Handbuch zur Programmiersprache C/C++

Software

Übersicht zu Softwarepaketen und Modellierungsumgebungen, die ​am Lehrstuhl für Hydrogeologie entwickelt wurden
Handbuch zur Programmiersprache C/C++
Foto: Thomas Ritschel
Graphisches Schema der Interaktion und des Transports mobiler Sorbenten im porösen Medium Graphisches Schema der Interaktion und des Transports mobiler Sorbenten im porösen Medium Foto: Kai Uwe Totsche

Carry

Carry erlaubt die Modellierung von trägervermitteltem Stofftransport in einem Finite-Elemente- Ansatz. Damit wird die komplexe Wechselwirkung zwischen Fließfeld, kolloidaler Mobilität und reaktivem Stofftransport abgebildet.

 

 

 

 

Totsche & Kögel Knabner (2004). Mobile Organic Sorbent Affected Contaminant Transport in Soil: Numerical Case Studies for Enhanced and Reduced Mobility

Knabner et al. (1996). The modeling of reactive solute transport with sorption to mobile and immobile sorbents: 1. Experimental evidence and model development

Totsche et al. (1996). The modeling of reactive solute transport with sorption to mobile and immobile sorbents: 2. Model discussion and numerical simulation

 

 

Darstellung der Nichtlinearität und Graph einer daraus resultierenden Durchbruchskurve Darstellung der Nichtlinearität und Graph einer daraus resultierenden Durchbruchskurve Foto: Kai Uwe Totsche

IsoFit und ParFit

Die Rekonstruktion des nichtlinearen Adsorptionsverhalten reaktiver Stoffe mit parametrisierten Isothermen wie der Langmuir- oder BET-Isotherme scheitert häufig an der Heterogenität der Sorbate und Sorbenten. Ohne "a priori"-Annahmen über die Form der Interaktion können flexible Isothermen erzeugt werden, die jede Adsorptionscharakteristik genau reproduzieren und modellieren. 

 

 

Knabner et al. (2005). Unbiased identification of nonlinear sorption characteristics by soil column breakthrough experiments

Igler et al (1998). Identification of nonlinear sorption characteristics by soil column breakthrough experiments.

Müller et al. (2007). Sorption of polycyclic aromatic hydrocarbons to mineral surfaces.

 

 

3D-Modell eines poröses Mediums (links) und Fließmodell (rechts) 3D-Modell eines poröses Mediums (links) und Fließmodell (rechts) Foto: Thomas Ritschel

3D Finite-Volume Solver for Flow and Transport

Die Modellierung von Fließfeldern im Dreidimensionalem ist auf Porenskala eine massive Herausforderung für die Implementierung. Aus Bildanalysen tomographischer Messungen von porösen Medien konnte ein Modell entwickelt werden, das mehrere Hierarchien von Porensystemen zu einem gesamten Fließfeld vereint. 

 

 

Ritschel et al. (2018). Efficient Prediction of Multidomain Flow and Transport in Hierarchically Structured Porous Media

Source Code availabe at UFZ archive

 

 

Eine Bildergalerie von EDX-Aufnahmen zeigt die Verteilung verschiedener PMF-Komponenten in einem Dünnschliff Eine Bildergalerie von EDX-Aufnahmen zeigt die Verteilung verschiedener PMF-Komponenten in einem Dünnschliff Foto: Thomas Ritschel

PMF-Tool (Positive Matrix Factorization)

Die Verteilung von Komponenten in einer bildgebenden Methode sind häufig in den lokalen Spektren (z.B. IR, EDX) verborgen. Die Rekonstruktion der Komponentenspektren mit positiver Matrixfaktorisierung offenbart hierbei, wie sich Minerale und Organik in einer Probe verteilen. Damit verringert PMF nicht nur die Datenmenge erheblich, sondern gewährt einen intuitiven Zugang zu komplexen mehrdimensionalen Daten.

Fritzsche et al. (2015). Structure and composition of Fe–OM co-precipitates that form in soil-derived solutions

Fritzsche et al. (2019). Identification and quantification of single constituents in groundwater with Fourier-transform infrared spectroscopy and Positive Matrix Factorization.

