Abschlussbericht des Graduiertenkollegs (pdf) - Zentrum für ...

9.4 Angewandte Geologie, Hydrogeologie
Univ.-Prof. Dr. D. Schenk, Univ.-Prof. Dr. R. Oberhänsli und Mitarbeiter (Institut für Geowissenschaften)
9.4.1 Modellierung von Porenraumgeometrien und Transport in korngestützten porösen Medien
Bearbeiter: Dipl.-Geol. Frieder Enzmann
Hauptbetreuer: Univ.-Prof. Dr. D. Schenk
Poröse Medien spielen in der Hydrosphäre eine wesentliche Rolle bei der Strömung und beim Transport
von Stoffen. In diesem Raum finden komplexe Prozesse statt: Advektion, Konvektion, Diffusion, hydromechanische
Dispersion, Sorption, Komplexierung, Ionenaustausch und Abbau. Die strömungsmechanischenund
die Transportverhältnisse in porösen Medien werden direkt durch die Geometrie des Porenraumes
selbst und durch die Eigenschaften der transportierten (oder strömenden) Medien bestimmt. In der Praxis
wird eine Vielzahl von empirischen Modellen verwendet, die die Eigenschaften des porösen Mediums in
repräsentativen Elementarvolumen wiedergeben. Die Ermittlung der in empirischen Modellen verwendeten
Materialparameter (z.B. Porosität, Permeabilität, Dispersivität) erfolgt i.d.R. über Labor- oder Feldbestimmungsmethoden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Computermodell PoreFlow entwickelt, welches die hydraulischen Eigenschaften
eines korngestützten porösen Mediums aus der mikroskopischen Modellierung des Fluidflusses
und Transportes ableitet. Das poröse Modellmedium wird durch ein dreidimensionales Kugelpackungsmodell,
zusammengesetzt aus einer beliebigen Kornverteilung, dargestellt. Im Modellporenraum wird die
Strömung eines Fluids basierend auf einer stationären Lösung der Navier-Stokes-Gleichung simuliert. Nach
der Strömungssimulation kann eine Stofftransportmodellierung auf Basis einer instationären Lösung der
advektiv-diffusiven Transportgleichung in einem nunmehr bestehenden Porenströmungsfeld erfolgen. Die
Ableitung der Transportparameter erfolgt direkt aus den resultierenden Daten der Strömungs- und Transportsimulation
(Vektoren der Bahngeschwindigkeiten, Bahnwege von Tracerpartikeln aus Monte-Carlo-
Simulationen). Die Ergebnisse der Modellsimulationen an verschiedenen Modellmedien werden mit den
Ergebnissen von Säulenversuchen (Durchströmungs- und Tracerversuche) verglichen. Bei den Modellsimulationen
zeigt sich bei Variation der Kugelverteilungen eine deutliche Abhängigkeit der effektiven Transportparameter
von den entstehenden Porenraumgeometrien (Erniedrigung der Durchlässigkeit und Erhöhung der
Dispersivität bei Erhöhung des Ungleichförmigkeitsgrades einer Kugelverteilung). Die gleichen qualitativen
Zusammenhänge sind bei den Experimentbefunden zu beobachten. Quantitativ sind die Modellsimulationen
mit den Ergebnissen der Säulenversuche nicht direkt zu vergleichen, da im Modell nur wesentlich
kleinere Systeme simuliert werden können.
Ergebnisse: Die Modellierung/Generierung des Porenraumes und die Simulation von Strömung und Transport
in diesem Raum ist möglich und führt zur Ableitung der effektiven Transportparameter. Allerdings
sind die Ergebnisse dieser Modellsimulationen nur bedingt, aufgrund der unterschiedlichen Systemgrößen,
mit Standardsäulenversuchen vergleichbar.
9.4.2 Mobilisation von Schwermetallen aus Fahlerzen in Grundwässern im Bereich Rheinhessisches
Hügelland als Folge anthropogen bedingten Nitrateintrages
Bearbeiter: Dipl.-Geol. Harald Schmitt
Hauptbetreuer: Univ.-Prof. Dr. D. Schenk
Die chemischen Analysen der gelösten Inhaltsstoffe der Mischwässer im Raum Alzey aus den Brunnen und
Quellen, sowie den Bachquellen im Untersuchungsgebiet zeigten, daß es sich bei den Wässern zur Hauptsache
um hydrogenkarbonat- sulfat- chloridhaltige Erdalkali-Wässer handelt. Daneben liefern die Tiefbrunnen
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