Ungewissheiten in THM-gekoppelten Integritätsberechnungen
Land / Region: Deutschland
Projektanfang: 01.11.2021
Projektende: 31.10.2024
Projektstand: 14.11.2023
Abb. 1: Illustration der Samplepositionen nach der Dünngittermethode
Quelle: BGR
Die BGR bearbeitet im Vorhaben Aufgaben zur Erweiterung der Methodik für die numerischen Integritätsanalysen von Endlagern für radioaktive Stoffe. Um den Erhalt derjenigen Gebirgseigenschaften zu zeigen, die für den Einschluss der radioaktiven Abfälle verantwortlich sind, werden thermisch, hydraulisch, mechanisch (THM) gekoppelte numerische Analysen zur Prüfung der Integrität des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs durchgeführt. In diese Analysen gehen u. a. Modelle der geologischen Situation, die Beschreibung des Materialverhaltens der Gebirgseinheiten und deren Parametrisierung ein. Viele dieser Eingangsdaten der numerischen Analysen sind aus verschiedenen Gründen mit Ungewissheiten behaftet.
In diesem Vorhaben sollen Methoden entwickelt werden, um den Einfluss der Ungewissheit in den Eingangsparametern der gewählten Materialbeschreibung auf die Ergebnisse der THM gekoppelten numerischen Integritätsanalysen zu quantifizieren. Eingangsparameter bzw. deren Kombinationen mit dem größten Einfluss auf die Ergebnisse werden mit unterschiedlichen Methoden zur Sensitivitätsanalyse untersucht. Zur Demonstration der Anwendbarkeit werden die entwickelten Methoden auf zwei Testfälle angewendet und die Erkenntnisse und Erfahrungen in Handlungsempfehlungen für die Berücksichtigung von Parameterungewissheiten bei Integritätsanalysen überführt.
Das Vorhaben bringt im Verbund mit den Partnern vom Institut für Geotechnik an der TUBA Freiberg, dem Department für Umweltinformatik des UFZ in Leipzig und dem Lehrstuhl für Numerik der TU Chemnitz sowie den BGR-Fachbereichen „Geotechnische Sicherheitsnachweise“ und „Charakterisierung von Speicher- und Barrieregesteinen“ die unterschiedlichen Expertisen zusammen um moderne Methoden aus Mathematik und Informationstechnik tauglich für die Praxis zu machen. Als Teil eines BGE-Forschungsclusters zu „Ungewissheiten und Robustheit mit Blick auf die Sicherheit eines Endlagers für hochradioaktive Abfälle“ (URS) findet ein Austausch mit anderen Verbundvorhaben statt.
Abb. 2: Modell eines generischen Endlagersystems im Tonstein
Quelle: BGR
Die im Vorhaben entwickelten Methoden sollen auf ein generisches Endlagersystem im Tongestein, das in vorangegangenen Vorhaben entwickelt wurde, angewendet werden. Statistische Informationen über die Eingangsdaten bilden dabei die Grundlage für die Bewertung der resultierenden Ungewissheiten in den Zielgrößen. Dazu notwendig ist eine geeignete Auswertung der stochastischen Ergebnisse zur Bewertung der Integrität.
Abb. 3: Verschiedene Beiträge zur Messunsicherheit bei felsmechanischen Laboruntersuchungen
Quelle: BGR
In Abstimmung mit Anforderungen der Fallstudien wird die verfügbare Datenbasis zu relevanten Parameter für die Szenariensimulationen erfasst und für die statistische Bearbeitung aufgearbeitet. Mögliche physikalische Ursprünge von Parameterunsicherheiten sollen identifiziert werden und soweit möglich hinsichtlich ihrer Relevanz und statistischen Charakteristik beschrieben werden. Für die anhand der numerischen Fallstudien identifizierten dominanten Eingangsparameter werden Möglichkeiten und Grenzen der experimentellen Präzisierbarkeit dieser Parameter untersucht. Soweit Möglichkeiten identifiziert werden, sollen sie im Hinblick auf die Art der erforderlichen Maßnahmen wie z. B. Erweiterung der Datengrundlage; Optimierungen hinsichtlich der Probenverfügbarkeit; Verbesserungen im experimentellem Ablauf charakterisiert und ihre Praktikabilität bewertet werden.