 

Diagramm eines visuellen PARAFAC zur Rekonstruktion von Excitation-Emission-Matrices (Fluoreszenz) Diagramm eines visuellen PARAFAC zur Rekonstruktion von Excitation-Emission-Matrices (Fluoreszenz) Foto: Thomas Ritschel

PARAFAC-Tool (Parallel Factor Analysis)

Daten der Fluoreszenzspektroskopie liegen mehrdimensional als Excitation-Emission-Matrices vor und sind charakteristisch für den Typ organischer Substanz in Bodensickerwässern. Die Auswertung mithilfe von PARAFAC wurde in einem Softwarepaket mit graphischer Echtzeitüberwachung implementiert. Die Mehrdeutigkeiten und Fehlparametrisierungen des PARAFAC-Modell werden so viel früher erkannt.

 

Ritschel & Totsche (2017). Quantification of pH-dependent speciation of organic compounds with spectroscopy and chemometrics.

 

 

Verlauf von Wasserstand und Temperatur in einer Grundwassermessstelle gegen die Zeit Verlauf von Wasserstand und Temperatur in einer Grundwassermessstelle gegen die Zeit Foto: Thomas Ritschel

GAEA (Graphical Analyzing & Editing Application)

Schnelle intuitive Darstellung von Zeitreihen kann die Datenauswertung erheblich erleichtern und Fehler/Artefakte sichtbar machen. Eine visuelle Überprüfung bei der Prozessierung und Erhebung von Daten ist damit nicht nur ansprechend, sondern steigert die Effizienz und Robustheit wissenschaftlicher Datenerhebungen und Auswertungen. GAEA beherrscht zusätzlich wesentliche statistische Grundfunktionen, Interpolationen und Aggregationen.

 

Guhra et al. (2021). The mechanisms of gravity-constrained aggregation in natural colloidal suspensions.

 

Modellierter Stofftransport mit typischen Oszialltionen im Kreislaufexperiment Modellierter Stofftransport mit typischen Oszialltionen im Kreislaufexperiment Foto: Thomas Ritschel

YaTSi (Yet another Transport Simulation)

Transport folgt auf der Kontinuumskale der Advektions-Dispersionsgleichung. Deren numerisvhe Lösung und die Inversion des Modells ermöglicht die Nachbildung experimenteller Daten und die Bestimmung von Parametern. Mithilfe dieses Tools konnten die Kreislaufexperimente erst richtig erforscht werden.

 

 

Ritschel & Totsche (2016a). Closed-flow column experiments: Experimental Aspects 

Ritschel & Totsche (2016b). Closed-flow column experiments: Numerical Aspects

Source available on PANGAEA

 

 

Ein Beispiel eines Aggregatmodells, das die Verteilung von Sphären, Stäbchen und Plättchen zeigt Ein Beispiel eines Aggregatmodells, das die Verteilung von Sphären, Stäbchen und Plättchen zeigt Foto: Thomas Ritschel

MADDLA (MicroAggregate Development by Diffusion-Limited Agrgegation)

Die Modellierung von Aggregation aus Mineralen bedarf der Berücksichtigigung lokaler Transport- und Interaktionsaktionsmechanismen wie sie zum Beispiel aus der DLVO-Theorie hervorgehen. Daraus enstehen komplexe, teils fraktale Strukturen mit charakteristischen morphologischen Eigenschaften.

 

Ritschel & Totsche (2019). Modeling the formation of soil microaggregates.

Source on GitHub

 

 

Exemplarische Darstellung einer dreidimensionalen Verteilung von Aggregaten, die sich unter dem Einfluss der Schwerkraft gebildet haben Exemplarische Darstellung einer dreidimensionalen Verteilung von Aggregaten, die sich unter dem Einfluss der Schwerkraft gebildet haben Foto: Thomas Ritschel

MADDLA 3D

Im Zuge einer Untersuchung zum Einfluss der Gravitation auf die Aggregation wurde das Modellierungspaket nicht nur um die Schwerkraft als Transportprozess, sondern auch um eine umfassende dreidimensionale Visualisierung erweitert.

 

 

 

Guhra et al. (2021). The mechanisms of gravity-constrained aggregation in natural colloidal suspensions.

Source on GitHub