Auswirkungen sich ändernder Randbedingungen auf die Entwicklung hydrogeologischer Systeme (AREHS)

Projektbeschreibung

In der Bundesrepublik Deutschland wird in einem Auswahlverfahren der Standort gesucht, der die bestmögliche Sicherheit für die Errichtung eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle für 1 Million Jahre bietet.

Im Bewertungszeitraum von 1 Million Jahren werden sich zahlreiche äußere Bedingungen verändern, beispielsweise

• durch externe Ereignisse wie zukünftige Kalt- und Warmzeiten,
• die natürlichen hydrogeologischen Eigenschaften des Gesamtsystems,
• strukturelle Eigenschaften durch Reaktivierung von Störungen oder
• hydraulische Gradienten und damit Strömungsrichtungen des Grundwassers.

Hauptziel des FoV AREHS ist die Modellierung der Auswirkungen sich ändernder äußerer Randbedingungen auf die im StandAG relevanten hydrogeologischen Parameter eines generischen geologischen Endlagerstandorts in Deutschland in allen drei potenziellen Wirtsgesteinen (Tonstein, Salz und Kristallin).

Im Rahmen des FoV wurden umfangreiche Recherchen durchgeführt zu

• den Eingangsdaten und Stand von Wissenschaft und Technik der numerischen Modellierung von THM(C)-Prozessen,
• einer Vielzahl von numerischen Codes und ihrer Eignung für das Forschungsvorhaben,
• THM(C)-Prozessen, benötigter Parameter und Eingangsdaten,
• Klimamodellen für den Betrachtungszeitraum von einer Million Jahren
• Definition von Randbedingungen, die den glazialen Wandel abbilden,
• Einer Übersicht über die geologischen Verhältnisse in Deutschland mit relevanten Vorkommen der drei oben genannten Wirtsgesteinsformationen.
• Die Entwicklung und Validierung des THM-(C)-Modellansatzes wurde wie folgt durchgeführt:
  Beschreibung und Definition des physikalischen Problems und der mathematischen Gleichungen einschließlich der Kopplungen.
• Validierung der ausgewählten Software.
• Vergleich mit analytischen Lösungen und 1D-THM-(C)-Modellen.
• Festlegung von Benchmarks für die Reproduktion von Felddaten vergangener Vereisungsereignisse und mit veröffentlichten Modellierungsergebnissen.
• Entwicklung eines automatisierten Modellierungs-Workflows.

Durch die durchgeführten Modellierungen wurden Einblicke in die unterirdischen Vorgänge infolge glazialer Belastung erlangt. Im Ergebnis der Modellierungen wurde festgestellt, dass alle betrachteten THM-Kopplungen relevant erscheinen. Es zeigt sich, dass die glazialen Zyklen zu persistenten Abweichungen im Untergrund führen. Das heißt, es gibt gewissermaßen Fingerabdrücke glazialer Ereignisse in THM-Profilen, z. B. persistente Druckanomalien infolge THM-Kopplung und Überkonsolidation. Das bedeutet aber auch, dass die heutigen Felddaten bereits die “Erinnerung” vergangener Vereisungsereignisse in sich tragen. Dies heißt, dass die Anfangsbedingungen bereits von der Vergangenheit überprägt sind. Dies ist bei zukünftigen Anwendungen des Modellkonzeptes zu beachten. Auch wurde festgestellt, dass es einen starken Einfluss der Randbedingungen und damit der Größe des Simulationsgebietes gibt. Daraus wird geschlussfolgert, dass realistische mechanische Randbedingungen von großräumigen Simulationen abgeleitet werden sollten. Weiterhin wurde festgestellt, dass es einen starken Einfluss des mechanischen Materialmodells gibt. Insgesamt wurde aber auch eingeschätzt, dass die Plausibilität der Ergebnisse an generischen Standorten nur begrenzt verifiziert werden kann, da bereits der Anfangszustand nicht an realen Daten kalibriert werden kann

Die Ergebnisse dieses Projektes liefern dem BASE eine Grundlage für die weitere in-house Modellierung. Durch diesen Workflow soll die Möglichkeit geschaffen werden, dass die an generischen Standorten durchgeführten Modellierungen mit begrenztem Aufwand auf reale Standorte angewendet werden können.

Abschlussbericht AREHS