AREHS

Auswirkungen sich ändernder Randbedingungen auf die Entwicklung hydrogeologischer Systeme: Numerische Langzeitmodellierungen unter Berücksichtigung thermisch-hydraulisch-mechanisch (-chemisch) gekoppelter Effekte

Kurze Projektbeschreibung:

Im Rahmen des Gesetzes zur Suche und Auswahl eines Standortes für ein Endlager zur sicheren Verwahrung hochradioaktiver Abfälle (Standortauswahlgesetz – StandAG) sind die geowissenschaftlichen und planungswissenschaftlichen Anforderungen und Kriterien festgelegt. Bestandteil der nötigen Betrachtungen ist u.a. die Modellierung von hydrogeologischen Szenarien wie bspw. künftigen Kalt- und Warmzeiten mit den damit einhergehenden Vereisungsereignissen, die die (petro-)physikalischen und hydrogeologischen Eigenschaften des Gesamtsystems sowie dessen Randbedingungen stark verändern können.

Das Hauptziel des AREHS Vorhabens besteht in der Modellierung der Auswirkungen sich ändernder äußerer Randbedingungen auf die hydrogeologisch relevanten Parameter (z. B. hydraulische Permeabilität, Porosität, Migrationswege, Fluid Verfügbarkeit, hydraulische Gradienten) eines potenziellen geologischen Endlagers in Deutschland (Tongestein, Steinsalz, Kristallingestein) und seiner umgebenden Gesteinseinheiten. Besonderes Augenmerk gilt der zyklischen mechanischen Be- und Entlastung aufgrund von Vereisungsereignissen und den hierdurch hervorgerufenen Spannungsänderungen (M) sowie induzierten Temperatureffekten (T) aufgrund von Permafrost und Warmzeiten. Da derartige Prozesse Änderungen des gekoppelten Fernfeldregimes mit Grundwasserfluss und Grundwasserdargebot (H) sowie Fluidtransport aufgrund thermischer (T) und chemischer (C) Gradienten bewirken können und Störungen/Klüfte (M) reaktivieren und damit neue/zusätzliche Wegsamkeiten schaffen können, sind sie für die Integrität eines Endlagers über den Zeitraum von 1 Mio. Jahren besonders relevant und müssen mit gekoppelten THM-(C)-Modellierungen sachgerecht erfasst werden. Dabei wird OpenGeoSys als numerische Plattform verwendet und weiterentwickelt.

Projektzeitraum:

03/2020 – 11/2022

Projektförderung:

Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE)

Projektpartner:

G.E.O.S. Ingenieurgesellschaft mbH
ERCOSPLAN Ingenieurgesellschaft Geotechnik und Bergbau mbH
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung GmbH UFZ
TU Bergakademie Freiberg (TUBAF)

Effects of changing boundary conditions on the development of hydrogeological systems: Numerical long-term modelling under consideration of thermal-hydraulic-mechanical (-chemical) coupled effects

Short summary of the project:

Within the context of the Federal Waste Management Act on the Search and Selection of a Site for a Repository for the Safe Custody of High-Level Radioactive Waste (StandAG), the geoscientific and planning requirements and criteria are specified. The necessary considerations include the modelling of hydrogeological scenarios such as future cold and warm periods with the associated icing events, which can significantly alter the (petro)physical and hydrogeological properties of the overall system and its boundary conditions.

The AREHS project's main target is to model the effects of changing external environmental conditions on the hydrogeologically relevant parameters (e.g. hydraulic permeability, porosity, migration paths, fluid availability, hydraulic gradients) of a potential geological repository in Germany (clayey rock, rock salt, crystalline rock) and its surrounding rock units. Special attention is paid to the cyclical mechanical loading and unloading due to icing events and the resulting stress changes (M) and induced temperature effects (T) due to permafrost and warm periods. Since such processes can cause changes in the coupled far-field regime with groundwater flow and groundwater availability (H) as well as fluid transport due to thermal (T) and chemical (C) gradients and can reactivate disturbances/cracks (M) and thus create new/additional pathways, they are particularly relevant for the integrity of a repository over a period of 1 million years and must be properly determined with coupled THM (C) modelling. OpenGeoSys is used and further developed as a numerical platform.

Project period: