Übersicht	EDV-Methoden in den Geowissenschaften

Einstieg in Visual Modflow 2.8.2 Ch. Lindenbeck & H. Ulmer Inhalt dieser Seite Einleitung Anwendungsbeispiel Einführung in das Modellgebiet Kochbuchanleitung zur Eingabe Bedeutung der Symbole Aufgabe Anwendungsbeispiel Mit dem Visual MODFLOW Beispieldatensatz soll ein kleines Grundwassermodell erstellt werden. 'Learning by doing': Unterschiedliche Ausgaben sollen am Bildschirm entsprechend der angefügten Kochbuchanleitung erzeugt werden. Verschiedene Gesichtspunkte werden dabei erläutert: Mehrschichtmodell Aquifer - Aquitard - Aquifer Import verschiedener Kartenelemente Festlegen der Fluss- und Randbedingungen Einfluss eines Brunnens auf die Grundwasserbewegung Berechnung der Grundwasserhöhen, etc. mit MODFLOW und deren Ausgabe Verbreitung einer Schadstofffahne (prinzipiell). Einführung in das Modellgebiet Im Modellgebiet befinden sich ein Flughafen, eine Siedlung, ein aufgegebenes Bohrloch, sowie Brunnen zur Wasserversorgung der Siedlung. Die Oberfläche hat ein Gefälle von N nach S. Drei hydrogeologisch relevante Schichten bauen das zu untersuchende Modellgebiet auf. Im Liegenden ein gespannter Aquifer aus Sand und Kies, darüber ein Aquitard aus Ton und Silt und im Hangenden ein ungespannter Aquifer aus Sand und Kies. Der Fluss im Süden ist an den oberen Aquifer angebunden. Die beiden Versorgungsbrunnen entnehmen Wasser aus dem unteren Aquifer. Kochbuchanleitung zur Eingabe Die Eingabe erfolgt über verschiedene Bildschirmkomponenten: die Menüleiste am oberen Bildschirmrand die Buttonleiste an der linken Bildschirmseite verschiedene Fenster Bedeutung der Symbole

Symbolik Bedeutung Beispiel Bedeutung [ ] Buttonname [Add Well] Eingabe einer neuen Bohrung in der angeklickten Rasterzelle < > Option in Menüleiste <BOUNDARIES> Festlegen von Parametern verschiedener Randbedingungen li MT linke Maustaste 1x klicken NW-Ecke li MT In der NW-Ecke des Modellgebiets linke Maustaste klicken re MT rechte Maustaste 1x klicken ... ... (Fx) Funktionstaste x 1x klicken F10 Rückkehr ins Hauptmenu ("") Bemerkung ("wird pink markiert") Beschreibt die Reaktion auf eine erfolgreiche Selektion   Bemerkung Bedeutung der Aktion... Kommentar

