Bearbeiter: H. Langmach
Kooperation: E. Holzbecher (TU Berlin), P. Knabner (Universität Erlangen-Nürnberg), K. U. Totsche (Universität Bayreuth)
Beschreibung der Forschungsarbeit:
In Fortsetzung der Arbeit des Vorjahres wurde speziell der Aspekt des trägerbeeinflußten Schadstofftransports untersucht. Hydrophobe Schadstoffe können sowohl an die Bodenmatrix als auch an natürliche Kolloide, die als Träger fungieren, sorbiert werden. Damit ist ihre Beweglichkeit abhängig von der Beweglichkeit des Trägers. Dabei sind Sorptionsprozesse, die Gleichgewichtsreaktionen und Nichtgleichgewichtsreaktionen entsprechen, zu unterscheiden. Letztere erfordern die Berücksichtigung zusätzlicher Gleichungen im Modell.
Mathematisch führen diese Probleme auf ein System zeitabhängiger nichtlinearer Advektions-- Diffusionsgleichungen, die im Fall der Nichtgleichgewichtssorption mit gewöhnlichen Differentialgleichungen gekoppelt sind. Weiter ist zu beachten, daß der Diffusionskoeffizient neben molekularer Diffusion auch stark anisotrope Dispersion beinhaltet.
Zur numerischen Lösung dieser Gleichungen wurde ein Programm auf der Basis einer Box-Diskretisierung entwickelt, die die Anisotropie der Dispersion berücksichtigt. Hierzu wurden auch upwind-Techniken untersucht. Die durch die zeitliche und räumliche Diskretisierung entstehenden nichtlinearen algebraischen Gleichungssysteme werden im Programm mittels des Newton--Verfahrens linearisiert und die linearen Gleichungssysteme iterativ gelöst.
Für die Programmentwicklung wurden einige der im Rahmen des Projeks ,,Softwarekomponenten zur modularen Implementierung von Finite--Element-- und Finite--Volumen--Methoden`` erarbeiteten Moduln genutzt.
Die folgenden Bilder dokumentieren ein numerisches Experiment: In der Mitte des oberen Randes einer Bodensäule wird ein Schadstoff infiltriert und nach einiger Zeit auf nur einer Seite eine Tägersubstanz zugefügt. Die Abbildungen zeigen die berechnete Schadstoffkonzentration vor der Infiltration der Trägersubstanz und den entsprechend einseitig verstärkten Schadstofftransport einige Zeit später bei Anwesenheit des Trägers.
Projektliteratur: