Grundwasserhydraulik: Strömungs- Und Transportvorgänge

ISBN-13: 9783528077136 / Niemiecki / Miękka / 1997 / 204 str.

Ioan David; Ioan David

Opis

Stromungs- und Transportvorgange im Grundwasser lassen sich durch mathematisch-numerische Modelle gut beschreiben. Fur Bauingenieure, Hydrogeologen und Umweltwissenschaftler wird in diesem Buch der Modellierungs ausfuhrlich und anhand praxisorientierter Beispiele vorgestellt.

Spis treści

1 Einleitung.- 1.1 Historischer Überblick über Grundwasser und Grundwasserleiter.- 1.2 Begriffsbeschreibung.- 1.2.1 Grundwasserhydraulik in der technischen Mechanik.- 1.2.2 Normung der Begriffe nach DIN 4049.- 1.2.3 Allgemeines Schema zur Modellierung eines materiellen Systems.- 1.3 Aspekte der Bedeutung des Grundwassers und der Grundwasserhydraulik für die Ingenieurpraxis.- 2 Grundgleichungen der Grundwasserströmung.- 2.1 Einleitung.- 2.2 Die Bewegungsgleichung.- 2.2.1 Möglichkeiten zur Entwicklung.- 2.2.2 Herleitung aus den Gleichungen der Hydromechanik.- 2.2.2.1 Beschreibung der Grundgleichungen der Hydromechanik.- 2.2.2.2 Schema für die Herleitung der Bewegungsgleichung in porösen Medien mit Hilfe der Grundgleichungen der Hydromechanik.- 2.2.3 Die Bewegungsgleichung als Erfahrungsgesetz.- 2.2.4 Bemerkungen über die Bewegungsgleichung.- 2.2.4.1 Gültigkeit der linearen Bewegungsgleichung.- 2.2.4.2 Übersicht über die unterschiedlichen Formen der Durchlässigkeit.- 2.2.4.3 Sonderformen des DARCY-Gesetzes.- 2.3 Bilanzgleichungen — Kontinuitätsgleichungen der Grundwasserströmung.- 2.3.1 Allgemeine lokale und globale Form der Kontinuitätsgleichung.- 2.3.2 Sonderformen der lokalen Kontinuitätsgleichung.- 3 Anfangs- und Randwertaufgaben.- 3.1 Allgemeine Beschreibung.- 3.2 Naturausschnitt und Idealisierung des Strömungsgebietes.- 3.3 Rand- und Anfangsbedingungen.- 4 Problemstellungen mit Beispielen.- 4.1 Allgemeines.- 4.2 1D Grundwasserströmung.- 4.2.1 Gespannter Grundwasserleiter.- 4.2.2 Grundwasserleiter mit freier Oberfläche (mit D.-F.-Annahme).- 4.3 2D Strömungsfälle.- 4.3.1 Gespannte Grundwasserströmung.- 4.3.2 Freie Grundwasserströmung (ohne D.-F.-Annahmen).- 5 Lösungsverfahren und Beispiele zu GW-Strömungsproblemen.- 5.1 Einleitung.- 5.1.1 Allgemeine Betrachtungen.- 5.1.2 Anmerkungen zu Lösungsverfahren.- 5.2 Analytische Lösungsverfahren mit Beispielen.- 5.2.1 1D gespannter Grundwasserleiter.- 5.2.2 1D ungespannter Grundwasserleiter mit D.-F.-Annahmen.- 5.2.3 Analytische Lösungen für 2D Strömungen.- 5.2.3.1 Potentialfunktion (?).- 5.2.3.2 Stromfunktion (?).- 5.2.3.3 Anwendung der analytischen Funktionen zur Lösung von 2D Problemen.- 5.2.3.4 Beispiele analytischer Lösungen von 2D Grundwasserströmungen.- 5.3 Numerische Lösungsverfahren.- 5.3.1 Die Finite Differenzen Methode FDM.- 5.3.1.1 1D, stationäre Strömungsmodellierung für homogene, gespannte GW-Leiter.- 5.3.1.2 1 D, stationäre Strömungsmodellierung für inhomogene, gespannte GW-Leiter.- 5.3.1.3 1D, stationäre Strömungsmodellierung für inhomogene, freie GW-Leiter.- 5.3.1.4 1D, instationäre Strömungsmodellierung in homogenen, freien GWLeitern.- 5.3.1.5 Allgemeine Betrachtungen zur Modellierung stationärer 2D Grundwasserströmungen mit FDM.- 5.3.1.6 2D, stationäre Strömungsmodellierung für homogene, gespannte GW-Leiter.- 5.3.1.7 2D, stationäre Strömungsmodellierung für inhomogene, gespannte GW-Leiter.- 5.3.1.8 2D, instationäre Grundwasserströmungsmodellierung mit freier Oberfläche, horizontale Ebene, D -F -Annahme.- 5.3.2 Die Finite Volumen (Zellen) Methode FVM.- 5.3.2.1 1D, stationäre Strömungsmodellierung für inhomogene, gespannte GW-Leiter.- 5.3.2.2 2D, stationäre Strömungsmodellierung für homogene gespannte GW-Leiter.