- Kopieren und entpacken Sie die Datei "airport.zip" von Ilias in einem Unterverzeichnis ihres Homeverzeichnisses. - VisualModflow2.8.2 starten. - Unter <FILE> <NEW> einen Namen für das Grundwassermodell eingeben. - Create model using base Map anklicken. Map Filenamen eintragen (ihr temporäres Arbeitsverzeichnis\airport.dxf) - Eingabe der Gitternetzparameter: (Diskretisierung des Modellraums) Columns/Rows je 40, Layers 3 (Es gibt 3 Grundwasserstockwerke) Zmin = 0, Zmax = 10. [Create] Ein neues Fenster (Select Model Region) erscheint: Bei Display Area und Model Corners X1=0, Y1=0, X2=2000, Y2=2000 eintragen. Bei Model Origin: X=0, Y=0, Angle=0 eintragen. [OK]. - Alle weiteren Modellparameter eingeben: - <GRID> - [Edit Grid] [Edit Rows] ("Rows-Fenster geht auf, darin "Add" auswählen") - re MT irgendwo im Gitternetz - Anwählen: Evenly spaced grid lines from 400 to 800, intervals of 25 [OK] (Modellgrid an interessanten Stellen verdichten) - [Close] (Rows-Fenster schliessen) - [Edit Grid] [Edit Columns] ("Column-Fenster geht auf, darin "Add" auswählen") - re MT irgendwo im Gitternetz - Anwählen: Evenly spaced grid lines from 250 to 500, intervals of 25 [OK] - re MT irgendwo im Gitternetz - Anwählen: Evenly spaced grid lines from 1250 to 1650 intervals of 25 [OK] - [Close] (Column-Fenster schliessen) - [View Column] auf eine beliebige Spalte klicken - [Vert. Exagg.] (F8) , 25 [OK] Überhöhung für die Schnittansichten einstellen - [View Layer] (im Schnitt obere Ebene anwählen (leuchtet rot), durch Anklicken geht's zurück zur Aufsicht - [Import Elevation] (Höhendatensatz für das Modellgebiet laden) - Import Data: From Ascii [Choose Filename] ihr temporäres Arbeitsverzeichnis\airport.asc - Import ground surface, Minimum Layer Thickness=1, Use 5 Nearest Sample Points. [OK] - <PROPERTIES> <CONDUCTIVITY> - Save Grid data [YES] - Default Werte: Kx=2e-4 (= Ky) Kz=2e-5 Einstellen der Durchlässigkeitsbeiwerte für das obere Grundwasserstockwerk Ss= 1e-4 Sy=0.2 Eff. und Tot. Por=0.3 [OK] Einstellen der Speicherkoeffizienten und der Porosität - Goto [Next] Springe in darunterliegende Ebene - [Assign] [Window] - NW-Ecke li MT, SE-Ecke li MT ("ein neues kleines Eingabefenster erscheint") - [NEW] ("Fläche wird blau") - Kx=1e-10 (= Ky) Kz=1e-11 [OK] - <PROPERTIES> <Storage> - Save Property data ? [YES] - [Assign] [Window] - NW-Ecke li MT, SE-Ecke li MT ("ein neues kleines Eingabefenster erscheint") - [NEW] ("Fläche wird blau") - Ss=1e-2 Sy=3e-3 Eff. und Tot. Por=0.65 [OK] - Goto [Previous] zum oberen Layer - <PROPERTIES> <CONDUCTIVITY> - Save Property data ? [YES] - [Zoom in] (F5) Abandoned Borehole ("Im Bereich um das 'Abandoned Borehole': Beginn li MT, Ende li MT") - [Assign] [Single] ("ein neues kleines Eingabefenster erscheint") - [NEW] - Kx=0.1 (=Ky) Kz=0.1 Höhere Durchlässigkeiten im Bohrloch - In die Zelle mit dem 'Abandoned Borehole' klicken ("Zelle wird grün") [OK] - [Copy] [Layer] - Copy only Property=3 - [Select All] [OK] - <BOUNDARIES> <RECHARGE> - Save Property data ? [YES] - Default Wert: Stop Time=1 day / Recharge=100 mm/yr [OK] - [Zoom out] (F6) - <BOUNDARIES> <CONSTANT HEAD> Randbedingungen festlegen - Save Boundary data ? [YES] - [Assign] [Line] - NW-Ecke li MT, NE-Ecke re MT ("wird pink markiert") - Code 1 Stop Time=1000 Start/End Pt.= 17 m [OK] - [GOTO] 3 [OK] zum unteren Layer - [Assign] [Line] - NW-Ecke li MT, NE-Ecke re MT - Code 2 Stop Time=1000 Start/End Pt.= 15.5 m [OK] - [Assign] [Line] - SW-Ecke li MT, SE-Ecke re MT - Code 3 Stop Time=1000 Start/End Pt.= 13.5 m [OK] - [Goto] 1 zum oberen Layer [OK] - <BOUNDARIES> <RIVERS> - [Assign] [Line] - Mit der li MT Flusslauf nachdigitalisieren (am SW-Rand beginnen), am Schluss re MT ("Flusslauf wird pink") - Code=4, Stop Time=1000 - Start Pt.: River Stage Elev.=14.5 m River Bottom Elev.=14.0 m Conductance=1000 m2/day - End Pt.: River Stage Elev.=13.5m River Bottom Elev.=13.0 m Conductance=1000m2day [OK] - <WELLS> Pumping Wells - Save Boundary data ? [YES] - [Zoom in] (F5) : Supply Wells - [Add Well] - li MT auf den westlichen Bohrpunkt - Name: well1 - Screened Intervalls: : Screen Bottom=0, Screen Top=3.3 ("Filterstrecke eingeben, sie wird blau gestreift angezeigt"). Kästchen Active muss ausgewählt sein. - Pumping Schedule: Start=0, End=1000 Rate=-200 Minus ist wichtig, da Entnahme - [OK] [Copy Well]] - Auf westl. Brunnen li MT, dann in Zelle von östl. Brunnen li MT - [Edit Well] - Östl. Brunnen auswählen (li MT), Name ändern: well2 [OK] - [Zoom Out] (F6) -<PARTICLES> - Save well data? [YES] - [Zoom in] (F5): Refueling Area - [Add] [Line] - Linie im unteren Bereich der Refueling Area ziehen: Beginn li MT, Ende li MT - Anzahl Particles 5 (Forward tracking) [OK] - [Main Menu] (F10) - Save Particle data ? [YES] - <RUN> - Anwählen : Steady State [OK] - <MODFLOW> <Layers> Layer 1 = Type 1 Layer 2 = Type 3 Layer 3 = Type 0 [OK] - <RUN> - Anwählen: MODFLOW und MODPATH [Translate & Run] Es erscheinen 3 neue Fenster. Im kleinsten Fenster [Exit] ("die 3 Fenster verschwinden") Danach kann man sich unter dem Menüpunkt <OUTPUT> die Ergebnisse anzeigen lassen. Aufgabe Die Schadstoffe bewegen sich in südlicher Richtung (s. [Pathlines]) und gelangen (teilweise) in die Versorungsbrunnen. Teufen Sie im Modellgebiet eine Sanierungsbohrung ab, um die Schadstoffe zu fassen. - [Main Menu] (F10) - [Input] [Wells] [Pumping well] - [Add Well] - li MT irgendwo im Gitternetz - Name: well3 - Location X=375 Y=660 - Pumping Schedule Start=0 Stop=1000 Rate= ? - [OK] Verändern Sie die Entnahmerate der Sanierungsbohrung (Pumping rate) bis die Schadstoffe in der Bohrung gefasst werden. Sehen Sie sich die Ergebnisse auch in Profil-Schnitten an (View Column, View Row). 1. Wieviel m3 pro Tag müssen mindestens abgepumpt werden? 2. Vergleichen Sie das Ergebnis bei verschiedenen Filterstrecken in der Sanierungsbohrung. Verändert sich die minimale Pumprate? Welches ist die optimale Filterstrecke? 3. Was wird durch Abschalten der beiden Versorgungsbrunnen (Supply Wells) bewirkt? Geben Sie die minimale Pumprate bei optimaler Filterstrecke der Sanierungsbohrung an. Zur Kontrolle müssen nach jeder Änderung die Partikelpfade neu berechnet werden. Die Dateien dieses Modflow-Modells sind relativ umfangreich. Bitte arbeiten Sie in einem speziellen Unterverzeichnis ihres Homeverzeichnisses und speichern Sie Ihre Ergebnisse dort. Erstellen Sie eine Ascii-Textbeschreibung mit einer Interpretation der verschiedenen Rechenläufe und unter Angabe der ermittelten, günstigen Parameter und laden Sie nur diese eine Datei (Nachname.txt) unter Ilias hoch.

