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Trübger,  Ellen-Rose  (Dr.-Ing.)

Entwicklung eines Ansatzes zur Berücksichtigung der ungesättigten Zone bei der Grundwassersimulation von Feuchtgebieten

Rostock : Universität , 2006

https://doi.org/10.18453/rosdok_id00000272

http://purl.uni-rostock.de/rosdok/id00000272

In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung und Erprobung eines Programm-Moduls vorgestellt, welches speziell auf die Anforderungen der Feuchtgebietssimulation abgestimmt ist, die sich aus der besonderen Bedeutung der ungesättigten Bodenzone ergeben. Mittels Feldmessungen auf einem wiedervernässten Niedermoorstandort werden die maßgeblich vorherrschenden Prozesse identifiziert, ein Lösungsansatz zu ihrer Beschreibung entwickelt und modelltechnisch umgesetzt. Als wichtigstes Kriterium für eine erfolgreiche Modellierung der flurnahen Grundwasser-fluktuationen stellt sich dabei die Berücksichtigung des wasserstandsabhängigen Speichervermögens des Bodens heraus. Die programmtechnische Umsetzung erfolgt in Form eines Zusatzprogramms (VSC-Modul), welches an die gesättigte Strömungsberechnung des Simulationssystems FEFLOW über dessen Schnittstelle (IFM) gekoppelt wird. Das VSC-Modul wird auf seine Anwendbarkeit getestet und dabei den Standardlösungen von FEFLOW für gesättigte Grundwassermodellierung und den allgemeingültigen Ansatz für ungesättigte Strömungsberechnung unter Anwendung der Richards-Gleichung gegenübergestellt. Die Berücksichtigung des aktuellen Bodenspeichervermögens mit dem VSC-Moduls führt zu einer erheblichen Verbesserung der Ergebnisgenauigkeit in der Grundwassersimulation von Feuchtgebieten, insbesondere bei starken Grundwasserfluktuationen. Innerhalb seiner Anwendungsgrenzen ermöglicht das VSC-Modul eine näherungsweise so gute Berechnung des Grundwasser-spiegels, wie es die ungesättigte Strömungsberechnung mittels Richard-Gleichung erlaubt. Dabei weist der einfachere Modellansatz des VSC-Moduls den Vorteil auf, dass die Wasserretentionsbeziehung nicht zwingend als angepasste Parameterfunktion vorliegen muss, sondern auch als Wertetabelle eingehen kann, wodurch eine große Flexibilität hinsichtlich der Bodeneigenschaften gegeben ist. In der vereinfachten Standortmodellierung hat sich die Anwendung des VSC-Moduls zudem im Vergleich mit der Richards-Gleichung als robuster gegenüber einer fehlerhaften Parameteranpassung erwiesen. Ein weiterer Vorteil des neuen Modellansatzes ergibt sich aus dem geringeren Bedarf an Rechenkapazität und notwendigen Modellebenen.

Dissertation Open Access


Einrichtung :
Agrar- und Umweltwissenschaftliche Fakultät
Gutachter :
Miegel,  Konrad  (Prof. Dr. rer. nat.)
Diersch,  Hans-Jörg  (Prof. Dr. sc. techn.)
Wessolek,  Gerd  (Prof. Dr. agr. sc.)
Jahr der Abgabe:
2006
Jahr der Verteidigung:
2006
Sprache(n) :
Deutsch
übersetzte Zusammenfassung :
In these doctoral thesis the development and applicability test of a programme module will be presented, which is specialized on the simulation of wetlands. Field measurements on a re-wetted fen site have been carried out in order to identify the significant processes of wetlands and realise their implementation in a practical way. The dependance of the soil water storage capacity on the groundwater level has turned out to be the most important criteria for successful modelling of groundwater level, which fluctuate close to the ground surface. A simple model approach for a Variable Storage Coefficient (VSC) has been formulated and realised as a program module to be coupled via the Interface Manager 'IFM' to the saturated flow solution of the Finite Element subsurface FLOW system FEFLOW. The VSC module is tested on its applicability and compared to the FEFLOW standard solutions for saturated groundwater flow and the universal approach for unsaturated flow solving the Richards Equation. Modelling the actual soil water storage capacity of wetlands by usage of the VSC module significantly improves the results of the groundwater simulation. This applies especially for fluctuating groundwater tables. Within its application limits the VSC module allows calculating of the groundwater table nearly as accurately as by solving the Richard's Equation for unsaturated flow. Thereby the simpler approach of the VSC module provides the advantage, that the water retention relationship does not have to be adjusted to a parameter function but can also be used in the form of tabular values. Consequently, the range of soil characteristics to be modelled is not restricted to parameter functions implemented in FEFLOW. During the study, with a simplified area model of the fen field site, the VSC module has turned out to be less sensitive to incorrectly adjusted soil parameters than the solution for unsaturated flow by solving of the Richard's Equation. A further advantage of the new model approach is the shorter calculating time, which mostly arises from having fewer model layers.
Schlagworte:
Grundwasserhaushalt, Feuchtgebiet, Numerisches Modell, Bodenspeicherkennlinie, groundwater household, wetland, numerical model, soil water storage curve
DDC Klassifikation :
624 Ingenieurbau und Umwelttechnik
URN :
urn:nbn:de:gbv:28-diss2007-0002-7
Persistente URL:
http://purl.uni-rostock.de/rosdok/id00000272
erstellt am:
2008-04-24
zuletzt geändert am:
2018-06-30
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