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Mathematische Modelle zur Analyse und Quantifizierung von hydraulischen, thermohydraulischen und hydrogeologischen Prozessen und Strukturen.
Ermittlung des hydraulischen Wirkungsbereichs von Geothermie- und Wassergewinnungsanlagen
Im Zuge von Wasserrechtsverfahren für eine geothermische Nutzung des Untergrundes bzw. des Grundwassers werden zur Bewertung des thermischen und hydraulischen Einflussbereichs mathematische 3D Grundwasser- und Wärmetransportmodelle mittels verschiedener Softwaresysteme erstellt. Anhand dieser Instrumente lassen sich die zu erwartenden hydraulischen und thermischen Auswirkungen numerisch berechnen, grafisch darstellen und nach ihren quantitativen und qualitativen Auswirkungen auf das Grundwasser sowie umliegender Bestandsanalagen bewerten. Weiterhin lassen sich zur Optimierung von geplanten oder bestehenden Anlagen die Wechselwirkungen zwischen beispielsweise den Brunnenbauwerken oder den Erdwärmesonden eines größeren Erdwärmesondenfeldes sowie zu benachbarten geplanten oder bestehenden Grundwassernutzungen umfassend abbilden und bewerten.Simulation von Wärmetransportprozessen (Temperaturfeldberechnungen)
Eine typische Fragestellung bei der Planung einer Geothermischen Grundwassernutzung mittels Brunnen oder Erdwärmesonden, aber auch von thermisch aktivierten Bauteilen, wie Energiepfählen, Erdwärmekollektoren oder Energiekörben, welche nicht oder nicht vollständig in das Grundwasser eingreifen können, sind die thermischen Wechselwirkungen zu berechnen und zu bewerten. Dabei werden bei der Auslegung die relevanten Transportprozesse im Hinblick auf eine nachhaltige Bewirtschaftung detailliert und unter Berücksichtigung einer zeitlichen Komponente berechnet.
Außerdem werden die einzelnen Anlagenkomponenten auf eine gegenseitige Beeinflussung untersucht und entsprechend gegenüber dem Gesamtsystem durch Anpassung von beispielsweise Abständen der Brunnenbauwerke, Positionen der Erdwärmesonde oder durch Ermittlung der erzielbaren Heiz- und Kühlleistung optimiert.
Ermittlung des nutzbaren Grundwasserdargebots und Erkundung von Grundwasserfließsystemen
Im Zuge von Wasserrechtsverfahren für eine geothermische Nutzung des Untergrundes bzw. des Grundwassers werden zur Bewertung des thermischen und hydraulischen Einflussbereichs mathematische 3D Grundwasser- und Wärmetransportmodelle mittels verschiedener Softwaresysteme erstellt. Anhand dieser Instrumente lassen sich die zu erwartenden hydraulischen und thermischen Auswirkungen numerisch berechnen, grafisch darstellen und nach ihren quantitativen und qualitativen Auswirkungen auf das Grundwasser sowie umliegender Bestandsanalagen bewerten. Weiterhin lassen sich zur Optimierung von geplanten oder bestehenden Anlagen die Wechselwirkungen zwischen beispielsweise den Brunnenbauwerken oder den Erdwärmesonden eines größeren Erdwärmesondenfeldes sowie zu benachbarten geplanten oder bestehenden Grundwassernutzungen umfassend abbilden und bewerten.Ermittlung des Grundwassereinzugsgebiets und Bemessung von Wasserschutzgebieten
Die Ermittlung von Einzugsgebieten dient der räumlichen Abgrenzung des zuströmenden Grundwassers im Wirkungsbereich einer Wassergewinnungsanlage. Dabei werden umfassende hydrologische und hydrogeologische Faktoren im näheren und weit umliegenden Wirkungsbereich analysiert und bewertet. Das erfasste Einzugsgebiet wird anschließend in mehrere Teilbereiche (Wasserschutzgebietszonen) unterteilt, sodass eine mögliche Verschmutzung des zu fördernden Grundwassers verhindert wird und langfristig der Erhalt der Wasserqualität gesichert bleibt.Simulation des Stofftransports bei Grundwasserschadensfällen zur Entwicklung geeigneter Schutz- und Sanierungsmaßnahmen