- 5.3.3 Die Finite Elemente Methode (FEM).- 5.3.3.1 1D Strömungsmodellierung, inhomogener gespannter GW-Leiter.- 5.3.3.2 Grundlagen der FEM für 2D stationäre Strömungsmodellierung im gespannten, inhomogenen GW-Leiter.- 5.3.3.3 Anwendung der FEM für 2D Strömungsprobleme, gespannter inhomogener GW-Leiter.- 5.3.4 Die Randelementmethode (REM, BEM) für 2D Grundwasserströmungsprobleme.- 5.3.4.1 Allgemeine Betrachtungen.- 5.3.4.2 Die REM zur Lösung von 1D Strömungsproblemen in homogenen Grundwasserleitern.- 5.3.4.3 REM zur Lösung von 2D Strömungsproblemen in homogenen GWLeitern.- 5.3.4.4 Anwendung der REM.- 5.4 Numerisches Berechnungsbeispiel für 1D Strömungsprobleme mit FDM, FVM, FEM.- 5.4.1 Allgemeines.- 5.4.2 Lösung mit Hilfe der Finiten Differenzen Methode FDM (Fall BI).- 5.4.3 Lösung mit Hilfe der Finiten Volumen (Zellen) Methode.- 5.4.4 Lösung mit Hilfe der Finiten Element Methode FEM.- 5.4.5 Lösung durch Integration (analytisches Verfahren).- 5.4.6 Vergleich der Ergebnisse.- 5.5 Numerisches Berechnungsbeispiel fir 2D Strömungsprobleme mit FEM.- 6 Modellierung der Schadstofftransportvorgänge im Grundwasser.- 6.1 Allgemeine Betrachtungen.- 6.2 Beschreibung und mathematische Darstellung der Transportprozesse.- 6.2.1 Allgemeine Betrachtungen über die Wechselwirkung Schadstoff — Transport-Strömung.- 6.2.2 Beschreibung und mathematische Darstellung der wichtigsten Transportprozesse.- 6.2.2.1 Konvektion (Advektion).- 6.2.2.2 Molekulare Diffusion.- 6.2.2.3 Dispersion.- 6.2.2.4 Adsorption / Desorption.- 6.2.2.5 Abbauprozesse.- 6.2.2.6 Zusätzliche Substanzeinträge ins Aquifer.- 6.3 Grundgleichungen der Transportvorgänge im Aquifer.- 6.3.1 Allgemeine Transportgleichungen in differentieller und integraler Form.- 6.3.1.1 Zusammensetzung aller transportrelevanter Prozesse.- 6.3.1.2 Herleitung der Transportgleichung.- 6.3.1.3 Gemittelte Formen der Transportgleichung.- 6.3.1.4 Dimensionslose Form der Transportgleichung.- 6.4 Problemstellung zur Modellierung von Transportvorgängen im Aquifer.- 6.4.1 Allgemeine Betrachtung.- 6.4.2 Anfangs- und Randbedingungen.- 6.4.3 Transportproblemstellung mit Beispielen.- 6.5 Lösungsverfahren und Beispiele zu Schadstofftransportproblemen.- 6.5.1 Allgemeine Betrachtungen.- 6.5.2 Beispiele zur analytischen Lösung der Transportgleichung.- 6.5.3 Die Finite Differenzen Methode (FDM).- 6.5.3.1 Differenzenschemata der 1D Strömung und des 1D Transports.- 6.5.3.2 Stabilitätsanalyse der Differenzenverfahren.- 6.5.3.3 Numerische Dispersion.- 6.5.4 Die Finite Volumen Methode (FVM).- 6.5.5 Die Charakteristische Methode (CHM).- 6.5.6 Das Random-Walk-Verfahren.- 6.5.7 Allgemeine Betrachtungen zur Anwendung unterschiedlicher Verfahren.- 7 Mathematische Hilfsmittel (Kurzüberblick).

O autorze

Prof. Dr.-Ing. Ioan David lehrt am Institut für Numerische Methoden und Informatik im Bauwesen der TU Darmstadt.

Blurb

Grundwasserhydraulik ist eine Einführung in die Grundlagen der mathematisch-numerischen Modellierung von Strömungs- und Transportvorgängen im Grundwasser. Sowohl für Studenten als auch für Praktiker wird das Fachgebiet durch wachsende Nutzung und Beeinflussung der Grundwasserreservoire zu einem immer wichtigeren Tätigkeitsbereich.
Es werden die Strömungs- und Transportprozesse im Grundwasserleiter und deren Grundgleichungen ausführlich in logischer und didaktischr Reihenfolge mit zahlreichen anschaulichen Abbildungen, Skizzen und praxisorientierten Beispielen vorgestellt. Eine durchgängige Konzeption wurde auch für die Darstellung der Grundlagen der wichtigsten Lösungsverfahren der Strömungs- und Transportgleichungen gewählt.