Numerische Simulation der räumlichen Temperatur- und Salinitätsverteilung im geothermischen Reservoir in Waiwera, Neuseeland

Das geothermische Reservoir in Waiwera wird seit dem 19. Jahrhundert zu balneologischen Zwecken genutzt und wurde über viele Jahrzehnte nicht nachhaltig bewirtschaftet. So versiegten u.a. die natürlichen, artesischen Warmwasserquellen am Strand. Dieser Umstand hat die zuständige Behörde zur Einführung eines Bewirtschaftungsmanagements für das Reservoir veranlasst. Zu diesem Zweck wurden seit den 1980er Jahren verschiedene analytische und numerische Simulationsmodelle entwickelt, welche die wesentlichen Beobachtungen und Prozesse im Reservoir aber bisher nicht hinreichend genau abbilden. Aus diesem Grund stellt die stetige Verbesserung bestehender hydrogeologischer Modelle des Waiwera-Reservoirs auf der Grundlage neuer Beobachtungen und Erkenntnisse aus Feldkampagnen einen wesentlichen Beitrag zur Planung der Bewirtschaftung dar.

Die Ergebnisse einer im Jahr 2019 am Strand von Waiwera durchgeführten photogrammetrischen Aufschlusskartierung (Präg et al., 2020) wurden in der vorliegenden Studie verwendet, um ein etabliertes, hydrogeologisches 3D-Modell des geothermischen Reservoirs (Kühn und Stöfen, 2005) mithilfe gekoppelter numerischer Strömungs- und Transportsimulationen (Kempka, 2020) weiter zu verbessern. Insbesondere neu gewonnene strukturgeologische und lithologische Erkenntnisse wurden berücksichtigt, um das Modell auf der Grundlage von Bohrlochdaten zu kalibrieren und den natürlichen Zustand des geothermischen Reservoirs zu rekonstruieren.

Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Überschneidung der historisch dokumentierten Waiwera-Störung mit einer im Jahr 2019 neu kartierten, geologischen Störung einen wesentlichen Einfluss auf die Übereinstimmungen der beobachteten und simulierten Temperaturprofile in mehreren Bohrungen hat. Darüber hinaus verbessert die Berücksichtigung von in das Reservoir einfallenden, geologischen Schichten mit erhöhter hydraulischer Durchlässigkeit, welche ebenfalls im Jahr 2019 belegt wurden, die Übereinstimmung der historischen und simulierten Temperatur- und Salinitätsprofile im zentralen Bereich des Reservoirs.

Die aktuelle Studie dokumentiert die Rekonstruktion eines plausiblen natürlichen Zustands des Waiwera-Reservoirs auf Grundlage der Integration neu gewonnener geologischer Daten in ein dadurch verbessertes hydrogeologisches Modell. Die Ergebnisse der gekoppelten numerischen Simulationen stellen einen wichtigen Baustein zur Planung der nachhaltigen Bewirtschaftung dar (Abbildung). Zusätzliche Feldkampagnen sind vorgesehen, um weitere strukturgeologische Daten zu den wesentlichen Störungssystemen zu erheben.

(a) Rekonstruierter natürlicher Zustand des Fernfelds des Waiwera-Reservoirs mit Isoflächen für die geothermische Temperaturfahne (Temperatur ≥ 38 °C) und das eindringende Meerwasser (Chloridkonzentration ≥ 400 mmol/l) und wesentlichen vorhandenen Bohrungen (alle Längenangaben in m). (b) Rekonstruierte natürliche Temperaturfahne (T≥38 °C) im Nahfeld unterhalb der Gemeinde Waiwera.