K-Werte

An dieser Stelle können anisotrope K-Werte entsprechend ihrer Raumrichtung differenziert zugewiesen werden.

Im 3D-Modell werden die eingegebenen K-Werte k1, k2, k3 zusammen mit den Winkeln a1, a2 und a3 nach dem Bestätigen mit OK und Speichern des Modells am Ende der *.3d-Datei des Modells automatisch zonenweise abgelegt. Das Attribut Z-KA wird automatisch in den unteren Schichten nachbelegt, wenn es dort nicht zugewiesen ist.

Im Horizontalmodell werden die eingegebenen K-Werte k1 und k2 sowie der Winkel a1 unter dem Attribut MATE in der *.net-Datei automatisch zonenweise gespeichert.

Winkel

Zusätzlich zu den richtungsabhängigen K-Werten lassen sich bei einem vom kartesischen Koordinatensystem abweichenden K-Wert-Ellipsoid die Winkel a1 (Horizontal- und 3D-Modell), sowie a2 und a3 (nur 3D-Modell) definieren.

Unter Berücksichtigung dieser Winkel werden die K-Werte nach dem folgenden allgemeinen Rotationalgorithmus korrigiert:

k_korr = H* k_orig* H^T

mit:

k_korr = Tensor der (schicht-)korrigierten K-Werte

k_orig = Tensor der K-Werte der Modelldateien

H = Rotationsmatrix mit den Winkeln a1, a2, a3

H^T = transponierte Rotationsmatrix

Winkel a1: Rotation in der X-Y-Ebene im Gegenuhrzeigersinn von der X-Achse aus gesehen

Winkel a2: Rotation in der neuen X-Z-Ebene im Gegenuhrzeigersinn von der neuen X-Achse aus gesehen

Winkel a3: Rotation in der neuen Y-Z-Ebene im Gegenuhrzeigersinn von der neuen Y-Achse aus gesehen

Automatische Schichtkorrektur (nur 3D-Modell)

Generell gelten die in SPRING definierten Durchlässigkeitswerte (Attribut KWER) für isotrope Strömungsverhältnisse, d.h. die resultierende Strömungsrichtung ergibt sich durch das reine Potentialgefälle des Grundwasserleiters ohne Berücksichtigung der geometrischen Diskretisierung.

Durch Aktivieren dieses Buttons erfolgt eine optionale (und automatische) Schichtkorrektur, bei der die K-Werte automatisch an die Element- bzw. Schichtgeometrie angepasst werden. Da sich die Elementgeometrie in der Regel der geologischen Schichtung des Modellgebiets anpasst, erfolgt hiermit eine geometrische Korrektur der Durchlässigkeiten ohne Angabe von Winkeln.

Für die interne Berechnung wird die mittlere Ebene zwischen oberer und unterer "Element-Fläche" erzeugt und deren Normale berechnet. Die Abweichungen der Normalen zur jeweiligen Koordinatenebene ergeben die Winkel a1, a2, a3, mit denen die K-Werte nach dem oben beschriebenen allgemeinen Rotationalgorithmus korrigiert werden.

Sollen die K-Werte für ALLE Schichten korrigiert werden, ist eine Zuweisung des Attributs Z-KA nicht erforderlich. Hierfür reicht es, am Ende der Batchdatei sitra.bsi die folgende Zeile einzufügen:

ROTATION KWER

Die folgende Abbildung zeigt das Ergebnis der Strömungsberechnung mit (rote Potentiallinien) und ohne (blaue Potentiallinien) Berücksichtigung der schichtkorrigierten K-Werte für alle Schichten:

Gegenüberstellung der Potentiallinien mit (rot) und ohne (blau) schichtkorrigierte K-Werte für alle Schichten

Die gelbe Schicht ist gegenüber den grünen Schichten um Faktor 100 undurchlässiger. Die Unterschiede in der Berechnungsweise zeigen sich insbesondere dort, wo das Gefälle der geologischen Schicht der horizontal ausgerichteten Grundwasserströmung entgegensteht.

Sollen die K-Werte nur für ausgewählte Schichten dem geologischen Verlauf angepasst werden, geschieht dies durch die Zonierung mit dem Attribut Z-KA.

Hierfür wird im Dialog die entsprechende Zone ausgewählt und der Button "Automatische Schichtkorrektur" aktiviert.

Die folgende Abbildung zeigt ein Modell, in dem lediglich die Schichten 9 bis 11 als Zone 2 definiert wurden. Die K-Werte sind für alle Schichten gleich (horizontal 0.0001, vertikal 0.0001), wie die zugehörigen Elementattribute zeigen:

Aufgrund der automatischen Nachbelegung muss ab der Schicht 12 das Attribut Z-KA erneut zugewiesen werden, da Zone 2 nur für die Schichten 9 bis 11 gelten soll.

Für Zone 2 wurde dann eine automatische Schichtkorrektur durchgeführt. Die folgende Abbildung zeigt das Ergebnis der Strömungsberechnung:

Gegenüberstellung der Potentiallinien mit (rot) und ohne (blau) schichtkorrigierte K-Werte

Zone 2 umfasst die Schichten 9 bis 11, die in der Abbildung türkis eingefärbt sind. Zone 1 sind alle übrigen Schichten (grün).