Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3421
Neuendorf, Olaf
Numerische 3D-Simulation des Stofftransports in einem heterogenen Aquifer
305 S., 1997
Die Kombination von Feldexperimenten mit numerischen Simulationen spielt eine wichtige
Rolle bei der Beschreibung des Ausbreitungsverhaltens von gelösten Schadstoffen
im Grundwasser. Für eine sinnvolle und umfassende Untersuchung müssen
jedoch viele tausend Messungen für mehr als ein Dutzend von Parametern
durchgeführt werden. Auf der anderen Seite müssen ganz erhebliche
Computer-Resourcen zur Verfügung stehen. Hier wird im wesentlichen ein
Aspekt der Feldexperimente vorgestellt, der sich mit der Messung der
Permeabilität beschäftigt. Ein Flowmeter wurde verwendet, um für
mehrere hundert Positionen in situ Meßwerte zu gewinnen. Der Hauptteil
dieser Arbeit aber beschäftigt sich mit der Entwicklung eines effizienten
Software-Paketes, das in der Lage ist, die Bewegung einer Schadstoffwolke in 3D
mit hoher Auflösung und unter Berücksichtigung des chemischen Verhaltens
zu beschreiben. Das Programm TRACE simuliert die Wasserströmung und basiert
auf der Methode der Finiten Elemente bzw. auf dem Schwarz-Verfahren, das die
Parallelisierung erlaubt. PARTRACE simuliert die Bewegung einer gelösten
Substanz in einem gegebenen Fließfeld und verwendet dazu ein Particle
Tracking Verfahren. Diese Methode ist von sich aus nahezu ideal zur
Parallelisierung geeignet, so daß kein zusätzliches Verfahren wie
das Schwarz-Verfahren benötigt wird. Die Software ist in der Lage,
zeitabhängige Randbedingungen, gesättigte/ungesättigte Gebiete
und - ganz besonders wichtig - nichtlineares chemisches Verhalten zu
berücksichtigen. Beide Programme können auf massiv parallelen
Computersystemen wie der Intel Paragon oder der Cray T3E eingesetzt werden.
Für zahlreiche Simulationen werden die Ergebnisse vorgestellt, wobei
beide Programme eine gute Skalierung zeigen.
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