Optimality and self-organization in subsurface flow processes
Optimality and self-organization in subsurface flow processes
批准号:
414728598
负责人:
Professor Dr. Stefan Hergarten
金额:
$0.0万
依托单位国家:
德国
项目类别:
Research Grants
财政年份:
2018
资助国家:
德国
项目状态:
已结题
起止时间:
2017-12-31 至 2021-12-31
中文摘要
地下的流动模式在所有尺度上都受强烈的非均质性支配。这种非均质性既影响地下储水的性质,也影响溶质的运输。尽管这种多尺度非均质性的重要性毋庸置疑,但将其整合到地下流动的数值模型中仍然是一个重大挑战。首先,对非均质性的空间结构及其与地质条件的关系知之甚少;其次,所需的范围将导致不合理的数值努力。在过去的几十年里,从最优性原则(这里是最小能量耗散)得出流动模式的统计特性已经成为一种成功的方法,至少对于两个系统——地球表面的河流网络和心血管系统。最近,申请人发表了一个理论框架,用于从最小能量耗散原理推导多孔介质中流动的孔隙率和水力导电性的空间模式。然而,相关研究还停留在理论概念层面,主要是孔隙度、电导率和通量密度(达西速度)之间的关系。验证这个概念,进一步开发它以应用于实际场景,并将其转移到集中参数模型是所建议项目的主要目标。验证将涵盖集水区大小的统计分布与自然界中发现的泉水大小分布和单个泉水流量曲线的关系。原始通用模型的扩展将包含水平和倾斜的无约束含水层,在Boussinesq近似和真正的3D模式。集中参数模型将从所有版本的分布式模型中派生出来,以使它们可以进行数值处理。
英文摘要
Flow patterns in the subsurface are governed by a strong heterogeneity at all scales. This heterogeneity affects both the properties of the subsurface as a water storage and the transport of solutes. Despite the undoubted importance of this multi-scale heterogeneity, integrating it in numerical models of subsurface flow is still a major challenge. First, little is known about the spatial structure of the heterogeneity and its relationship to the geological conditions, and second the required range would result in an unreasonable numerical effort.In the last decades, deriving statistical properties of flow patterns from principles of optimality (here, minimum energy dissipation) has turned to be a successful approach atleast for two systems -- river networks at Earth's surface and the cardiovascular system.Recently a theoretical framework for deriving spatial patterns of porosity and hydraulic conductivity for flow in porous media from the principle of minimum energy dissipation was published by the applicant. However, the related research is still on the level of a theoretical concept mainly consisting of relations between porosity, conductivity and flux densitiy (Darcy velocity).Validating this concept, developing it further for application to realistic scenarios, and transferring it to lumped parameter models are the main goals of the proposed project. Validation will cover the statistical distribution of catchment sizes in relation to spring-size distributions found in nature and individual spring discharge curves. Extensions of the original generic model will contain horizontal and sloping unconfined aquifers in Boussinesq approximation and genuine 3D patterns. Lumped parameter models will be derived from all versions of the distributed models in order to make them numerically treatable.
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会议论文
The influence of hillslope processes on large-scale landform evolution
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批准号:432703650
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项目类别:Research Grants
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资助金额:$0.0万
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财政年份:--
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负责人:Professor Dr. Stefan Hergarten
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依托单位:
国内基金
海外基金
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