Erläuterung einiger Fachtermini

Deutsch	Englisch	Erklärung
	Conductance	Durchlässigkeit des Flussbettes
Aquifer/Aquitard		Grundwasserleiter/Grundwasserstauer
Brunnen	Wells
Diskretisierung	Discretizing	Unterteilung des Modellgebietes in Zellen (Rechtecke, Dreiecke)
Durchlässigkeitsbeiwert, kf-Wert	Conductivity	Gesteinsspezifischer Durchlässigkeitswert
Festpotential	Constant Head	Fest vorgegebene Grundwasserhöhe, z.B. bei einem See
Filterstrecke	Screen	Bereich bei einem Brunnen oder einer Messstelle, deren Rohre durch feine Schlitze den Wassereintritt ermöglichen
Finite-Differenzen (FD) / Finite Elemente (FE)		Methoden zur Lösung der Strömungsgleichung. Diskretisierung bei FD durch rechteckige Zellen, bei FE durch Dreiecke.
Gitternetz	Grid	Darstellung der Diskretisierung
Grundwasserneubildung	Recharge	Durch Niederschlag und Versickerung dem Grundwasser frisch zugeführtes Wasser.
Randbedingung	Boundary Condition	Eigenschaft des Modellrandes - Festpotential - Zu- u. Abfluss
Speicherkoeffizient	Storage Coefficient	Die Wassermenge, die ein Aquifer pro Einheitsvolumen gespeicherten Wassers freigibt, bei Absenkung der Grundwasseroberfläche.
Stationär	Steady State	Gleichgewichtszustand, bei dem sich Grundwasserhöhen nicht verändern.
Instationär	Transient	Betrachtung der zeitlichen Veränderung der Grundwasserhöhen
Strömungsmodell		Beschreibt die Wasser- od. Fluidbewegung im Untergrund
Transportmodell		Verfrachtung und Vermischung von im Wasser gelösten Stoffen (Grundlage ist ein Strömungsmodell)
ungespannt	unconfined	Entspricht die Grundwasseroberfläche der Grundwasserdruckfläche so spricht man von einem ungespannten oder freien Aquifer.
gespannt	confined	Liegt die Grundwasseroberfläche tiefer als die Grundwasserdruckfläche, nennt man diese Verhältnisse gespannt (z.B. durch einen den Aquifer überlagernden Aquitard.

Übersicht	Ch. Lindenbeck & H. Ulmer