Im Rahmen des Projektes STELLAR (Landesweites 3D Grundwasserströmungsmodell für Niedersachsen) wird basierend auf Testmodellen evaluiert, welche Meshgenerierung für die MODFLOW6-Modlleirung Anwendung finden wird.

Voronoi-Tessellierungen bieten eine robuste geometrische Grundlage für die Erzeugung unstrukturierter Netze in der Grundwasserströmungsmodellierung. Sie ermöglichen eine flexible Darstellung komplexer geologischer Strukturen und unregelmäßiger Gebietsgrenzen. Durch die Integration voronoi-basierter Diskretisierungen in moderne Modellierungsumgebungen wie MODFLOW können heterogene Systeme mit höherer räumlicher Auflösung und angepasster Gitterdichte abgebildet werden. Dadurch lassen sich hydraulische Gradienten und Strömungsbahnen präziser erfassen und numerische Instabilitäten reduzieren.

Diese Arbeit untersucht verschiedene Ansätze zur voronoi-basierten Netzgenerierung, die mit aktuellen Python-Bibliotheken und spezialisierten Anwendungen erstellt werden. Ziel ist es, die erzeugten Netze hinsichtlich ihrer geometrischen Eigenschaften und ihrer Eignung für den Einsatz in Grundwasserströmungsmodellen zu vergleichen. Dabei wird besonderes Augenmerk auf Struktur, Regelmäßigkeit und die geometrische Qualität der Netze gelegt.

Die Netzqualität wird anhand geometrischer Kennwerte bewertet, darunter die Abweichung einer Zelle von der sogenannten Centroidal-Voronoi-Tessellierung (CVT), die den Abstand zwischen dem Generierungspunkt und dem Zellschwerpunkt beschreibt, sowie die Orthogonalitätsabweichung, die den Winkel zwischen den Verbindungslinien der Zellzentren und den zugehörigen Flächennormalen beschreibt. Zusätzlich werden numerische Leistungskennzahlen wie Massenbilanzfehler, Reduktionsrate der Residuen und die Glätte der hydraulischen Potentialverteilung berücksichtigt.

Der Vergleich der unterschiedlichen Voronoi-Netze dient dazu, Gemeinsamkeiten und Unterschiede in ihrer geometrischen Struktur und potenziellen Modellanwendbarkeit herauszuarbeiten. Auf diese Weise wird ein besseres Verständnis der Einflüsse von Netzaufbau und Gitterqualität auf die Zuverlässigkeit und Effizienz von Grundwasserströmungsmodellen gewonnen.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung liefern eine Grundlage für die Bewertung und Auswahl geeigneter Strategien zur Erstellung unstrukturierter Voronoi-Netze und unterstützen die Weiterentwicklung effizienter und stabiler Modellierungsansätze in der Hydrogeologie.