Numerische 3D-Simulation des Stofftransports in einem heterogenen Aquifer

Die Kombination von Feldexperimenten mit numerischen Simulationen spielt eine wichtige Rolle bei der Beschreibung des Ausbreitungsverhaltens von geloesten Schadstoffen im Grundwasser. Fuer eine sinnvolle und umfassende Untersuchung muessen jedoch viele tausend Messungen fuer mehr als ein Dutzend von Parameter durchgefuehrt werden. Auf der anderen Seite muessen ganz erhebliche Computer-Resourcen zur Verfuegung stehen. Hier wird im wesentlichen ein Aspekt der Feldexperimente vorgestellt, der sich mit der Messung der Permeabilitaet beschaeftigt. Ein Flowmeter wurde verwendet, um fuer mehrere hundert Positionen in situ Messwerte zu gewinnen. Der Hauptteil dieser Arbeit aber beschaeftigt sich mit der Entwicklung eines effizienten Software-Paketes, das in der Lage ist, die Bewegung einer Schadstoffwolke in 3D mit hoher Aufloesung und unter Beruecksichtigung des chemischen Verhaltens zu beschreiben. Das Programm TRACE simuliert die Wasserstroemung und basiert auf der Methode der Finiten Elemente bzw. auf dem Schwarz-Verfahren, das die Parallelisierung erlaubt. PARTRACE simuliert die Bewegung einer geloesten 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 zusaetzliches Verfahren wie das Schwarz-Verfahren benoetigt wird. Die Software ist in der Lage, zeitabhaengige Randbedingungen, gesaettigte/ungesaettigte Gebiete und - ganz besonders wichtig - nichtlineares chemisches Verhalten zu beruecksichtigen. Beide Programme koennen auf massiv parallelen Computersystemen wie der Intel Paragon oder der Cray T3E eingesetzt werden. Fuer zahlreiche Simulationen werden die Ergebnisse vorgestellt, wobei beide Programme eine gute Skalierung zeigen. (orig.)The combination of field experiments and numerical simulation plays an important role in the characterization of the behaviour of dissolved substances in groundwater. Thousands of measurements have to be performed for many different parameters while numerical simulations need an extremely high number of computer resources. Here, mainly one aspect of the field experiments is presented, which deals with the measurement of the permeability. A flowmeter was used to achieve in situ results for several hundred locations. But the major part of this work deals with the development of an efficient software package which is able to simulate the movement of a solute plume in 3D with high resolution and with regard to its chemical behaviour. The program TRACE describes the water flow and is based on the finite element method and the Schwarz method which allows the parallelization of this software. PARTRACE simulates the solute movement in a given flow field and uses a particle tracking method. This method is ideal for parallelization and therefore no additional method is required. The software is able to deal with time dependent boundary conditions, saturated/unsaturated areas and - most important - with nonlinear chemical behavior. Both programs are able to run on massively parallel computer systems like Intel Paragon or Cray T3E. Results for many different simulations are given. Both programs show good scaling behaviour. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RA 831(3421) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman