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Erschienen in: Computing and Visualization in Science 1-4/2020

01.12.2020 | IMG 2016

Simulation of 3D flow and solute transport in fractured rock at Äspö, Sweden

verfasst von: Klaus-Peter Kröhn

Erschienen in: Computing and Visualization in Science | Ausgabe 1-4/2020

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Abstract

The code d3f++ developed under the leadership of GRS for simulating 3D flow and solute transport includes an advanced formulation for fracture flow and transport in lower-dimensional elements that has still been in need of qualification. A variety of in-situ experiments in the granitic rock at the Swedish Hard Rock Laboratory Äspö offers an excellent basis for this purpose. Particularly well suited is the work performed in the TRUE Block Scale Project where a hydrostructural model comprising 30 large-scale fractures in a cube-shaped domain with a side length of 200 m has been set up for simulating groundwater flow which in turn forms the basis for reproducing the results of the injection–extraction tracer test “C2”. The present paper deals with modelling 3D flow and solute transport with the code d3f++ as a qualification exercise. The modelling results reveal an excellent representation of the contrasts in flow velocity across the fractures. Also the jumps in tracer concentration along intersecting fractures where waters with different tracer concentrations mix are handled well by the code. Calibration has nevertheless been required in order to achieve a reasonable fit of measured and calculated breakthrough curves.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat Andersson, P., Byegård, J., Winberg, A.: Final report of the TRUE Block Scale project-2. Tracer tests in the block scale. Technical Report TR-02-14, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB) (2002) Andersson, P., Byegård, J., Winberg, A.: Final report of the TRUE Block Scale project-2. Tracer tests in the block scale. Technical Report TR-02-14, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB) (2002)
2.
Zurück zum Zitat Dershowitz, W., Winberg, A., Hermanson, J., Byegård, J., Tullborg, E.-L., Andersson, P., Mazurek, M.: Äspö Task Force on modelling of groundwater flow and transport solutes; Task 6c—a semi-sythetic model of block scale conductive structures at the Äspö HRL. International Progress Report IPR-03-13, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB), Stockholm (2003) Dershowitz, W., Winberg, A., Hermanson, J., Byegård, J., Tullborg, E.-L., Andersson, P., Mazurek, M.: Äspö Task Force on modelling of groundwater flow and transport solutes; Task 6c—a semi-sythetic model of block scale conductive structures at the Äspö HRL. International Progress Report IPR-03-13, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB), Stockholm (2003)
3.
Zurück zum Zitat Fein, E., Schneider, A. (eds.): d3f—Ein Programmpaket zur Modellierung von Dichteströmungen. Final report. FKZ-02 C 0465 0. Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-139, Braunschweig (1999) Fein, E., Schneider, A. (eds.): d3f—Ein Programmpaket zur Modellierung von Dichteströmungen. Final report. FKZ-02 C 0465 0. Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-139, Braunschweig (1999)
4.
Zurück zum Zitat Finsterle, S., Lanyon, B., Åkesson, M., Baxter, S., Bergström, M., Bockgård, N., Dershowitz, W., Dessirier, B., Frampton, A., Fransson, Å., Gens, A., Gylling, B., Hančilová, I., Hoch, A., Holton, D., Jarsjö, J., Kim, J.-S., Kröhn, K.-P., Malmberg, D., Pulkkanen, V.M., Sawada, A., Sjöland, A., Svensson, U., Vidstrand, P., Viswanathan, H.: Conceptual uncertainties in modelling the interaction between engineered and natural barriers of nuclear waste repositories in crystalline rocks. Geol. Soc. Lond. Spec. Publ. 482, 261–283 (2018). https://doi.org/10.1144/SP482.12CrossRef Finsterle, S., Lanyon, B., Åkesson, M., Baxter, S., Bergström, M., Bockgård, N., Dershowitz, W., Dessirier, B., Frampton, A., Fransson, Å., Gens, A., Gylling, B., Hančilová, I., Hoch, A., Holton, D., Jarsjö, J., Kim, J.-S., Kröhn, K.-P., Malmberg, D., Pulkkanen, V.M., Sawada, A., Sjöland, A., Svensson, U., Vidstrand, P., Viswanathan, H.: Conceptual uncertainties in modelling the interaction between engineered and natural barriers of nuclear waste repositories in crystalline rocks. Geol. Soc. Lond. Spec. Publ. 482, 261–283 (2018). https://​doi.​org/​10.​1144/​SP482.​12CrossRef
