fließregime ...................159 7.1.2 Vergleich zwischen H0080 und SPM................163 8 Feldanwendung 165 9 Untersuchung des Stofftransports um einen GZB 173 9.1 Berechnungsgrundlagen...........................173 9.2 Vergleich der Stofftransportberechnungen mit und ohne Berücksichtigung der Dispersion.............................177 9.3 Sensitivitätsstudie zur vertikal-rotationssymmetrischen Stoffausbreitung um GZB-Anlagen..............................181 10 Zusammenfassung und Ausblick 191 Anhang 195 Literatur 201
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