Schadstoffausbreitung in einem Gewässer

Zusammenfassung

Transportprozesse, bei denen sich extensive Größen – eine chemische Substanz, Bakterien oder auch Energie in Form von Wärme – in einem umgebenden Medium ausbreiten, spielen in vielen Anwendungen eine wichtige Rolle. In diesem Kapitel wollen wir die folgende konkrete Fragestellung genauer untersuchen: Wie lässt sich die Ausbreitung einer Schadstoffsubstanz in einem Gewässer modellieren? Wie kann man eine solche Ausbreitung berechnen, wenn die Anfangskonzentration sowie die Quelle des Schadstoffes bekannt sind? In Abschnitt 4.1.3 hatten wir bei der Diskussion der allgemeinen lokalen Bilanzgleichung verschiedene Teilprozesse eines solchen Transportprozesses identifiziert: so genannte Diffusions-, Konvektions-, und Reaktionsprozesse. Wir werden an dem konkreten Beispiel der Schadstoffausbreitung diskutieren, wie man anhand der relevanten Prozessparameter – den Diffusionskoeffizienten, Konvektionsgeschwindigkeiten und Abbauraten – den Einfluss der entsprechenden Teilprozesse abschätzen kann. Mithilfe von numerischen Simulationen werden wir den Gesamtprozess berechnen und visualisieren. Darüber hinaus werden wir auch die Geschwindigkeit der Ausbreitungsfront und die charakteristische Zeit, in der die Schadstoffsubstanz ein bestimmtes Gebiet erreicht, untersuchen.