Anwendungsorientierte Erprobung und Weiterentwicklung numerischer Modelle zur Simulation von Strömungs- und Transportprozessen in granitoiden Gesteinen

Fahrenholz, Christine

Die Arbeit wurde vor dem Hintergrund einer Langzeitsicherheitsanalyse durchgeführt. Die Schwerpunkte lagen in der Untersuchung der Transportprozesse und sensitiven Transportparameter, des Einflusses von Wärmefeldern auf die Grundwasserströmung und den Stofftransport, der in dem Programm FEFLOW 5.2 neu hinzugekommenen Module „Mehrkomponententransport“ und „Erzeugung diskreter Elemente“ im Hinblick auf die Implementierung radioaktiver Zerfallsreihen und expliziter Klüfte unterschiedlichen Maßstabs und der Frage inwieweit das Programm FEFLOW Zusatzinformationen für das sicherheitsanalytische Programm CHETMAD bereitstellen kann. Die Ergebnisse zeigten, dass es prinzipiell möglich ist, die Eigenschaften der Grundwasserströmungs- und Stofftransportprozesse für verschiedene Skalenbereiche nachzubilden und die sensitiven Parameter auf der Basis vereinfachter Kluftsysteme zu bestimmen. Desweiteren zeigte sich, dass die untersuchten Wärmefelder keine nennenswerte Auswirkungen besitzen. Durch die neuen Programmmodule war es möglich Radionuklidzerfallsreihen und explizite Klüfte unterschiedlichen Maßstabs in die Modelle zu implementieren. Jedoch gab es deutliche Einschränkungen hinsichtlich der Kluftanzahl und deren Verschneidungswinkeln. Die Reproduktion eines zuvor mit dem Programm r3t durchgeführten Stofftransportmodells gelang zudem nicht detailgetreu. Die Modellierung der prinzipiellen Transportphänomene des Mutternuklids erfolgte zwar nahezu identisch, jedoch kam es bei dem Tochternuklid mit fortlaufender Rechenzeit zu deutlich veränderten Konzentrationsverteilungen. Als Grund wird die unterschiedliche mathematische Behandlung des radioaktiven Zerfalls angesehen. Insgesamt zeigte die Arbeit, dass die Modelle, adäquates Datenmaterial vorausgesetzt, zu einem vertieften Verständnis des Grundwasserströmungssystems, einer realistischeren Einschätzung der Transportpfadlänge sowie dem Strömungsvolumen im sicherheitsanalytischen Fernfeldmodul CHETMAD beitragen können.

The presented study has been carried out against the background of long-term safety analyses. The main research consists in the analysis of general transport processes and sensitive transportparameter, the influence of heat-fields with regard to groundwater flow and mass transport, the new modules of the FEFLOW 5.2 programme, which includes “Multi-Species Transport“ and “Discrete Feature Elements“ for the implementation of radionuclide decay chains and the implementation of explicit fractures in different scales, and The question whether the programme FEFLOW may deliver additional information to the far-field code CHETMAD. The results show that it is possible to demonstrate the general behaviour of flow and transport processes for different scales and to detect the sensitive parameters on the basis of simplified fracture systems. In addition, it becomes obvious that the heat-fields have almost no consequences. Furthermore, it is shown that the new programme modules of FEFLOW are appropriate for implementing radionuclide decay chains and explicit fractures on different scales. Nevertheless, it is important to stress that there are restrictions concerning the amount of fractures and their intersection. Unfortunately, there was no success to reproduce a radionuclide transport calculation in detail which was previously done with the computer code “r3t“. Although the principle transport characteristics for the mother nuclide are very similar in both calculations, differences occur for the daughter nuclide in advanced calculation time. It is presumed, that the different equation solvers of the transport equation caused the different model results. Finally, the study shows, adequate data provided, that the model calculation can lead to a better understanding of the groundwater flow regime, a more realistic estimation of the transport path length, as well as flow volume in the long-term safety far-field modul CHETMAD.

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Fahrenholz, Christine: Anwendungsorientierte Erprobung und Weiterentwicklung numerischer Modelle zur Simulation von Strömungs- und Transportprozessen in granitoiden Gesteinen. 2010.

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