(GRS 513) Modellierung des dichteabhängigen Stofftransportes im tiefen geologischen Untergrund am Beispiel des Standortes Konrad

Der vorliegende Bericht wurde im Rahmen des Schwerpunktes „Weiterentwicklung der Instrumente des Sicherheitsnachweises bzw. der Langzeitsicherheitsanalyse am Beispiel des Endlagers Konrad“ im AP 2 des Forschungs- und Entwicklungs-Vorhabens „Weiterentwicklung sicherheitstechnischer Bewertungen für Endlager mit Abfällen mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung am Beispiel des Endlagers Konrad“ (Förderkennzeichen 4715E03410) erstellt.
Im Rahmen des Vorhabens wurde der Stand von Wissenschaft und Technik zu dichteabhängigen Modelrechnungen und zu vorhandenen Modelldaten zu Salz- und Süßwasserrechnungen recherchiert, gesichtet und hinsichtlich ihrer Relevanz zum Vorhaben ausgewertet.
Auf Basis der recherchierten Informationen und Daten wurden mehrere konzeptionelle Modelle für dichteabhängige Rechnungen entworfen und zwei zweidimensionale repräsentativen Vertikalmodelle (11-Schichten- und 20-Schichten - Modell) am Beispiel des Standorts Konrad generiert. Nach Parametrisierung und Definition entsprechender Randbedingungen wurden anhand dieser Modelle stationäre Modellrechnungen zum Grundwassertransport (Süßwasser) und instationäre Modellrechnungen zum Salzwassertransport mit den Modulen SITRA und XTRA des Programms SPRING durchgeführt. Es wurden dichteabhängige Rechnungen zur Erstellung einer quasi-stationären Dichteschichtung im Modell und darauf aufbauend Tracerrechnungen durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit zusätzlichen Standortinformationen verifiziert und hinsichtlich der Ausbildung von Ausbreitungspfaden auf Basis von Süß- und Salzwasserrechnungen miteinander und mit bereits vorliegenden Informationen zu Ausbreitungspfaden verglichen. Ziel war es, durch den Vergleich von Rechnungen mit und ohne Berücksichtigung einer salinaren Dichteschichtung des Tiefengrundwassers, relevante Unterschiede im Strömungs- und Transportmuster zu identifizieren. Neben der Definition und Berechnung eines Basisfalles wurden Variationsrechnungen für beide Vertikalmodelle hinsichtlich der hydrogeologischen Parameter, der Randbedingungen und der Modellgitter bzw. des Simulationszeitraums
durchgeführt.
Im Ergebnis der Tracerausbreitung ähneln die Pfade in Salzwasserrechnungen denen in Süßwasserrechnungen, wobei eine deutliche Reduzierung der Strömungs- und Transportgeschwindigkeiten ersichtlich ist.
In der Verifizierung der Rechenergebnisse der Dichteschichtung mit Standortdaten zeigt
sich, dass der derzeit am Standort gemessene Dichtegradient hinsichtlich der Modellrechnung keinen quasi-stationären Zustand beschreibt. Deshalb wurde damit begonnen instationäre Mehrkomponententransporte (Salz und Tracer) zu simulieren. Erste Ergebnisse hierzu deuten an, dass es in einer instationären Dichteschichtung zu einer weiteren deutlichen Reduzierung der Strömungs- und Transportgeschwindigkeiten kommt und für weitere Detailkenntnisse zusätzlicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf notwendig ist.