Vom DFN zum Kontinuumsmodell - Ein Modellierungskonzept für die numerische Analyse von THM-Prozessen im Kristallingestein

Kristallingestein ist eines der potenziellen Wirtsgesteine, das für die Endlagerung von wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen in Deutschland vorgeschlagen wird. Da es in der Regel dicht geklüftet ist, wird davon ausgegangen, dass die Hydraulik im System durch das Kluftnetzwerks stark beeinflusst ist. Eine angemessene Berücksichtigung des Kluftsystems ist notwendig, um die für die sichere Endlagerung relevanten Eigenschaften zu erfassen. Hierbei ist das Sicherheits- und Nachweiskonzept sowie das betrachtete Endlagersystems zu beachten. Zurzeit werden drei unterschiedliche Endlagersysteme diskutiert, bei denen der Einschluss der Abfälle im Wesentlichen (1) durch eine überlagernde Ton- oder Salzgesteinsformation, (2) eine (geo-)technische Barriere oder (3) das kristalline Gestein selbst gewährleistet werden soll. Dieser Beitrag behandelt letzteres.

Offene Klüfte stellen präferentielle Fließpfade für Radionuklide dar und dürfen daher im einschlusswirksamen Gebirgsbereich (ewG) nicht vorhanden sein. Da ungeklüftete Bereiche im Kristallingestein räumlich stark begrenzt sind, wird nach dem Konzept des „multiplen ewG“ eine Einlagerung in mehreren ungeklüfteten Gebirgsbereichen vorgeschlagen, deren hydraulischen Randbedingungen durch die Ausprägung des umliegende Kluftnetzwerk dominiert werden.  

Ein konkretes Modellierungskonzept für die numerische Analyse von sicherheitsrelevanten thermisch- hydraulisch-mechanisch (THM) gekoppelten Prozessen für das Endlagersystem „multipler ewG“ wird hier vorgestellt und exemplarisch auf ein generischen geologischen Modell angewendet, das eine mögliche geologische Situation widerspiegelt. Hierbei werden auf Basis eines diskreten Kluftnetzwerk-Modells (DFN) die hydraulischen Eigenschaften ermittelt und als Input für ein Kontinnumsmodell verwendet, wobei Upscaling- und Mapping-Ansätze verwendet werden. Eine sicherheitsgerichtete Analyse der THM-Prozesse im Endlagersystem, insbesondere unter Berücksichtigung der Einlagerung von wärmeentwickelnden Abfällen, erfolgt auf dem so parametrisierten Kontinuumsmodell. Die exemplarischen Auswertungen zeigen die Möglichkeiten dieses Modellierungskonzept, Eigenschaften von Klüften in einem Kontinuumsmodell zu integrieren.