Universität Stuttgart
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Item Open Access Immobilization of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) : experimental and model-based analysis of leaching behavior(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Bierbaum, Thomas; Haslauer, Claus (PD Dr.-Ing.)Die Dissertation untersucht die Elution und Immobilisierung von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) in belasteten Böden, insbesondere unter Verwendung von aktivkohlebasierten und zementbasierten Immobilisierungsansätzen. Ziel der Arbeit war es, das Elutionsverhalten von PFAS unter verschiedenen experimentellen Bedingungen zu charakterisieren, die Langzeitstabilität von Immobilisierungsmitteln zu untersuchen und die Anwendbarkeit verschiedener experimenteller Methoden zur Bewertung der PFAS-Immobilisierung zu prüfen. Die PFAS-Elution wurde in Batch-, Säulen- und Lysimeterexperimenten untersucht. Mathematische Modelle (Kontinuummodell und Random-Walk-Particle-Tracking-Modell) wurden eingesetzt, um Retentionsmechanismen wie Gleichgewichtssorption, kinetische Sorption und Sorption an Luft-Wasser-Grenzflächen (AWI) zu analysieren. Die PFAS-Elution konnte durch AC-basierte Produkte um über 95 % reduziert werden, allerdings wurde eine verzögerte Desorption von kurzkettigen Perfluoralkylsäuren (PFAAs) wie PFBA und PFPeA festgestellt. Langkettige PFAAs wurden effektiv immobilisiert, während die Elution kurzkettiger PFAAs (besonders unter alkalischen Bedingungen) nur geringfügig beeinflusst wurde. Lysimeterexperimente zeigten die Relevanz der AWI-Sorption bei variabel-gesättigten Bedingungen für die Retardierung langkettiger PFAAs. Langfristig wird die Elution durch die Kombination von kinetischer Sorption, Biotransformation und kompetitiver Sorption beeinflusst. Teilweise ist eine Verlängerung der Laufzeit der Experimente notwendig, da die Elution von PFAS, insbesondere durch kinetische Prozesse und Biotransformation, langfristig anhält. Die Ergebnisse zeigen, dass einzelne Elutionsverfahren ungenügend sind, um alle relevanten Prozesse abzubilden. Zur Untersuchung der PFAS-Immobilisierung wird eine Kombination verschiedener Methoden empfohlen. Die Arbeit trägt zu einem besseren Verständnis der PFAS-Transport in der ungesättigten Zone und der PFAS-Immobilisierung bei. Darüber hinaus wird die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen zu Schlüsselprozessen wie Transformation von Vorläufersubstanzen und kompetitiver Sorption betont.Item Open Access Long-term lumped projections of groundwater balances in the face of limited data(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Ejaz, Fahad; Nowak, Wolfgang (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access A holistic approach to assess the impact of global change on reservoir sedimentation(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Mouris, Kilian; Wieprecht, Silke (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Capturing local details in fluid-flow simulations : options, challenges and applications using marker-and-cell schemes(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Lipp, Melanie Gloria; Helmig, Rainer (Prof. Dr.-Ing.)Complex local flow structures appear in a wide range of free-flow systems, e.g. vortices build after obstacles. For understanding and predicting numerous processes, it is important to capture local details in free fluid flow, which is the focus of this work. Particularly, we are interested in local flow structures in free flow coupled to porous-medium flow. A better resolution of local structures in free flow can be achieved by refining computational grids, which is studied in this thesis. Particularly, we focus on finite-volume/finite-difference methods for the two-dimensional Navier-Stokes equations with constant density and constant viscosity, using the marker-and-cell method (pressures in cell centers, velocities on cell faces) and rectangular control volumes. There exists a variety of methods, with a range of characteristics, which can be used to refine computational grids. The first objective of this work was to develop for many different available approaches one common way of description of a class of methods within our focus and to display their similarities and differences. The second objective was to gain insight and in-detail understanding of the local-refinement-methods' behavior by examining one chosen method before numerical solution, i.e. by examining local truncation errors. The third objective was to gain further understanding of the local-refinement-methods' behavior as well as display examples, in which the chosen method is beneficial when neglecting computational-efficiency issues, by examining our chosen method after numerical solution, i.e. by examining actual numerical solutions.Item Open Access Applying automatic calibration for three-dimensional numerical modeling of hydro-morphological changes in channels and reservoirs(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Shoarinezhad, Vahid; Wieprecht, Silke (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Spatial aspects of hydrological extremes : description and simulation(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Anwar, Faizan; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing.)This thesis deals with the development of measures that can identify arbitrary multivariate dependence in space-time. A few new multivariate time series generators are also introduced. The aim was to use these measures and methods to simulate large scale heavy precipitation and river discharge more accurately.Item Open Access Parameter optimization of theoretically consistent Intensity Duration Frequency (IDF) curves and their uncertainty quantification(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Amin, Bushra; Bárdossy, András (Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing.)Item Open Access Surfactant-enhanced in-situ chemical oxidation : developing a remediation design with experimental upscaling(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodellierung der Universität Stuttgart, 2024) Herzog, Benjamin Max; Haslauer, Claus (PD Dr.-Ing.)Item Open Access Coupled free-flow and porous-medium flow systems : an analysis of soil water evaporation on multiple scales(Stuttgart : Eigenverlag des Instituts für Wasser- und Umweltsystemmodelierung der Universität Stuttgart, 2024) Coltman, Edward; Helmig, Rainer (Prof. Dr.-Ing.)