RESOURCES Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit

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Fabian Grosse
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1 RESOURCES Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit Lösungen zu Datenmanagement, Modellkopplung und Ergebnisvisualisierung im Workflow der Grundwassermodellierung Leoben,

2 Inhalt Modellierungs-Software Workflow in der Grundwassermodellierung Was ist zu tun? Verfügbare Methoden in FEFLOW und ArcGIS Zusätzliche Tools am RESOURCES Modellkopplungen-Spezialmodule GW/Stickstoff-Neubildung aus StotraSim-Ergebnissen Überflutungsmodul Modul für Wärmetransport

3 Modelierungssoftware FEFLOW von DHI-WASY GmbH Geometrie Finite Elemente 2D-horizontal, 2D-vertikal und 3D (Schichten) Modeltypen Gespannt oder ungespannt Gesättigte und ungesättigte Strömung Stationär / instationär Stofftransport Wärmetransport Klüfte und Störungen

4 Workflow in der Grundwassermodellierung Problemanalyse und Modelldefinition Welche Fragen sind mit dem Modell zu beantworten? Hydrogeologische Analyse des Projektgebietes -> Konzeptmodell Entscheidung für Modellansatz und Modellierungssoftware Modellerstellung Netzgenerierung Stauer und Materialwerte zuweisen Randbedingungen definieren GWN Kalibration + Kalibrationsauswertung Variantensimulation Verändern von Randbedingungen, eventuell ändern von Materialwerten oder sogar Elementenetz Berechnung (bei Bedarf Einsatz von Spezialmodulen bzw. Koppelung mit externen Simulationen) Ergebnisvisualisierung, Auswertung und Variantenvergleich

5 Netzgenerierung und Zuweisen von Materialwerten Projektgebiet Oberflächengewässer Brunnen ArcGIS und Standard FEFLOW Funktionen

6 Gnasbach Randzufluss instationionäre Randbedingungen GWSP Mur Entnahme GWN

7 Erstellen von Randbedingungen Arbeiten mit Zeitreihen Zeitreihenbearbeitung Konvertieren von Zeitreihen aus Fremdformaten Editieren und bearbeiten von Zeitreihen Berechnen Tagesmittel-/Tagessummen-Zeitreihen Umrechnungen mehrerer Zeitreihen (z.b. Verschieben) Ergänzen von Datenlücken mittels Regressionsanalyse Linearspeichermodell zur Abschätzung von Randzuflüssen Konvertierung von mehreren Zeitreihen in das Datenformat für FEFLOW mit Zusatzdatei für die geografische Zuordnung der Zeitreihen im Model Schneekorrektur (N inkl. Schnee -> flüssigen N)

8 Erstellen von Wasserspiegelganglinien als Randbed. für Oberflächengewässer GWModelTool Generieren von Zeitreihen entlang eines Gewässerabschnittes durch verschieben gemessener Wasserspiegelganglinien mittels Bezugspunkten mit Höhen aus dem Laserscan QProfFlow Abflussberechnung nach Strickler Konvertierung von Flussprofilen aus Fremdformaten Stationäre Abflusssberechnung für jeden Tag des Modellzeitraums -> WSP-Ganglinien als Zeitreihen

9 Koppelung der Grundwasserneubildung Zeit-Tiefen-Profile für jedes Hydrotop aus STOTRASIM + extra Zeitreihen Konvert -Tool FSS-Datei für Feflow Plugin FEFLOW + GWN- Rechen- Plugin Polygon-Shape mit Hydrotopen HydrotopID zu Element zuweisen DAT-Datei mit HydrotopID für jedes Element GWR-Datei Raster mit GOK GOK zu Element zuweisen DAT-Datei mit GOK für jedes Element GWR- Auswerte- Plugin

10 Kalibrationsunterstützung durch ArcGIS-AddIn

11 Ergebnisvisualisierung und Auswertung In Feflow bereits integriert Darstellung der Ergebnisse für ausgewählte Zeitschritte Isolinien, Farbverlauf mit Legende mit Hintergrundkarten Export als Snapshot oder Animation Ganglinien für definierte Punkte (Observation Points) Bilanzen Zusatzmethoden am RESOURCES Export von Ergebnissen als ArcGIS-Raster Berechnung von statistischen Rastern für GWSP, Stoff und Temperatur (Q25, Q50, Q75, Q2.5%, Q5%, Q95% und Q97.5%) Berechnung von Stromlinien Instationär berechnete Brunneneinzugsgebiete

12 Dynamik im Istzustand Dynamik bei Betrieb der Kraftwerke

Instationäre Berechnung von Brunneneinzugsgebieten Bei der instationären Berechnung von Brunnen- EZGs werden Partikel in regelmäßigem Abstand zu regelmäßigen Zeitschritten gestartet und deren Weg

13 Instationäre Berechnung von Brunneneinzugsgebieten Bei der instationären Berechnung von Brunnen- EZGs werden Partikel in regelmäßigem Abstand zu regelmäßigen Zeitschritten gestartet und deren Weg durch den Aquifer berechnet. Gelangt das Partikel dabei in einen Brunnen zählt der Ausgangspunkt zum Einzugsgebiet des Brunnens. Als Ergebnis der Berechnung können min. mittl. und max. Verweildauer flächenhaft dargestellt werden

14 Überflutungs- Modul Für jeden Bodentyp: Infiltration in ungesättigter Phase aus 2D- Vertikalmodell (Hydrus oder Feflow) und Bodenmächtigkeit Überflutungsganglinien aus Überflutungsberechnung (HydroAS2D) GOK aus zusätzlicher Datei

15 Überflutungs-Modul

16 Wärmeaustausch zwischen Grundwasser und Atmosphäre Bodenoberflächentemperatur GWN GW GW Wärmestrom

Pufferung im GW-Stauer Als FEFLOW-Plugin realisiert Wärmetransportmodul

17 Annäherung an exakte 3D-Lösung durch Wärmespeicherung und Leitung in Schichten Berücksichtigung des GW- Schwankungsbereichs und der GWN Pufferung im GW-Stauer Als FEFLOW-Plugin realisiert Wärmetransportmodul für 2D-horizontale Modelle Veränderung der GW-Temperaturdurch Errichtung eines Baggersees

18 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Gerhard Rock Institut für Wasser, Energie und Nachhaltigkeit Elisabethstraße 18/II 8010 Graz, Austria

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