Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Goethe-Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen (G-CSC) durchgeführt. Das Projekt hat eine Anwendung des Grundwasserströmungs- und Transportcodes d3f++ auf endlagerrelevante Aufgabenstellungen, Vergleichsrechnungen mit anderen Codes und damit einen Nachweis seiner Leistungsfähigkeit sowie die Erhöhung des Vertrauens in die Modellierungsergebnisse zum Ziel. Dazu gehört eine Weiterentwicklung von d3f++ hinsichtlich einer verbesserten Robustheit der Lösungsverfahren insbesondere für regionale Modelle mit dünnen Schichten und freier Grundwasseroberfläche, einer weiteren Beschleunigung der Rechnungen und einer breiteren Anwendbarkeit. Letzteres soll neben Verbesserungen in der Benutzeroberfläche und der Modellerstellung durch die Einführung eines Speicherterms geschehen, der eine genauere Modellierung kurzfristiger Prozesse ermöglicht. Folgende Arbeitspakete werden bearbeitet: AP 1 Anwendungs- und Vergleichsrechnungen: AP 1.1 Äspö Task 9, AP 1.2 'Äspö site descriptive model', AP 1.3 Modell der WIPP Site, AP 2 Erweiterung des Anwendungsbereichs von d3f++: AP 2.1 Erweiterung der Strömungsgleichung in d3f++ um einen Speicherterm, AP 2.2 Weiterentwicklung des Präprozessors ProMesh, AP 3 Weiterentwicklung der Lösungsverfahren in d3f++: AP 3.1 Übertragung und Implementierung des LIMEX-Verfahrens, AP 3.2 Robuste Glättungsverfahren für den geometrischen Mehrgitterlöser, AP 3.3 Verbesserung der Grobgitterkorrektur, AP 3.4 Anpassung der FAMG-Verfahren an die thermohaline Grundwasserströmung und parallele Skalierbarkeit, AP 3.5 Parallele adaptive Verfahren und angepasste Gitterstrukturen: AP 3.5.1 Adaptive anisotrope Verfeinerung, AP 3.5.2 Problemangepasste Lastverteilung für Konvektionsdominanz und ILU-T, AP 3.5.3 Allgemeine parallel-adaptive Strategie, AP 3.6 Stabile Modellierung freier Grundwasseroberflächen: AP 3.6.1 Virtuelle Teilelemente für freie Oberflächen bei thermohaliner Strömung, AP 3.6.2 Verbesserte PLIC-Rekonstruktionsverfahren für freie Oberflächen.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH - Bereich Endlagerung durchgeführt. Das Projekt hat eine Anwendung des Grundwasserströmungs- und Transportcodes d3f++ auf endlagerrelevante Aufgabenstellungen, Vergleichsrechnungen mit anderen Codes und damit einen Nachweis seiner Leistungsfähigkeit, seine Qualifizierung für ein breiteres Anwendungsspektrum sowie die Erhöhung des Vertrauens in die Modellierungsergebnisse zum Ziel. Dabei werden Modelle im regionalen Maßstab sowohl im Kristallin als auch im Sedimentgestein bearbeitet. Dazu gehört eine Weiterentwicklung von d3f++ hinsichtlich einer verbesserten Robustheit der Lösungsverfahren insbesondere für regionale Modelle mit dünnen Schichten und freier Grundwasseroberfläche, einer weiteren Beschleunigung der Rechnungen und einer breiteren Anwendbarkeit. Letzteres soll neben Verbesserungen in der Benutzeroberfläche und der Modellerstellung durch die Einführung eines Speicherterms geschehen, der eine genauere Modellierung kurzfristiger Prozesse ermöglicht. Folgende Anwendungsfälle im Feldmaßstab werden mit d3f++ bearbeitet: Task 9 der Task Force on Groundwater Flow and Transport of Solutes von SKB (Kristallin), das 'Äspö site descriptive model' für das gesamte HRL Äspö (ebenfalls Kristallin) und ein Modell des Deckgebirges der Waste Isolation Pilote Plant (WIPP) in New Mexico (Sedimentgestein über flach gelagertem Salz.) Als Weiterentwicklungen von d3f++ sind geplant: Die Erweiterung der Strömungsgleichung um einen Speicherterm und damit die Ertüchtigung des Codes zur Berücksichtigung der Kompressibilität z.B. bei der Auswertung von Feldexperimenten, die Weiterentwicklung des Präprozessors ProMesh und des darin enthaltenen Gittergenerators sowie Weiterentwicklungen der Lösungsverfahren hinsichtlich Robustheit und Effizienz. Besondere Bedeutung kommt dabei der Verbesserung der Stabilität bei der Modellierung freier Grundwasseroberflächen, der Beschleunigung des nichtlinearen Lösers und der verbesserten Behandlung von Anisotropien zu.
Das Projekt "Planung, Durchfuehrung und Auswertung von geohydraulischen Tests in der NAGRA-Bohrung Siblingen/Schweiz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Tiefbohrtechnik, Erdöl- und Erdgasgewinnung durchgeführt. Zur Bewertung von potentiellen Endlagerstandorten werden von der NAGRA (Nationale Genossenschaft fuer die Lagerung radioaktiver Abfaelle - Schweiz) Tiefbohrungen an verschiedenen Lokationen niedergebracht. Neben der geologischen und geophysikalischen Bewertung der anstehenden Formationen und des kristallinen Grundgebirges werden hydraulische Tests zur Erfassung des Durchlaessigkeitsprofils durchgefuehrt. Dabei kommt es darauf an, sowohl fuer hoeherpermeable sedimentaere Schichten bzw. Grundwasserleiter als auch fuer das sehr niedrigpermeable kristalline Grundgebirge geeignete Testmethoden anzuwenden. So werden fuer ausreichend permeable Grundwasserleiter Pumpversuche, Slugtests oder Drill Stem Tests eingesetzt. Fuer niedrigpermeable sog. dichte Sperrschichten sind diese Methoden nicht geeignet. Hier findet meist der sog. Pulse-Test (Pressurized Slug Test) als Injektions- oder Zuflusstest Anwendung. Mit dem in der Bohrung Siblingen durchgefuehrten Messprogramm konnte die Permeabilitaet des Gebirges abschnittsweise ermittelt und ein genaues Durchlaessigkeitsprofil erstellt werden. Desweiteren war eine praezise Ansprache vorhandener Kluftsysteme moeglich.
Das Projekt "Abbilden steil stehender Strukturen mit Diffraktionen - AP 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hamburg, Zentrum für Meeres- und Klimaforschung, Institut für Geophysik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Anwendung von Methoden zur Nutzung des Abbildungspotentials von Diffraktionen. Das Verfahren entsprich einer Full Waveform Imaging Methode und weist Super-Stacking und Super-Resolution Eigenschaften auf. Das Verfahren unterscheidet sich von herkömmlichen Abbildungsverfahren vor allem dadurch, dass der gesamte Wellenzug einschließlich der Coda für die Abbildung genutzt wird. In einem ersten Bearbeitungsschritt der Daten sollen Diffraktionen und Reflexionen separiert werden. Hierzu müssen CRS Attribute bestimmt werden sowie ein tomographisches Geschwindigkeitsmodell für den Untergrund entwickelt werden. Mit diesem können die Diffraktoren im Raum lokalisiert werden. Damit ist der Ort der zugehörigen Beobachtung (Greensche Funktion) gefunden. Durch Wellenfeldfortsetzung kann diese Beobachtung für Positionen in die nähere Umgebung berechnet werden. Dieses Feld von Greenschen Funktionen wird dann für die lokale hochauflösende Abbildung genutzt. Das Abbildungsverfahren entspricht dabei einer Reverse Time Migration, wobei anstatt des modellierten Wellenfelds die beobachteten und fortgesetzten Greenschen Funktionen genutzt werden. In das Abbildungsverfahren geht die komplette Wellenform einschließlich der Coda ein.
Das Projekt "3D-seismische Messungen im Kristallin unter besonderer Berücksichtigung lithologischer und struktureller Klassifizierungen des geothermischen Reservoirs durch seismische Attributanalysen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik durchgeführt. Seismische Messungen dienen dazu, Bohrlokationen zur Erschließung eines geothermischen Reservoirs festzulegen. In Sachsen werden diese petrothermalen Reservoirs durch die Lage unterschiedlicher kristalliner Gesteinskomplexe und komplexe Störungssysteme bestimmt. Die aktuellen geologischen Modelle extrapolieren die bekannten Strukturen der Oberflächengeologie und der Erkenntnisse aus bergbaulichen Tätigkeiten in größere Tiefen. Da die Förderung aus dem Untergrund aus 5 bis 6 km Tiefe erfolgen soll, beträgt diese Extrapolation mehrere Kilometer. Die genaue Lage der Störungszonen im Kristallin kann nur durch eine spezielle 3D-Seismik bestimmt werden. Durch die räumliche Abbildung können Strukturen besser zu einander in Beziehung gesetzt und die geologische Entwicklung rekonstruiert werden. Dies ist für ihre Identifikation unumgänglich. Diese Identifikation soll durch eine Untersuchung der seismischen Signale in Form von Attributuntersuchungen unterstützt werden. Da seismische 3D-Messungen im Kristallin noch sehr selten durchgeführt wurden, ergibt sich hierbei die Anforderung, seismische Methoden für Sedimente auf Reservoire im Kristallin zu übertragen bzw. neue Verfahren zu entwickeln. Die Bearbeitung erfolgt in 5 Arbeitspaketen: Vorbereitungen und Planungen der Messungen, Ausschreibung, Permitting und Ausführung der Messungen, Spezialmessungen, Processing, Interpretation und Reservoirdefinition.
