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Prozesssimulation
Abbildung 2: Geologisches 3D-Strukturmodell des potenziellen CO2-Speicherstandortes Beeskow-Birkholz, zur Untersuchung der Salzwassermigration in trinkwasserrelevante Grundwasserleiter über permeable Störungen.
Die Sektion richtet sich wissenschaftlich auf die integrierte, deterministische und quantitative Betrachtung gekoppelter Prozesse im flachen bis tiefen Grundwasser aus. Das Prozessverständnis soll dahingehend weiterentwickelt werden, dass sämtliche Raum- und Zeitfenster erfasst und simuliert werden können. Sowohl die wasserwirtschaftliche Rahmenplanung als auch die Nutzung der Grundwassersysteme (Georessourcen) sehen in der Regel für Planungs- und Bewilligungsverfahren Zeitfenster von etwa 30 Jahren vor (wasserwirtschaftliche Zeiträume), währenddessen für das Prozessverständnis der Wechselwirkung tiefer und flacher Grundwassersysteme langfristige Zeitfenster im Rahmen von mindestens 1.000 Jahren zu berücksichtigen sind. Eine detaillierte Untersuchung der verschiedenen Zeitskalen im Raum ist heute durch numerische Simulationen auf Höchstleistungsrechensystemen möglich. Diese werden in Zukunft ein wesentliches Mittel zur Prognose und Risikobewertung im Hinblick auf Grundwasser bezogene Fragestellungen sein.
Die Systemanalyse des Grundwasserraums wird mit numerischen Programmen durchgeführt, die teils kommerziell zur Verfügung stehen und teils von der Sektion Hydrogeologie weiter bzw. neu entwickelt werden. Kernpunkt in diesem Bereich ist die Simulation von thermisch, hydraulisch, mechanisch und chemisch gekoppelten Prozessen. Eine wichtige Grundlage der numerischen Simulation bilden bereits vorliegende und noch zu erhebende Felddaten zur Grundwasserhydraulik, Hydrogeochemie als auch zur Geomechanik. Im Bereich der computergestützten Simulationen spielen die Optimierung der Programme und der Einsatz von Höchstleistungsrechnern eine wesentliche Rolle. Weiterhin finden Methoden der Maßstabsübertragung und der stochastischen Simulation zur Beschreibung der Geometrie sowie der räumlichen Verteilung der für Simulationen relevanter Parameter Anwendung und werden weiterentwickelt.
Im Rahmen der Prozesssimulation werden gekoppelte Prozesse im Hinblick auf die Interaktion von tiefen und flachen Grundwasserleitern numerischen untersucht. Hierbei sind die Ziele u.a. die Bewertung des Einflusses der Nutzung des geologischen Untergrundes und die Prognose des Langzeitverhaltens des gekoppelten Grundwassersystems. Die Arbeiten der Sektion umfassen folgende Themenfelder:
Die Systemanalyse des Grundwasserraums wird mit numerischen Programmen durchgeführt, die teils kommerziell zur Verfügung stehen und teils von der Sektion Hydrogeologie weiter bzw. neu entwickelt werden. Kernpunkt in diesem Bereich ist die Simulation von thermisch, hydraulisch, mechanisch und chemisch gekoppelten Prozessen. Eine wichtige Grundlage der numerischen Simulation bilden bereits vorliegende und noch zu erhebende Felddaten zur Grundwasserhydraulik, Hydrogeochemie als auch zur Geomechanik. Im Bereich der computergestützten Simulationen spielen die Optimierung der Programme und der Einsatz von Höchstleistungsrechnern eine wesentliche Rolle. Weiterhin finden Methoden der Maßstabsübertragung und der stochastischen Simulation zur Beschreibung der Geometrie sowie der räumlichen Verteilung der für Simulationen relevanter Parameter Anwendung und werden weiterentwickelt.
Im Rahmen der Prozesssimulation werden gekoppelte Prozesse im Hinblick auf die Interaktion von tiefen und flachen Grundwasserleitern numerischen untersucht. Hierbei sind die Ziele u.a. die Bewertung des Einflusses der Nutzung des geologischen Untergrundes und die Prognose des Langzeitverhaltens des gekoppelten Grundwassersystems. Die Arbeiten der Sektion umfassen folgende Themenfelder:
- Erstellung von statischen geologischen Modellen unter Berücksichtigung strukturgeologischer Randbedingungen (Abbildung 2).
- Integration von Messdaten aus aktuellen Projekten der Untergrundnutzung (z.B. Daten aus Bohrlochmessungen und der geophysikalischen Speicherüberwachung am Pilotstandort Ketzin – Zentrum für CO2-Speicherung) in die dynamischen Simulationsmodelle.
- Validierung von Modellimplementierung und Simulationsergebnissen mithilfe von verfügbaren Datensätzen realer Standorte (Abbildung 2).
- Integration geochemischer und geomechanischer Prozesse in numerische Simulatoren (Modellkopplungen).
- Erstellung von Langzeitprognosen und integrierten Risikoanalysen für Nutzungskonzepte des geologischen Untergrunds (z.B. im Hinblick auf die Bewertung von Salzwassermigrations- und gekoppelten Geo-Prozessen).
- Untersuchung von thermisch-hydraulisch gekoppelten Prozessen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen.
- Integration von numerischen Modellen zur Optimierung von geophysikalischen Überwachungsmethoden.
- Auswirkung heterogener Permeabilitätsfelder für die Dynamik der Salzwassermigration.
- Erstellung von Wirtschaftlichkeitsanalysen und Modellierung von Wechselwirkungen mit der Nutzung des geologischen Untergrundes.