Das Projekt "Wechselwirkung zwischen migrierenden Fluiden und poroesen Gesteinskoerper" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Geophysik durchgeführt. Der Fluessigkeitsdruck veraendert die mechanischen Eigenschaften des poroesen Mediums in der Weise, dass die den Fliessprozess kontrollierende Permeabilitaet sich unter variablen Bedingungen extrem veraendern kann. Der Einfluss basiert auf der Differenz der jeweiligen Spannungen im Gestein und der Fluessigkeit. Auf diese Weise wird die Migration von Fluessigkeiten in Strukturbereichen moeglich, die aufgrund der physikalischen Randbedingungen keinen aureichenden Porenraum erwarten lassen. Umweltrelevante Beispiele sind induzierte Seismizitaet bei der Fuellung von Stauseen und bei Einpressen von Fluiden in Gesteine ueber Bohrungen sowie Bodenabsenkungen durch Fluessigkeitsentnahme. Die quantitative numerische Behandlung derartiger Fragestellungen wird ueber Koppelung der Beschreibung der Gesteinsformationen mit der Fluessigkeitsbewegung erreicht. Hiermit wird es moeglich, Fragen der Entnahme und der Eingabe von Fluiden derartiger Systeme zu optimieren im Sinne einer sinnvollen Rate und im Hinblick auf die gesamte Zeitdauer der Beeinflussung. Die Moeglichkeit der Parametervariation in der zwei- und dreidimensionalen Modellierung bietet die Gelegenheit, extreme Faelle vorauszusagen. Anwendungen erfolgen auf spezielle Reservoirprobleme und Migrationsfragen unter extremen Druckbedingungen.
Das Projekt "Kluftnetzwerkmodelle zur Finite-Elemente-Analyse von Stroemungs- und Transportprozesse in gekluefteten, geologischen Strukturen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hannover, Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen durchgeführt. Aufgabenstellung und Zielsetzung: Kluftnetzwerkmodelle im dreidimensionalen Raum stellen ein komplexes geometrisches System dar, welches aus ausgezeichneten Fliesswegen, zweidimensionalen Kluftflaechen und dreidimensionaler Gesteinsmatrix besteht. Ein besonderes Problem fuer die geometrische Beschreibung besteht in der Kopplung aus ein-, zwei- und dreidimensionalen finiten Elementen. Hierzu erfolgt die Entwicklung eines Gitternetzgenerators, welcher den besonderen geometrischen Anforderungen gekluefteter geologischer Strukturen sowie numerischer Loesungsverfahren (FEM) und daraus resultierenden Kopplungsproblemen genuegt. Die entwickelten Methoden werden anhand ausgewaehlter Testlokationen mittels numerischer Experimente verifiziert. Die Involvierung der Gesteinsmatrix in die Simulation hat weitreichende Konsequenzen fuer die geometrische Dimensionalitaet des Modellproblems. Aus einem 2 1/2-dimensionalen Problem (d.h. Verschneidung von Kluftflaechen im Raum) erwaechst eine echte dreidimensionale Aufgabe, wobei zusaetzlich die Verknuepfung verschieden dimensionaler finiter Elemente erforderlich ist. Die konsequente Beruecksichtigung der Wechselwirkung zwischen Klueften und Gesteinsmatrix in realitaetsnahen dreidimensionalen Kluftnetzwerkmodellen war bisher nur eingeschraenkt moeglich, da geeignete Netzgeneratoren zur Diskretisierung von dreidimensionalen Kluft-Matrix-Systemen nicht zur Verfuegung stehen. Die Verfuegbarkeit solcher Werkzeuge zur effizienten Erzeugung von Berechnungsgittern hat insbesondere fuer die stochastische Modellierung einen grossen Wert, da fuer repraesentative Transportstatistiken eine Vielzahl von geologischen Kluftnetzwerken realisiert werden muss. Das Forschungsvorhaben koennte der aktuellen Kluftaquiferforschung wichtige Impulse verleihen. Die Verfuergbarkeit geeigneter Modellbildungswerkzeuge fuer die komplexe Geometrie gekluefteter Formationen scheint unseres Erachtens eine Schluesselvoraussetzung fuer die hydrogeologische Kluftaquifermodellierung zu sein. Beispiele: Der erse Ansatz verwendet 2 1/2-dimensionale Gitternetze unter der Annahme, dass die Gesteinsmatrix undurchlaessig ist und somit kein Stoff- und Waermeaustausch zwischen dem Fluid und der Gesteinsmatrix stattfindet. Diese Art der Modellbildung kann die Modellierung von Stroemung und Transport (Partikel-Tracking) in Kluftnetzwerken mit mehreren Tausend Klueften erlauben. Der zweite Ansatz verwendet gekoppelte 2 1/2 - und 3-dimensionale Gitternetze, indem die Gesteinsmatrix zwischen den Klueften mit vernetzt wird. Dieser gekoppelte Ansatz erlaubt die Modellierung von Stroemung und Transport unter Beruecksichtigung des Massen-, Waerme- oder Energieaustausches zwischen dem Fluid und der Gesteinsmatrix. Wegen noch ungeloester Probleme in der Generierung 3-dimensionaler Berechnungsgitter fuer komplexe Geometrien ist dieser Ansatz derzeit noch auf einfache Systeme mit wenigen Einzelklueften beschraenkt.
Das Projekt "Hydraulisches, thermisches und mechanisches Verhalten geothermisch genutzter Aquifere: Analyse und Bewertung petrographisch/petrophysikalischer und hydrochemischer Daten und Untersuchungen sowie Simulationsrechnungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie Mecklenburg-Vorpommern durchgeführt. Die geothermische Nutzung von Aquiferen stellt einen Eingriff in das eng gekoppelte System von Gesteinsmatrix und stroemenden Wasserkoerpern sowie der zugehoerigen Stoff- und Energiebilanz dar. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, durch die Kombination von numerischen Fallstudien mit Daten aus realen Aquiferen praxisnahe Abschaetzungen ueber die zu erwartenden hydraulischen, thermischen und mechanischen Veraenderungen in solchen Aquiferen zu liefern. Das Teilprojekt des GLA M+V leistet hierzu einen Beitrag, in dem, ausgehend von der umfassenden Charakterisierung der petrographisch/petrophysikalischen und hydrochemischen Verhaeltnisse sowie der Druck-/Temperaturbedingungen speziell der Buntsandsteinaquifere Stralsund und Karlshagen, an repraesentativen Gesteinsproben unter in-situ-Bedingungen die Auswirkung von Loesungs- und Faellungsreaktionen auf Porositaet und Permeabilitaet experimentell untersucht und Simulationen zur Stroemung und zum Stoff-/Waermetransport sowie zu hydrogeochemischen Reaktionen durchgefuehrt werden.