Onttrekken grondwater, computerprogramma’s voor modellering van grondwaterontrekking
Er is een groot aantal computerprogramma’s beschikbaar voor de modellering en simuatie van een voorgenomen onttrekking van grondwater. De programma's onderscheiden zich op techniek, ruimtelijke discretisatie, gebruikersvriendelijkheid, beschikbaarheid, koppeling met andere programma's en niet in de laatste plaats de te beschrijven processen.
Met betrekking tot gebruikersvriendelijkheid is nog volop sprake van ontwikkeling. Vooral de koppeling met technische tekenprogramma’s maakt het ontwerpen van systemen een stuk efficiënter. In alle gevallen geldt dat de kwaliteit van het resultaat (modeluitkomsten) in belangrijke mate bepaald worden door de kwaliteit van de invoergegevens (garbage in = garbage out).
Basisprincipes
Een computermodel wordt nog steeds gezien als een machtig instrument, dat het antwoord op alle onderzoeksvragen geeft. In werkelijkheid is een computermodel niets meer of minder dan een krachtig rekenhulpmiddel voor het uitvoeren van complexe, veelomvattende berekeningen. De kern van het computermodel bestaat uit een samenstel van wiskundige formules. Deze formules beschrijven, veelal in vereenvoudigde vorm, de processen in de bodem die onderzocht moeten worden. Het geheel van deze procesbeschrijving wordt het wiskundige model genoemd. Dit is het concept waar het computermodel vanuit gaat. De gebruiker dient gegevens over de begintoestand, randvoorwaarden en de waarde van constante parameters op te geven. Met deze informatie voert het rekenprogramma de berekeningen uit.
De benodigde gegevens voor het computermodel worden bepaald door het wiskundige model. Het resultaat van de berekeningen is een grote hoeveelheid getallen. De analyse van deze getallen is één van de belangrijkste stappen bij het modelgebruik. Het presenteren van de resultaten in grafieken of contourbeelden is een veel gebruikt analyse- hulpmiddel. Bij de analyse van de resultaten moet gekeken worden in hoeverre het gebruikte model de relevante processen correct beschrijft, waarbij nauwkeurigheid van de berekening bepaald moet worden en onregelmatigheden opgespoord moeten worden.
De gebruiker van het computermodel moet derhalve op de hoogte zijn van de wijze van berekenen van het computerprogramma en het effect daarvan op de resultaten van de berekeningen. Hieruit blijkt dat de gebruiker van een computermodel kennis moet hebben van het desbetreffende vakgebied. Dit geldt evenzo voor diegenen, die de kwaliteit van een modellering moeten beoordelen.
Indien de vraagstelling voldoende (nauwkeurig) wordt beantwoord, kunnen er conclusies uit de modelstudie worden getrokken. Zo niet, dan moeten er nieuwe berekeningen uitgevoerd worden, waarvoor eventueel aanvullende gegevens verzameld dienen te worden. Gedurende alle fasen in het gebruik van een computermodel moet steeds de vraagstelling, waarvoor een antwoord gezocht wordt, goed voor ogen gehouden worden.
Procesbeschrijving
Het eerste aspect dat een belangrijke rol speelt bij de selectie van een mathematisch computermodel zijn de processen die door het model worden beschreven. Hierbij kan allereerst onderscheid gemaakt worden tussen de beschrijving van de grondwaterbeweging en het transport van verontreinigingen. De grondwaterstroming is in feite het uitgangspunt voor bijna alle modelstudies ten behoeve van saneringsonderzoek. De beschrijving van de vloeistofstroming wordt ook vaak gebruikt voor de beschrijving van de verspreiding van verontreinigingen in de bodem. Er zijn enerzijds modellen beschikbaar, die zowel het stofgedrag als de grondwaterstroming beschrijven en anderzijds modellen, die enkel het stofgedrag beschrijven. In gecombineerde modellen is de verfijning van de modellering van het stofgedrag beperkt. Door gebruik te maken van modellen die specifiek het stofgedrag beschrijven, neemt de mogelijke mate van volledigheid toe. In dat geval zal de grondwaterstroming echter door een apart model beschreven moeten worden.
De beschrijving van het stofgedrag is het tweede aspect. Dit kan gesplitst worden in de beschrijving van fysische, chemische en biologische processen. Fysische processen onderscheiden zich van de andere twee doordat hierbij geen omzetting van stoffen plaatsvindt. De fysische processen die van belang zijn bij de beschrijving van het transport van verontreinigingen zijn convectie, dispersie en meerfasestroming.
Een derde eigenschap die in belangrijke mate het onderscheid tussen computermodellen bepaalt, is de factor tijd. Met modellen die tijdsafhankelijke berekeningen kunnen uitvoeren, kunnen in de tijd veranderende (dynamische) randvoorwaarden worden opgelegd, waardoor steeds een andere evenwichtssituatie ontstaat. In de meeste computermodellen wordt gerekend met stationaire modellen (tijd-onafhankelijk), waarvoor het te modelleren systeem moet worden geschematiseerd tot een over een bepaalde periode gemiddelde situatie (bijvoorbeeld over een jaar gemiddelde [grond]waterstanden en neerslaggegevens).