Simulazione numerica del flusso e trasporto di contaminanti in mezzi porosi a saturazione e densità variabile
Caricamento...
Data
1999
Autori
Gambolati, Giuseppe
Putti, Mario
Paniconi, Claudio
Titolo del periodico
ISSN
Titolo del volume
Editore
Abstract
La legislazione riguardante la salvaguardia e la tutela delle risorse idriche, e tra queste le acque sotterranee, è in continua crescita in tutti i paesi industrializzati. La protezione delle acque di falda dal sovrasfruttamento e dalla contaminazione di origine diversa (rifiuti urbani e industriali, pesticidi e fertilizzanti, scorie nucleari, ecc...) richiede la previsione degli effetti indotti dalle attività umane sulla quantità e qualità delle risorse sotterranee, previsione che si può conseguire solo attraverso l'impiego di idonei modelli matematico-numerici. Un problema di stringente attualità in tutti i paesi che si affacciano sul Mediterraneo è l'inquinamento degli acquiferi costieri per intrusione di acqua di mare. La simulazione della penetrazione del cuneo salino comporta lo sviluppo di modelli accoppiati di flusso e trasporto che possono essere accuratamente ed efficientemente risolti col metodo degli elementi finiti (FEM) che viene qui implementato in un mezzo poroso tridimensionale a saturazione variabile, e che è quindi in grado di simulare sia la zona insatura (suoli superficiali) che quella satura (falde in pressione).
Le non linearità che scaturiscono dall'accoppiamento e dalle leggi costitutive della permeabilità e del coefficiente di immagazzinamento nella zona insatura sono risolte con le tecniche di Picard e di Newton parziale. I modelli discreti finali linearizzati sono trattati col metodo dei gradienti coniugati opportunamente precondizionati per le matrici simmetriche di flusso (PGC) e quelle non simmetriche di trasporto (GMRES, Bi-CGSTAB, TFQMR). Le procedure descritte sono implementate nel codice FEM CODESA-3D (COupled variable DEnsity and SAturation) di cui è offerto un esempio applicativo.
In the industrialized countries subsurface water resources are increasingly subject to regulations for protection from over-exploitation and from contamination arising from urban, industrial, nuclear, military, and agricultural activities. Prediction of the effects of anthropogenic impacts on water quantity and quality is an important part of proper aquifer management, and can be achieved through the use of mathematical models. As an example, seawater intrusion in coastal aquifers represents a serious environmental problem, especially in the countries of the Mediterranean basin, and can be simulated using coupled models of water flow and solute transport. Sophisticated groundwater models such as these can be accurately and effciently solved numerically via finite element discretizations of the three-dimensional porous medium. Both saturated (groundwater) and unsaturated (soil water) zones can be represented, and nonlinearities arising from storage-pressure head and conductivity-pressure head dependencies in the unsaturated zone and from coupling of the two equations can be resolved using Picard, Newton, or partial Newton methods. The resulting linearized systems of equations can be solved using a variety of preconditioned conjugate gradient-like methods applicable to symmetric and non-symmetric systems. The mathematical formulation and numerical procedures to be described form the basis of the CODESA-3D (COupled variable DEnsity and SAturation) model.
In the industrialized countries subsurface water resources are increasingly subject to regulations for protection from over-exploitation and from contamination arising from urban, industrial, nuclear, military, and agricultural activities. Prediction of the effects of anthropogenic impacts on water quantity and quality is an important part of proper aquifer management, and can be achieved through the use of mathematical models. As an example, seawater intrusion in coastal aquifers represents a serious environmental problem, especially in the countries of the Mediterranean basin, and can be simulated using coupled models of water flow and solute transport. Sophisticated groundwater models such as these can be accurately and effciently solved numerically via finite element discretizations of the three-dimensional porous medium. Both saturated (groundwater) and unsaturated (soil water) zones can be represented, and nonlinearities arising from storage-pressure head and conductivity-pressure head dependencies in the unsaturated zone and from coupling of the two equations can be resolved using Picard, Newton, or partial Newton methods. The resulting linearized systems of equations can be solved using a variety of preconditioned conjugate gradient-like methods applicable to symmetric and non-symmetric systems. The mathematical formulation and numerical procedures to be described form the basis of the CODESA-3D (COupled variable DEnsity and SAturation) model.
Descrizione
Keywords
mezzi porosi , porous medium , inquinamento degli acquiferi , metodo degli elementi finiti (FEM) , modelli matematici