Das Projekt "Bewertung der Einführung einer wirtsgesteinsunabhängigen Grenztemperatur unter Vorsorgeaspekten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Öko-Institut. Institut für angewandte Ökologie e.V. durchgeführt. Für das in Deutschland durchzuführende Standortauswahlverfahren zur Bestimmung eines Standorts für ein geologisches Endlager für hoch radioaktive, Wärme entwickelnde Abfälle hat die Kommission 'Lagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe' in ihrem Abschlussbericht empfohlen, in Bezug auf die Temperaturverträglich möglicher Wirtsgesteinsvorkommen aus Vorsorgegründen in der 'Phase Eins' des Standortauswahlverfahrens zunächst von einer Grenztemperatur an der Oberfläche des endgelagerten Abfallgebindes von 100°C auszugehen. Diese Empfehlung soll gelten, bis auf Basis von Forschungsarbeiten maximal mögliche Temperaturen in den jeweiligen Wirtsgesteinen festgelegt und daraus spezifische Grenztemperaturen abgeleitet werden können. Als Beitrag zur Vorbereitung auf eine Fortschreibung der Sicherheitsanforderungen des BMUB für die Endlagerung Wärme entwickelnder radioaktiver Abfälle wurden in dem hier beschriebenen Vorhaben die wissenschaftlichen Grundlagen einer wirtsgesteinsunabhängigen Grenztemperatur für die Wirtgesteinstypen Steinsalz, Tonstein und Kristallin aufbereitet und bewertet. Hierauf aufbauend wurden Betrachtungen angestellt zur Bedeutung einer Grenztemperatur für die betriebliche Sicherheit, die Langzeitsicherheit und die Rückholbarkeit/Bergbarkeit der Abfälle. Außerdem wurde die Anwendung auf das Standortauswahlverfahren hinsichtlich der Prüfung des Kriteriums 'Temperaturverträglichkeit' und seiner Auswirkungen auf den Flächenbedarf des Endlagers betrachtet und die Vorsorgeorientierung der empfohlene Grenztemperatur im Vergleich zu der von der Europäischen Kommission gegebenen Definition des Vorsorgeprinzips bewertet.
Das Projekt "Geothermische Reservoircharakterisierung durch moderne seismische Abbildungsverfahren unter besonderer Berücksichtigung steilstehender Störungssysteme und deren Klüftigkeiten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität (TU) Bergakademie Freiberg, Institut für Geophysik und Geoinformatik durchgeführt. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung und Anwendung von modernen seismischen Abbildungsverfahren zur geothermischen Reservoircharakterisierung im Kristallin. Zum einen soll mit Hilfe dieser Verfahren aus 3D seismischen Messungen ein hochauflösendes Bild eines geothermischen Zielhorizontes und der umliegenden stark heterogenen Gesteinseinheiten generiert werden. Zum anderen sollen mit Hilfe von Spezialmessungen die für das Kristallin typischen steil einfallenden komplexen Störungssysteme hinsichtlich ihrer räumlichen Lage korrekt abgebildet und ihre Eigenschaften (Klüftigkeiten, Permeabilitäten, etc.) charakterisiert werden. Neben der Planung und Durchführung der Messungen beinhaltet der Hauptteil der Arbeit in diesem Projekt die Weiterentwicklung und Anwendung der modernen Abbildungsverfahren auf die 3D seismischen Daten und Spezialmessungen. Dies umfasst für die 3D Seismik die Anwendung der 3D Kirchhoff-Prestack-Tiefenmigration, der Fresnel-Volumen-Migration sowie der Reflection-Image-Spectroscopy. Die Spezialmessungen sollen in ähnlicher Weise unter Einbeziehung von Anisotropie-Effekten ausgewertet werden. Aus diesen Ergebnissen und mit Hilfe von weiteren geologischen Informationen soll ein Untergrundmodell abgeleitet werden, das die räumliche Verteilung der Störungen und seiner strukturellen Parameter definiert und als Basis für eine detaillierte geothermische Reservoircharakterisierung im Kristallin verwendet werden kann.
