Mit der Spatial Analyst-Lizenz verfügbar.
Mit den Werkzeugen zur Grundwasseranalyse können Sie eine grundlegende Advektions-Dispersions-Modellierung der Grundwasserbestandteile vornehmen. Die Darcy-Strömungsanalyse modelliert einen zweidimensionalen, senkrecht gemischten, horizontalen und gleichmäßigen Fluss, bei dem die Haupthöhe unabhängig von der Tiefe ist.
Darcy-Strömungsanalyse
Die Darcy-Strömungsanalyse dient zwei verschiedenen Zwecken. Erstens werden mit ihr die Konsistenz der Grundwasser-Datasets überprüft und Raster der Grundwasserfluss-Vektoren generiert. Das Standard-Ausgabe-Raster ist das Raster für den Grundwasservolumenausgleichs-Restwert. Dieses misst die Differenz zwischen dem Wasserfluss in die jeweilige Zelle und dem Wasserfluss aus der jeweiligen Zelle.
Da die Strömungsberechnungen für jede der vier Zellwände unabhängig voneinander durchgeführt werden (die Strömung hängt von den Unterschieden zwischen benachbarten Zellen ab), fließt möglicherweise mehr (oder weniger) Wasser in eine Zelle als aus der Zelle. In diesem Fall ist ein positiver (oder negativer) Volumenausgleichs-Restwert vorhanden.
Gleichmäßige, konsistente Eingabe-Raster ohne Zuflüsse oder Abflüsse erzeugen geringe Restwerte nahe null. Hohe Restwerte bedeuten, dass das Haupthöhen-Raster im Hinblick auf die Transmissivitäts-, Porositäts- und Stärke-Raster nicht sinnvoll einsetzbar ist. Ein Haupthöhen-Raster enthält die Werte der Grundwasserhaupthöhe für jede Zelle im Raster. Die Haupthöhe ist in der Regel eine Höhe oberhalb einer Bezugshöhe wie Normalnull. Wenn hohe Restwerte ausgegeben werden, sind die Eingabedaten inkonsistent und führen zu bedeutungslosen Ergebnissen.
Der zweite Zweck der Darcy-Strömungsanalyse ist die Berechnung des Strömungsfeldes mittels der Darcy-Gleichung, wie nachfolgend erläutert. Das Strömungsfeld ist ein Vektorfeld für die Grundwassersickergeschwindigkeiten und wird als zwei Raster ausgedrückt: eines für die Magnitude und eines für die Richtung.
Der erste Schritt bei der Modellierung des Grundwasserflusses ist die Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit und -richtung an jedem Punkt im Strömungsfeld. Dies erfolgt mit Darcy-Strömung. Dabei wird der Volumenausgleich in jeder Zelle berechnet. Dieser muss gering sein, wenn keine Zuflüsse oder Abflüsse wie Brunnen, Einsickerung oder Lecks vorhanden sind. Ein Volumenausgleichs-Restwert von null bedeutet, dass zwischen dem Zufluss in die Zelle und dem Abfluss aus der Zelle kein Unterschied besteht. Es wird ein stetiges Strömungsfeld (konstant im Zeitverlauf) angenommen. Eine ausführliche Erörterung der Grundwasserhydraulik bieten verschiedene Quellen, z. B. Bear (1979), Freeze and Cherry (1979) und Marsily (1986).
Darcy-Strömung
Das Standardausgabe von Darcy-Strömung ist das Raster für den Grundwasservolumenausgleichs-Restwert. Dieses misst die Differenz zwischen dem Wasserfluss in die jeweilige Zelle und dem Wasserfluss aus der jeweiligen Zelle. Anhand des Restwertes wird die Konsistenz der Grundwasser-Datasets überprüft.
Da die Strömungsberechnungen für jede der vier Zellwände unabhängig voneinander durchgeführt werden (die Strömung hängt von den Unterschieden zwischen benachbarten Zellen ab), fließt möglicherweise mehr (oder weniger) Wasser in eine Zelle als aus der Zelle. In diesem Fall ist ein positiver (oder negativer) Volumenausgleichs-Restwert vorhanden.
Gleichmäßige, konsistente Eingabe-Raster ohne Zuflüsse oder Abflüsse wie Brunnen, Einsickerung oder Lecks erzeugen geringe Restwerte nahe null. Hohe Restwerte bedeuten, dass das Haupthöhen-Raster im Hinblick auf die Transmissivitäts-, Porositäts- und Stärke-Raster nicht sinnvoll einsetzbar ist. In diesen Fall gelten die Eingabedaten als inkonsistent, und sie führen zu nicht aussagekräftigen Ergebnissen.
Mit Darcy-Strömung können optional die Ausgaben von Darcy-Geschwindigkeit erzeugt werden. Diese werden im folgenden Abschnitt beschrieben.
Darcy-Geschwindigkeit
Darcy-Geschwindigkeit berechnet mit der Darcy-Gleichung das Strömungsfeld. Das Strömungsfeld ist ein Vektorfeld für die Grundwassersickergeschwindigkeiten.
Diese werden als zwei Raster ausgedrückt: eines für die Magnitude und eines für die Richtung.
Darcy-Geschwindigkeit ist hilfreich, wenn der Volumenausgleichs-Restwert von Darcy-Strömung nicht benötigt wird.
Referenzen
Bear, J. Hydraulics of Groundwater. McGraw-Hill. 1979.
Freeze, R. A., and J. A. Cherry. Grundwasser Prentice-Hall. 1979.
Marsily, G. de. Quantitative Hydrogeology. Academic Press. 1986.