Was ist die Darcy Flow-Analyse?

Mit den Werkzeugen zur Grundwasseranalyse kann die Zufuhr und Dispersion von Grundwasserbestandteilen auf rudimentäre Weise modelliert werden. Die Darcy Flow-Analyse modelliert einen zweidimensionalen, senkrecht gemischten, horizontalen und gleichmäßigen Fluss, bei dem der Druck unabhängig von der Tiefe ist.

Darcy Flow-Analyse

Die Darcy Flow-Analyse hat zwei Ziele. Erstens wird sie verwendet, um die Konsistenz von Grundwasser-Datasets zu überprüfen und Raster von Grundwasser-Flussvektoren zu generieren. Das Standard-Ausgabe-Raster ist das Grundwasservolumenausgleich-Residuen-Raster, das den Unterschied zwischen dem Wasserlauf in eine Zelle hinein und daraus heraus misst.

Da die Flussberechnungen unabhängig für jede der vier Zellenwände durchgeführt werden (der Fluss wird durch den Unterschied zwischen benachbarten Zellen bestimmt), ist es möglich, dass mehr (oder weniger) Wasser in eine Zelle hinein fließt als daraus heraus, was zu einem positiven (oder negativen) Residuum für den Volumenausgleich führt.

Glatte, konsistente Eingabe-Raster ohne Quellen oder Senken sollten zu kleinen Residuen von fast Null führen. Große Residuen zeigen an, dass das Haupt-Raster in Bezug auf die Transmissivität, Porosität und Stärken-Raster nicht vernünftig gewählt ist. Ein Haupt-Raster enthält die Werte der Grundwasserhaupthöhe für jede Zelle im Raster. Die Höhe ist in der Regel eine Erhebung über einigen Daten, z. B. der mittlere Meeresspiegel. Wenn große Residuen ausgegeben werden, wären die Eingabedaten inkonsistent und würden zu bedeutungslosen Ergebnissen führen.

Der zweite Zweck der Darcy Flow-Analyse besteht darin, das Flussfeld mit Darcys Law zu berechnen, wie unten erläutert. Das Flussfeld ist ein Vektorfeld von Grundwasser-Sickerfließgeschwindigkeiten und wird als zwei Raster ausgedrückt, eines für Betrag und eines für Richtung.

Der erste Schritt der Grundwasserflussmodellierung ist, die Fließgeschwindigkeit und die Richtung an jedem Punkt im Flussfeld zu bestimmen. Darcy Flow führt dies durch und berechnet den Volumenausgleich innerhalb jeder Zelle, der in Ermangelung von Quellen oder Senken, z. B. Brunnen, Einsickerungen oder Leckagen, klein sein sollte. Das Residuum Null für den Volumenausgleich zeigt ein Gleichgewicht zwischen Fluss in die Zelle und aus der Zelle heraus an. Das Flussfeld wird als stetig (konstant über Zeit) angenommen. Eine ausführliche Erörterung der Grundwasserhydraulik findet sich in mehreren Quellen, einschließlich Bear (1979), Freeze und Cherry (1979) und Marsily (1986).

Darcy Flow

Das Standard-Ausgabe-Raster von Darcy Flow ist das Grundwasservolumenausgleich-Residuen-Raster, das den Unterschied zwischen dem Wasserlauf in eine Zelle hinein und daraus heraus misst. Das Residuum wird verwendet, um die Konsistenz von Grundwasser-Datasets zu überprüfen.

Da die Flussberechnungen unabhängig für jede der vier Zellenwände durchgeführt werden (der Fluss wird durch den Unterschieden zwischen benachbarten Zellen bestimmt), ist es möglich, dass mehr (oder weniger) Wasser in eine Zelle hinein fließt als daraus heraus, was zu einem positiven (oder negativen) Residuum für den Volumenausgleich führt.

Glatte, konsistente Eingabe-Raster ohne Quellen oder Senken, wie z. B. Brunnen, Einsickerungen und Leckagen, sollten zu kleinen Residuen von fast Null führen. Große Residuen zeigen an, dass das Haupt-Raster in Bezug auf die Transmissivität, Porosität und Stärken-Raster nicht vernünftig gewählt ist. In so einem Fall würden die Eingabedaten als inkonsistent beschrieben werden und bedeutungslose Ergebnisse erzeugen.

Darcy Flow kann optional die im folgenden Abschnitt beschriebenen Darcy Velocity-Ausgaben erzeugen.

Darcy Velocity

Darcy Velocity verwendet Darcys Law, um das Flussfeld zu berechnen. Ein Flussfeld ist ein Vektorfeld von Grundwasser-Sickerfließgeschwindigkeiten.

Die Fließgeschwindigkeiten werden als zwei Raster ausgedrückt, eines für den Betrag und das andere für die Richtung.

Darcy Velocity ist nützlich, wenn das Residuum für den Volumenausgleich von Darcy Flow nicht benötigt wird.

Referenzliste

Bear, J. Hydraulics of Groundwater. McGraw-Hill. 1979.

Freeze, R. A. und J. A. Cherry. Groundwater. Prentice-Hall. 1979.

Marsily, G. de. Quantitative Hydrogeology. Academic Press. 1986.