Simulationsprogramm PCSiWaPro

Simulation des Stofftransports (Animation mit GMSH)

PCSiWaPro ist ein Simulationsprogramm, welches die Strömungs- und Stofftransportprozesse in der Bodenzone unter variabel gesättigten hydraulischen Bedingungen berechnen kann. Für den Wasserhaushalt sowie die Strömung wird die Richards-Gleichung mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente für 2D-vertikal-ebene oder rotationssymmetrische Problemstellungen gelöst. Der Stofftransport wird durch Anwendung der Konvektions-Dispersions-Gleichung simuliert. Der Simulationskern basiert auf dem Programm SWMS_2D (Simunek et al., 1994), das seinerseits Vorläufer des derzeit weit verbreiteten Programm HYDRUS-2D (Simunek et al., 1999) ist.
Das Programm wurde im Rahmen des BMBF-Vorhabens "Sickerwasserprognose" grundlegend an der Technischen Universität am Institut für Abfallwirtschaft und Altlasten entwickelt sowie mit einer mehrsprachigen grafischen Benutzeroberfläche ausgestattet. Die weitere Produktentwicklung wird durch die IBGW GmbH fortgeführt.

Eigenschaften von PCSiWaPro

Wirkungsweise einer Kapillarsperre in einem Modellversuch mit einer Kipprinne

  • Strömungs- und Transportsimulation in der ungesättigten Zone
  • Berücksichtigung des Wasserentzugs sowie der Stoffaufnahme durch Pflanzenwurzeln
  • Stoffrückhalt im Boden durch Beschreibung von Sorptionsisothermen: linear, Freundlich und Langmuir sowie Nicht-Gleichgewichtssorption
  • Numerische Lösung mittels FE-Methode
  • Mehrsprachige Benutzeroberfläche mit ausführlicher Hilfe
  • Implementierter Netzgenerator und Randbedingungseditor zur grafischen Eingabe der Anfangs- und Randbedingungen
  • Integrierter Assistent für Modellaufbau und Dateneingabe
  • Einbeziehung existierender Stoff- und Bodendatenbanken
  • Abschätzung der Bodenparameter über DIN 4220 oder Pedotransferfunktion
  • Generierung messwertbasierter Zeitreihen für atmosphärische Randbedingungen beliebiger Länge durch implementierten "Wettergenerator"
  • Direkte Anbindung zu MS Office, da Datenbasis in Form von MS Access-Datenbanken vorliegt
  • Grafische Visualisierung mit dem Open-Source-Werkzeug GMSH

Anwendungsgebiete

Deichdurchströmung

  • Abschätzen der Versickerungsleistung von Böden
  • Versickerung von Abwässern aus Kleinkläranlagen
  • Untersuchungen zur Wirksamkeit von Deponieabdichtungen (z.B. über Kapillarsperren)
  • Simulation der Durchströmung von Erddämmen unter verschiedenen Konstruktionen und Sicherungsmaßnahmen
  • Computergestützte Sickerwasserprognose entsprechend der Bundesbodenschutzverordnung
  • Hydrologische Fragestellungen

Dokumentation

Die Dokumentation ist online verfügbar und kann über den angegebenen Link direkt aufgerufen werden. Neben dem Benutzerhandbuch werden auch die physikalisch-mathematischen Grundlagen sowie die Beschreibung von verschiedenen Beispielen zur Verfügung gestellt.

Systemvoraussetzungen

  • Windows 7 - 10 (32 oder 64 Bit Version)
  • .Net-Framework 4.0 oder höher (bei den genannten Windows-Versionen vorinstalliert)
  • 4 GB RAM empfohlen
  • 2 GB Festplattenspeicher für die Installation und Programmbeispiele
  • Bildschirmauflösung mind. 1024 x 768 Bildpunkte
  • x86-Prozessor, Mehrkern-Prozessor empfohlen

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