Numerische Simulation dreidimensionaler Strömungs-, Transport- und hydrogeochemischer Reaktionsprozesse im Grundwasserabstrom von Braunkohlentagebaukippen:
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Essen
Landesumweltamt Nordrhein-Westfalen
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| adam_text | Titel: Numerische Simulation dreidimensionaler Strömungs-, Transport- und hydrogeochemischer Reaktionsproz
Autor: Brand, Thomas
Jahr: 1996
II
Inhaltsverzeichnis ................................................. ?
Verzeichnis der Abbildungen ........................................ IV
Verzeichnis der Tabellen........................................... VII
Verzeichnis der Notationen und Abkürzungen.........................VIII
Zusammenfassung/Abstract........................................ XII
1. Einleitung..................................................... 1
1.1 Problemstellung und Zielsetzung ......................................... 1
1.2 Vorgehensweise....................................................... 2
2. Physikalische und chemische Grundlagen der Modellrechnung ......... 3
2.1 Physikalischer Transport gelöster Stoffe im Grundwasser...................... 3
2.1.1 Grundwasserströmung............................................. 3
2.1.2 Physikalischer Stofftransport........................................ 4
2.2 Formulierung hydrogeochemischer Prozesse................................ 8
2.2.1 Thermodynamische Grundlagen ..................................... 8
2.2.2 Chemische Reaktionen............................................. 11
2.2.2.1 Klassifikation chemischer Reaktionen .......................... 11
2.2.2.2 Säure-/ Base-Reaktionen.................................... 12
2.2.2.3 Dissoziations- und Assoziationsprozesse........................ 14
2.2.2.3.1 Elektrolytische Dissoziation .......................... 14
2.2.2.3.2 Komplex-Reaktionen................................ 15
2.2.2.4 Oxidations- und Reduktionsprozesse........................... 15
2.2.2.5 Lösungs-/ Fällungsreaktionen ................................ 17
2.2.2.6 Sorptionsprozesse.......................................... 18
2.2.2.7 Kationenaustauschreaktionen................................. 20
2.2.3 Grundlagen des hydrogeochemischen Berechnungsmodells................ 21
2.3 Formulierung der hydrogeochemischen Transport-und Reaktionsprozesse ........ 24
3. Numerische Berechnung......................................... 25
3.1 Das Zwei-Schritt-Verfahren............................................. 25
3.1.1 Vorgehensweise .................................................. 26
3.1.2 Iteration zwischen physikalischen und chemischen Teilprozessen........... 28
3.2 Berechnung der Teilprozesse ............................................ 30
3.2.1 Berechnung des physikalischen Stofftransports ......................... 30
3.2.1.1 Grundwasserströmung ...................................... 30
3.2.1.2 Stofftransport ............................................. 31
3.2.1.2.1 Operatorsplit-Verfahren.............................. 31
3.2.1.2.2 Methode der Charakteristiken ......................... 34
3.2.2 Berechnung der hydrogeochemischen Prozesse ......................... 35
Ill
3.3 Leistungsmerkmale des Berechnungsmodells ............................... 36
4. Modellvorstellung zur Grundwasserchemie von Braunkohleabraum-
kippen und deren Umfeld........................................ 38
4.1 Relevante chemische Reaktionen in den Abraumkippen....................... 38
4.2 Relevante chemische Reaktionen im Grundwasserabstrom im Tagebauvorfeld
der Kippen........................................................... 44
5. Modellrechnungen zu den hydrogeochemischen Säulenversuchen ...... 45
5.1 Physikalisches Transportmodell .......................................... 45
5.2 Hydrogeochemische Modellierung........................................ 47
5.3 Ergebnisdarstellung.................................................... 48
5.3.1 Säulenversuch ?................................................. 49
5.3.2 Säulenversuch V ................................................. 53
5.3 Zusammenfassung Bewertung der Modellrechnungen......................... 57
6. Modellrechnung Tagebauvorfeld Garzweiler........................ 58
6.1 Modellaufbau ........................................................ 58
6.1.1 Gesamtmodellgebiet .............................................. 59
6.1.2 Teilmodellgebiet ................................................. 59
6.2 Grundwasserströmung und Stofftransport .................................. 60
6.3 Hydrogeochemische Modellierung........................................ 61
6.4 Auswertung der Simulationsrechnungen ................................... 64
6.4.1 Variante 1....................................................... 65
6.4.2 Variante 2....................................................... 68
6.4.3 Variante 3....................................................... 69
6.5 Vergleich der Simulationsvarianten ....................................... 70
6.6 Zusammenfassende Bewertung der Modellrechnungen........................ 72
7. Zusammenfassung und Ausblick.................................. 74
8. Literatur...................................................... 75
Anhang .......................................................... 81
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