(https://spring.delta-h.de/de/download/SPRING_Tutorial_A4_Printversion_and_example_files.zip: Archiv fl1.zip)

Natürliche Flutung bedeutet, dass die Dränagen der Grube abgestellt werden und sich die Grube aufgrund des natürlichen Grundwasserzustroms bis zum Erreichen des vorhandenen Grundwasserspiegels mit Wasser füllt.

Für die Simulation ist es erforderlich, die Modellknoten der Grube zu definieren und die Beziehung zwischen dem Grubenwasserstand und dem Wasservolumen innerhalb der Grube zu beschreiben ("h-V-Beziehung").

Die Definition der Grubenknoten erfolgt mit dem Attribut GRUB. Diese Randbedingung wird mittels der vorhandenen Struktur den Knotenschichten 6 und 7 zugewiesen.

Das Attribut GRUB enthält die Zonennummer der Grube, im Beispiel ist dies die Nummer "1". Die zugehörige h-V-Beziehung wird in einer ASCII-Datei definiert, deren Name "grube1.hv" lautet. (Der Dateiname setzt sich aus dem Wort "grube", der Zonennummer (hier: "1") und der Endung .hv zusammen, enthalten im Beispielarchiv "fl1.zip".) Die folgende Abbildung zeigt die h-V-Beziehung des Beispiels. Zum besseren Verständnis der späteren Simulationsschritte ist der Gradient des Kurvenverlaufs ebenfalls dargestellt.

 

Beziehung zwischen dem Wasserstand und dem Wasservolumen in der Grube

 

Für instationäre Strömungsberechnungen in SPRING wird eine instationäre Eingabedatei benötigt, welche die entsprechenden instationären Randbedingungen enthält.

Da die instationären Randbedingungen in dem vorliegenden Beispiel nicht geändert werden, besteht die instationäre Eingabedatei lediglich aus folgenden Zeilen( siehe Datei "trans.txt" in "fl1.zip").

Instationäre Eingabedatei (Simulation 1):

 

# SPRING Tutorial

# Grubenflutung

# Simulation 1

 

ZEITEINHEIT MENG JAHR

BEZUGSDATUM 01.01.2012

 

DATUM

02.01.2012

 

Vor dem Start der instationären Berechnung müssen allen Knoten Startpotentiale (Attribut EICH) zugewiesen werden. Hierfür werden die in der stationären Berechnung (aus Verzeichnis fl0) ermittelten Potentiale auf die Kennung EICH eingelesen mit Attribute Modelldaten/Berechnungsergebnisse importieren...:

 

Definition der Startpotentiale

 

Nach Speichern der Modelldatei und Durchführen der Modellprüfung (Schritt 1) (Berechnung Modellprüfung...) wird nun die instationäre Berechnung (Schritt 2) gestartet mit Berechnung instationäre Strömung...:

instationäre Strömungsparameter (Schritt 2)

Bei den erweiterten Strömungsparametern muss die Anfangsbedingung auf die Initialisierung der Startpotentiale mit "EICH" gesetzt werden.

Der Vertikalschnitt zeigt die Ergebnispotentiale und kann mittels der Plot-Batchdatei "cs.bpl" erstellt werden. Die horizontale Abbildung stellt die Potentiale im 56. Zeitschritt in der Schicht 7 dar und kann mit Hilfe der Plot-Batchdatei "pot56-7.bpl" erstellt werden. Im Horizontalschnitt sind zusätzlich Ganglinien von bestimmten Knoten der Grubensohle dargestellt. Der Knick in den Kurven kennzeichnet das Ende des Flutungsprozesses, wenn die Grube komplett mit Wasser gefüllt ist. Danach steigen die Potentiale bis zum Erreichen der stationären Bedingungen an.

 

Vertikal- (links) und Horizontalschnitt durch Schicht 7 (rechts) mit Ergebnissen nach 56 Tagen Flutung (Flutung 1)

 

Bei der Simulation einer Grubenflutung wird neben den üblichen Ergebnisdateien zusätzlich eine Datei namens “gruben.csv” erzeugt. Diese Datei enthält eine Tabelle mit sämtlichen Ergebnissen der Grubenflutung für jeden Zeitschritt und ermöglicht somit die grafische Auswertung derselben. Im vorliegenden Beispiel wurde die Auswertung mit MS Excel (Datei “gruben1.xls” in “fl1.zip”) durchgeführt und in den folgenden Abbildungen dargestellt.

Die erste Abbildung zeigt den resultierenden Grubenwasserspiegel und die Anteile der einzelnen Randbedingungen an der Massenbilanz. In Abhängigkeit ihrer aktuellen vertikalen Position werden die Grubenknoten in jedem Zeitschritt entweder auf die Randbedingung "Versickerung" oder "Festpotential" gesetzt:

 

• “Versickerung”: Die vertikale Position des Knotens (z-Koordinate) liegt über dem aktuellen Grubenwasserspiegel (ungesättigt).

• “Festpotential”: Die vertikale Position des Knotens (z-Koordinate) liegt unter des aktuellen Grubenwasserspiegels (gesättigt).

Beide Randbedingungen verursachen einen Massenfluss, der zu einem Austausch zwischen dem Grundwasserleiter und der Grube führt. Im aktuellen Beispiel entspricht die Summe des Massenflusses der beiden Randbedingungen dem Grundwasserzufluss (siehe Grafik).

Der Knick in den Massenfluss-Kurven wird durch die Veränderung des Gradienten in der h-V-Beziehung verursacht. Nach 124 Tagen ist die Grube gefüllt.

 

Wasserstand und Wassermenge bis zum Ende der Flutung (Flutung 1)

 

Grundwasserzufluss (links) und Speicherung (rechts) bis zum Ende der Flutung (Flutung 1)

 

Simulation 2: Kontrollierte Flutung