EP10 - Numerische THMC-Modellierung


Ziele

Das Langzeitverhalten von Georeservoiren im Allgemeinen und der Thüringer Mulde im Speziellen steht im Zentrum dieses Projektes. Die zentrale Frage, die dabei untersucht werden soll, ist: Wie sieht die großräumige tiefe und oberflächennahe Fluiddynamik aus? Existieren Kopplungen thermisch angetriebener tiefer Fluidkonvektion mit oberflächennahen Grundwasserströmungen? Solche Kopplungen könnten zum Beispiel das Auftreten von oberflächennahen versalzenen Grundwässern in der Thüringer Mulde erklären.

Arbeitsgebiet

Das Simulationsmodell umfasst das gesamte Thüringer Becken.

Methodik

Das Simulationsmodell der Thüringer Mulde basiert auf dem geologischen 3D-Übersichtsmodell der Thüringischen Landesanstalt für Umwelt und Geologie (TLUG). Das 3D-Übersichtsmodell umfasst zwölf stratigraphische Einheiten und 54 Verwerfungszonen. Es wurde in Form eines strukturierten Gitters von der TLUG an EP10 übergeben.
Die Finite-Elemente Simulation stellt besondere Anforderungen an die Qualität der Elemente im Gitter. Insbesondere in den Verwerfungszonen und bei auslaufenden stratigraphischen Schichten konnten die Elemente des übergebenen strukturierten Gitters diese technischen Anforderungen nicht erfüllen. Daher wurde eine grundlegende Neukonstruktion des Rechengitters nötig.
Im Einzelprojekt 10 wurde zunächst ein Workflow zur Umwandlung des strukturierten Gitters des 3D-Übersichtsmodells in ein für die Finite-Elemente Simulation geeignetes geometrisches Modell/Gitter entwickelt. Gemeinsam mit dem TLUG und anderen INFLUINS Teil-Projekten ist für die verbleibende Projektlaufzeit geplant, das geometrische Modell mit verschiedenen Materialparametern und Randbedingungen sowie unterschiedlicher Parametrisierung der Verwerfungszonen zu simulieren.

Ergebnisse

Im Juli 2014 ist ein erstes Simulationsmodell erfolgreich getestet worden. Die in diesem Modell integrierten Verwerfungszonen sind mit einem sehr geringen Leitfähigkeitskoeffizienten von 10^{-11} m/s versehen. Am südwestlichen Rand des Simulationsgebietes wurde eine Zuflussrandbedingung, am nordöstlichen Rand eine Abflussrandbedingung gesetzt. Die Simulationsergebnisse entsprachen den Erwartungen.

TM-Modell-01-Results-02-scaled

Ergebnisse Testmodell: Verwerfungen (grün dargestellt), Äquipotentialflächen des hydraulischen Drucks eingefärbt entsprechend der stratigraphischen Schicht, Stromlinien des Grundwassers eingefärbt entsprechend der Geschwindigkeit (Quelle: Thomas Fischer, Department Umweltinformatik, Helmholtz Zentrum für Umweltforschung)


Mit dem vorliegenden Simulationsmodell ergibt sich nun die große Chance, Hypothesen anderer Einzelprojekte durch entsprechende Parametrisierung zu prüfen sowie das Simulationsmodell selbst stetig zu verbessern.

Mitarbeiter/innen

Die Mitarbeiter/innen in EP10 finden Sie hier