Simulation des dichteabhängigen Stofftransportes im Grundwasser und Verifizierung am Beispiel der Saltpool-Experimente

Kurzfassung Die Saltpool-Experimente von OSWALD (1998) und OSWALD & KINZELBACH (2004), im Jahre 1998 an der ETH Zürich ausgeführt, sind exzellente Benchmark-Tests für numerische Simulationsprogramme der dichtevariablen Strömung. Zahlreiche Autoren haben Ergebnisse dazu veröffentlicht. Die kritischen Probleme hierbei sind sowohl die zu dicke Übergangszone von hoher Konzentration an der Sohle der Versuchsbox zum Süßwasser am Top der Box in der Injektionsphase und in der Ruhephase als auch die extrem langen Rechenzeiten.Die Untersuchungen von HÄFNER & BOY (2003a) wurden fortgeführt mit dem erweiterten Code MODCALIF-MST (MODular Flow and CALIbration with Front Limitation algorithm—Multi Species and Temperature). Insbesondere werden Methoden zur Rechenzeitbeschleunigung diskutiert und verifiziert. Durch Nutzung eines algebraischen Multigrid- Gleichungslösers konnte die Rechenzeit um den Faktor 4 verringert werden. Zur Prüfung der Leistungsfähigkeit von MODCALIF-MST wurden die Saltpool Experimente, case 1 und case 2, nachsimuliert und Gitterkonvergenzstudien sowie eine Modellkalibrierung durchgeführt.

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Simulation of density-dependent solute transport in groundwater and verification with saltpool experiments

Abstract The Saltpool experiments by OSWALD (1998) and OSWALD & KINZELBACH (2004), carried out in 1998 at the ETH Zurich, are an excellent benchmark test for numerical simulation programmes of the variable-density flow. Numerous authors published results on this subject. Here, critical problems are the thick transition zones from high concentration at the bottom to fresh water at the top of the box in the injection phase and the rest phase (phases 1–2) as well as the extremely long computing time.We have continued the investigations by HÄFNER & BOY (2003a) with the extended code MODCALIF-MST (MODular Flow and CALIbration with Front Limitation algorithm—Multi Species and Temperature) in double porosity porous media. Especially, the methods for code acceleration are discussed and verified. By incorporating the algebraic multigrid package as linear equation solver, computing times could be reduced by a factor of about 4. Simulations, a grid convergence study and a model calibration were carried out for the experiments case 1 and case 2 with MODCALIF.