Das Projekt "Vorhaben: Experimentelle Untersuchungen zur druckgetriebenen Perkolation in Barrieregesteinen (Salz, Ton) und numerische Simulation mit diskontinuums-mechanischen Berechnungsmodellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IFG Institut für Gebirgsmechanik GmbH durchgeführt. Das Vorhaben leistet wesentliche Beiträge für die realitätsnahe experimentell-numerische Analyse der Entstehung und Entwicklung von Diskontinuitäten in den Gesteinen Salz, Ton und Kristallin. Dabei stehen das Verständnis und die Quantifizierung von Wechselwirkungen mit sich dynamisch entwickelnden Gesteinseigenschaften (z.B. Permeabilität) im Mittelpunkt, die geomechanische Integrität und Dichtheit geologischer Reservoir-Barriere-Schichten bestimmen. Es werden Diskontinuitäten von volumetrisch verteilten Schädigungen, wie sie in der Auflockerungszone von Festgesteinen auftreten, Diskontinuitäten, die sich an Phasengrenzflächen unkontrolliert oder kontrolliert neu bilden können sowie diskrete Riss- und Kluftnetzwerke, wie sie durch druckgetriebene Perkolation entstehen können, betrachtet. Die Arbeitspakete AP1-AP3 sind jeweils in die identischen Bereiche Laborexperiment, Numerik sowie in-situ-Experiment (Untertagelabor) strukturiert und bilden jeweils einen typischen Effekt ab, der zur Entstehung und Entwicklung spezifischer Diskontinuitäten führt. AP 4 dient der Projektkoordination. AP 1: Wegsamkeiten durch Quell- und Schrumpfungsprozesse AP 2: Wegsamkeiten durch druckgetriebene Perkolation AP 3: Wegsamkeiten durch Spannungsumlagerungen AP 4: Projektkoordination
Das Projekt "Vorhaben: Wegsamkeiten durch Spannungsumlagerungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Geologie durchgeführt. Übergeordnetes Ziel des geplanten Vorhabens ist es, in wesentlichem Umfang vorhandene Lücken im Prozess-, Methoden- und Systemverständnis bei der Entstehung und Entwicklung struktureller Diskontinuitäten in Wirts- und Barrieregesteinen zu schließen. Auf der Basis systematischer experimentell-numerischer Analysen in für geotechnologische Anwendungen typischen Gesteinen sollen zeitliche und räumliche Auswirkungen von Diskontinuitäten auf die geomechanische Integrität und Dichtheit geologischer Formationen (z.B. in Form von Permeabilitäts- und Festigkeitsänderung) betrachtet werden. Damit werden Voraussetzungen für die Etablierung und Verbesserung verlässlicher Verfahren und Leitlinien zur prognostizierenden Gefährdungsanalyse und Überwachung vermeidbarer Umweltauswirkungen geschaffen. Im vorliegenden Teilprojekt werden hydro-mechanisch gekoppelte Laborexperimente und numerische Simulationen in Bezug auf kristallines Gestein durchgeführt. Die Laborversuche enthalten klassische und spezielle bruchmechanische Versuche an Matrixmaterial sowie Diskontinuitäten. Die numerischen Simulationen auf Basis der Diskreten-Elemente-Methode beinhalten die Simulation von Rissausbreitungsprozessen sowie Dislokationen entlang existierender Klüfte bzw. Störungszonen. Dabei wird auf Basis der Laborversuche ein neues Materialgesetz zur Beschreibung des hydro-mechanischen Verhaltens von Diskontinuitäten entwickelt, implementiert, getestet und angewendet. Der Arbeitsplan umfasst folgende Schritte: 1.) Analyse des aktuellen Standes von W+T 2.) HM-gekoppelte gesteinsmechanische Laborversuche am Kristallin 3.) Numerische Simulationen zur Rissausbreitung inkl. Entwicklung eines Kluftstoffgesetzes 4.) Einbeziehung von in-situ-Daten aus Frac-Experimenten in Simulationen.
Das Projekt "Grundwasserpotential im Kristallin der Boehmischen Masse Oberoesterreichs - Phase III" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leoben, Institut für Geowissenschaften, Abteilung für Technische Ökosystemanalyse durchgeführt. Morphologische Analyse der Einzugsgebiete, Abflusssimulation, regionale Auswertung der Charakteristiken der Einzugsgebiete mittels multivariater Statistik, Erweiterung des bestehenden Bewertungssystems zur regionalen Klassifizierung des Grundwasserpotentials.
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