Die Simulation des Stofftransports bei Grundwasserschadensfällen ermöglicht eine detaillierte Analyse der Schadstoffverteilung in beispielsweise belasteten Grundwasserleitern. Dabei werden Parameter wie Fließgeschwindigkeiten, Bodenbeschaffenheit und Eigenschaften der Schadstoffe berücksichtigt. Dabei lassen sich die hydraulischen Auswirkungen geplanter Vorhaben prognostizieren und auf das Risiko einer möglichen Schadstoffverbreitung abschätzen. Auf dieser Grundlage werden gezielte Schutz- und Sanierungsmaßnahmen entwickelt, um die Schadstoffausbreitung zu begrenzen und das Grundwasser nachhaltig zu regenerieren.Software
Für die Modellierung von Grundwasserströmungs- und Wärmetransportprozessen kommen folgende Simulationssoftware zur Anwendung:
FEFLOW DHI
SPRING deltah
Ermittlung des hydraulischen Wirkungsbereichs von Geothermie- und Wassergewinnungsanlagen
Im Zuge von Wasserrechtsverfahren für eine geothermische Nutzung des Untergrundes bzw. des Grundwassers werden zur Bewertung des thermischen und hydraulischen Einflussbereichs mathematische 3D Grundwasser- und Wärmetransportmodelle mittels verschiedener Softwaresysteme erstellt. Anhand dieser Instrumente lassen sich die zu erwartenden hydraulischen und thermischen Auswirkungen numerisch berechnen, grafisch darstellen und nach ihren quantitativen und qualitativen Auswirkungen auf das Grundwasser sowie umliegender Bestandsanalagen bewerten. Weiterhin lassen sich zur Optimierung von geplanten oder bestehenden Anlagen die Wechselwirkungen zwischen beispielsweise den Brunnenbauwerken oder den Erdwärmesonden eines größeren Erdwärmesondenfeldes sowie zu benachbarten geplanten oder bestehenden Grundwassernutzungen umfassend abbilden und bewerten.Simulation von Wärmetransportprozessen (Temperaturfeldberechnungen)
Eine typische Fragestellung bei der Planung einer Geothermischen Grundwassernutzung mittels Brunnen oder Erdwärmesonden, aber auch von thermisch aktivierten Bauteilen, wie Energiepfählen, Erdwärmekollektoren oder Energiekörben, welche nicht oder nicht vollständig in das Grundwasser eingreifen können, sind die thermischen Wechselwirkungen zu berechnen und zu bewerten. Dabei werden bei der Auslegung die relevanten Transportprozesse im Hinblick auf eine nachhaltige Bewirtschaftung detailliert und unter Berücksichtigung einer zeitlichen Komponente berechnet.
Außerdem werden die einzelnen Anlagenkomponenten auf eine gegenseitige Beeinflussung untersucht und entsprechend gegenüber dem Gesamtsystem durch Anpassung von beispielsweise Abständen der Brunnenbauwerke, Positionen der Erdwärmesonde oder durch Ermittlung der erzielbaren Heiz- und Kühlleistung optimiert.
Ermittlung des nutzbaren Grundwasserdargebots und Erkundung von Grundwasserfließsystemen
Im Zuge von Wasserrechtsverfahren für eine geothermische Nutzung des Untergrundes bzw. des Grundwassers werden zur Bewertung des thermischen und hydraulischen Einflussbereichs mathematische 3D Grundwasser- und Wärmetransportmodelle mittels verschiedener Softwaresysteme erstellt. Anhand dieser Instrumente lassen sich die zu erwartenden hydraulischen und thermischen Auswirkungen numerisch berechnen, grafisch darstellen und nach ihren quantitativen und qualitativen Auswirkungen auf das Grundwasser sowie umliegender Bestandsanalagen bewerten. Weiterhin lassen sich zur Optimierung von geplanten oder bestehenden Anlagen die Wechselwirkungen zwischen beispielsweise den Brunnenbauwerken oder den Erdwärmesonden eines größeren Erdwärmesondenfeldes sowie zu benachbarten geplanten oder bestehenden Grundwassernutzungen umfassend abbilden und bewerten.Ermittlung des Grundwassereinzugsgebiets und Bemessung von Wasserschutzgebieten