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Zurück zum Zitat Grillo, A., Logashenko, D., Stichel, S., Wittum, G.: Simulation of density-driven flow in fractured porous media. Adv. Water Resour. 33(12), 1494–1507 (2010)CrossRef Grillo, A., Logashenko, D., Stichel, S., Wittum, G.: Simulation of density-driven flow in fractured porous media. Adv. Water Resour. 33(12), 1494–1507 (2010)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Helmig, R., Class, H., Huber, R., Sheta, H., Ewing, R., Hinkelmann, R., Jakobs, H., Bastian, P.: Architecture of the modular program system MUFTE-UG for simulating multiphase flow and transport processes in heterogeneous porous media. Math. Geol. 2(123–131), 64 (1998) Helmig, R., Class, H., Huber, R., Sheta, H., Ewing, R., Hinkelmann, R., Jakobs, H., Bastian, P.: Architecture of the modular program system MUFTE-UG for simulating multiphase flow and transport processes in heterogeneous porous media. Math. Geol. 2(123–131), 64 (1998)
9.
Zurück zum Zitat Kröhn, K.-P.: Simulation von Transportvorgängen im klüftigen Gestein mit der Methode der Finiten Elemente. Bericht 29/1991, Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen, Universität Hannover (1991) Kröhn, K.-P.: Simulation von Transportvorgängen im klüftigen Gestein mit der Methode der Finiten Elemente. Bericht 29/1991, Institut für Strömungsmechanik und Elektronisches Rechnen im Bauwesen, Universität Hannover (1991)
12.
Zurück zum Zitat Kröhn, K.-P.: Hydraulic Interaction of Engineered and Natural Barriers—Task 8b–8d, 8f of SKB. Summary report, FKZ 02 E 11213 and 02 E 11102 (BMWi), Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-430, Braunschweig (2018a) Kröhn, K.-P.: Hydraulic Interaction of Engineered and Natural Barriers—Task 8b–8d, 8f of SKB. Summary report, FKZ 02 E 11213 and 02 E 11102 (BMWi), Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-430, Braunschweig (2018a)
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Zurück zum Zitat Kröhn, K.-P.: Hydraulic Interaction of Engineered and Natural Barriers—Task 8e of SKB. Summary report, FKZ 02 E 11213 and 02 E 11102 (BMWi), Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-431, Braunschweig (2018b) Kröhn, K.-P.: Hydraulic Interaction of Engineered and Natural Barriers—Task 8e of SKB. Summary report, FKZ 02 E 11213 and 02 E 11102 (BMWi), Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-431, Braunschweig (2018b)
14.
Zurück zum Zitat Kull, H., Helmig, R., Jacobs, H., Jockwer, N., Kröhn, K.-P., Zimmer, U. (eds.): Two-phase-flow experiment in the fractured crystalline rock of the Äspö Hard Rock Laboratory. Final Report. FKZ-02 E 9027 8. Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-183, Braunschweig (2002) Kull, H., Helmig, R., Jacobs, H., Jockwer, N., Kröhn, K.-P., Zimmer, U. (eds.): Two-phase-flow experiment in the fractured crystalline rock of the Äspö Hard Rock Laboratory. Final Report. FKZ-02 E 9027 8. Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-183, Braunschweig (2002)
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Zurück zum Zitat Schneider, A. (ed.): Enhancement of the codes d3f and r3t. GRS-292 BMWi-FKZ 02 E 10336, Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH, Braunschweig (2012) Schneider, A. (ed.): Enhancement of the codes d3f and r3t. GRS-292 BMWi-FKZ 02 E 10336, Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH, Braunschweig (2012)
16.
Zurück zum Zitat Schneider, A. (ed.): Modelling of Data Uncertainties on Hybrid Computers. FKZ 02 E 11062A (BMWi), Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-392, Braunschweig (2016) Schneider, A. (ed.): Modelling of Data Uncertainties on Hybrid Computers. FKZ 02 E 11062A (BMWi), Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, GRS-392, Braunschweig (2016)
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Zurück zum Zitat Winberg, A., Andersson, P., Byegård, J., Poteri, A., Cvetkovic, V., Dershowitz, B., Doe, T., Hermanson, J., Gómez-Hernández, J.-J., Hautojärvi, A., Billaux, D., Tullborg, E.-L., Meier, P., Medina, A.: TRUE Block Scale Project; Final report—4. Synthesis of flow, transport and retention in the block scale. Technical report TR-02-16, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB) (2002) Winberg, A., Andersson, P., Byegård, J., Poteri, A., Cvetkovic, V., Dershowitz, B., Doe, T., Hermanson, J., Gómez-Hernández, J.-J., Hautojärvi, A., Billaux, D., Tullborg, E.-L., Meier, P., Medina, A.: TRUE Block Scale Project; Final report—4. Synthesis of flow, transport and retention in the block scale. Technical report TR-02-16, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company (SKB) (2002)
Metadaten
Titel
Simulation of 3D flow and solute transport in fractured rock at Äspö, Sweden
verfasst von
Klaus-Peter Kröhn
Publikationsdatum
01.12.2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Computing and Visualization in Science / Ausgabe 1-4/2020
Print ISSN: 1432-9360
Elektronische ISSN: 1433-0369
DOI
https://doi.org/10.1007/s00791-020-00320-7

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