Applied numerical modeling of saturated / unsaturated flow and ...

Angewandte numerische Modellierung der gesättigten / ungesättigten
Strömung und des reaktiven Schadstofftransports-
Evaluierung von Strategien der Standorterkundung
und Umweltwirkungsprognose
Kurzfassung
CHRISTOF BEYER
Diese Arbeit stellt die Verwendung numerischer Modelle gesättigt / ungesättigter
Strömungs- und reaktiver Stofftransportprozesse in porösen Medien als
Bewertungsinstrument in zwei verschiedenen Anwendungsfeldern vor.
Der erste hier betrachtete Themenkomplex behandelt die computerbasierte Evaluierung
von Erkundungsstrategien für kontaminierte Böden und Grundwasserleiter. Hierzu wird
das Konzept der „Virtuellen Aquifere“ (VA) eingeführt und anhand einer Bewertung
der sogenannten Center-Line Methodik zur Schadstofffahnenerkundung demonstriert.
Die Center-Line Methode wird in der Praxis häufig zur Erhebung von Daten
angewendet, auf deren Grundlage Schadstoff-Abbauratenkonstanten abgeschätzt
werden können. Die Bewertung dieser Vorgehensweise wird durch eine Analyse der
dabei auftretenden Fehler und Unsicherheiten vorgenommen, indem die Methode bei
synthetischen kontaminierten Aquifermodellen angewendet wird, die am Computer
durch numerische Simulation der Schadstoffausbreitung generierten wurden. Durch
Monte-Carlo Simulationen und Sensitivitätsanalysen werden die Einflüsse von
Messfehlern, Aquifer-Heterogenität und Modellparametrisierung quantifiziert. In einem
zweiten Anwendungsbeispiel wird die VA-Methodik zur Ableitung und Prüfung eines
neuen Ansatzes zur Schätzung von Parametern mikrobieller Abbaukinetiken
angewendet. Die Eignung des Verfahrens wird in synthetischen heterogenen Aquiferen
geprüft. Darüber hinaus wird die Fehler- und Unsicherheitspropagation von den
geschätzten Abbauparametern zu mit diesen prognostizierte Schadstofffahnenlängen
untersucht, um Indikatoren für die Aussagekraft der Parameter zu erhalten. Das
Verfahren wird durch einen Vergleich mit häufig angewendeten Näherungen durch
Kinetiken erster Ordnung bewertet.
Der zweite im Rahmen dieser Arbeit behandelte Themenkomplex ist die Bewertung der
Umweltauswirkungen von Schadstoffausträgen aus Straßenbauten durch Typszenarienmodellierung.
Hier werden zwei allgemeine Konzepte zur Modellierung von Strömung
und Transport, der Eulerische und der Larangesche Ansatz, miteinander kombiniert.
Das Ausmaß des Schadstoffeintrags aus belastetem im Straßenbau eingesetztem
Recycling-Bauschutt ins Grundwasser wird durch Einsatz der mit einander gekoppelten
numerischen Modelle GeoSys/Rockflow und SMART bewertet. Die Transportsimulationen
werden für eine Reihe typischer Unterbodeneinheiten Deutschlands
durchgeführt, um die Sensitivität des Schadstofftransportverhaltens auf die
Unterbodeneigenschaften zu untersuchen. Die relevanten Schadstofftransport- und
Attenuierungsprozesse im Straßenaufbau und den Unterböden werden identifiziert. Die
Studie ermöglicht wichtige Schlüsse im Hinblick eine Nutzung und Förderung dieser
Mechanismen zu einer weiteren Reduktion der Schadstoffeinträge ins Grundwasser.
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