Im Zuge von Wasserrechtsverfahren für eine geothermische Nutzung des Untergrundes bzw. des Grundwassers werden zur Bewertung des thermischen und hydraulischen Einflussbereichs mathematische 3D Grundwasser- und Wärmetransportmodelle mittels verschiedener Softwaresysteme erstellt. Anhand dieser Instrumente lassen sich die zu erwartenden hydraulischen und thermischen Auswirkungen numerisch berechnen, grafisch darstellen und nach ihren quantitativen und qualitativen Auswirkungen auf das Grundwasser sowie umliegender Bestandsanalagen bewerten. Weiterhin lassen sich zur Optimierung von geplanten oder bestehenden Anlagen die Wechselwirkungen zwischen beispielsweise den Brunnenbauwerken oder den Erdwärmesonden eines größeren Erdwärmesondenfeldes sowie zu benachbarten geplanten oder bestehenden Grundwassernutzungen umfassend abbilden und bewerten.Simulation des Stofftransports bei Grundwasserschadensfällen zur Entwicklung geeigneter Schutz- und Sanierungsmaßnahmen
Im Zuge von Wasserrechtsverfahren für eine geothermische Nutzung des Untergrundes bzw. des Grundwassers werden zur Bewertung des thermischen und hydraulischen Einflussbereichs mathematische 3D Grundwasser- und Wärmetransportmodelle mittels verschiedener Softwaresysteme erstellt. Anhand dieser Instrumente lassen sich die zu erwartenden hydraulischen und thermischen Auswirkungen numerisch berechnen, grafisch darstellen und nach ihren quantitativen und qualitativen Auswirkungen auf das Grundwasser sowie umliegender Bestandsanalagen bewerten. Weiterhin lassen sich zur Optimierung von geplanten oder bestehenden Anlagen die Wechselwirkungen zwischen beispielsweise den Brunnenbauwerken oder den Erdwärmesonden eines größeren Erdwärmesondenfeldes sowie zu benachbarten geplanten oder bestehenden Grundwassernutzungen umfassend abbilden und bewerten.Software
Für die Modellierung von Grundwasserströmungs- und Wärmetransportprozessen kommen folgende Simulationssoftware zur Anwendung:
FEFLOW DHI
SPRING deltah
Ein numerisches Grundwassermodell (auch Grundwasserströmungsmodell) ist ein mathematisches Modell, welches Differenzialgleichungssysteme, die auf physikalischen Gesetzen der Volumen-, Massen- und Energiebilanz und zugehörigen Strömungs-, Transport- sowie Reaktionsgleichungen basieren, numerisch löst. Dabei werden beispielsweise Beobachtungsgrößen, wie hydraulische Druckhöhen (Wasserstände), Stoffkonzentrationen, Grundwassertemperaturen oder das Grundwasseralter für den Aufbau verwendet und unbekannte Parameter für Prognosezwecke berechnet. Somit lassen sich bei einer Gegenüberstellung von gemessenen und berechneten Parametern Aussagen gegenüber hydrologischen und hydrogeologischen Prozessen treffen und die zu erwartenden Umweltauswirkungen des geplanten Vorhabens qualitativ und quantitativ darstellen und bewerten.
Wärmetransportmodelle sind eine Form der Stofftransportmodellen, welche zumeist eine Erweiterung eines bestehenden Grundwasserströmungsmodells um die relevanten Transportprozesse wie z. B. die Wärmeleitung durch das Gestein sowie den Wärmetransport durch strömendes Grundwasser im Untergrund berücksichtigt. Dadurch können thermische Nutzungen des Untergrundes in ihrer räumlichen Auswirkung sowie Intensität berechnet und bewertet werden. Eine typische Anwendung stellt hierbei die Berechnung von Temperaturfahnen einer geothermischen Brunnen- oder Erdwärmesondenanlage dar. Wärmetransportmodelle können auch für Tiefenbereiche erstellt werden, welche nur knapp oder weit oberhalb des Grundwasserspiegels liegen. Die Wärmetransportvorgänge finden in diesem Fall fast vollständig durch eine Wärmeleitung durch das umliegende Gestein statt.
Die Ergebnisse eines Grundwassermodells werden in der Regel textlich und grafisch dargestellt, um eine klare Visualisierung der Strömungsrichtungen, Geschwindigkeit des fließenden Grundwassers, Schadstoffkonzentrationen und Temperaturverteilungen zu ermöglichen. Diese Visualisierungen erleichtern das Verständnis komplexer Daten und unterstützen bei der Entscheidungsfindung
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