Reaktiver Transport

Ein kritischer Parameter der Transportmodellierung stellt die Auswahl der geeigneten thermodynamischen Datenbasis bzw. der Bestimmung von Säure-/Basekonstanten und Komplexbildungs-konstanten (z.B. FITEQL, PHREEQC) vor allem in unbekannten Systemen dar. Oftmals gelingt eine eindeutige Lösung der Modellierung, nur unter Kombination mit spektroskopischen Methoden. Die Beschreibung der Kinetik von Festphasen/Metall-Wechselwirkung ist noch unvollständig verstanden, jedoch existieren Modellansätze (z.B. KICAM) zur vereinfachten Beschreibung für ausgewählte natürliche Grundwasser-Systeme. Für die Mobilität von umweltrelevanten Schadstoffen ist neben der Kinetik der Sorptions-/Desorptionsreaktion die 3D Geometrie des Porenraum/ Kluftgefüges von entscheidender Bedeutung. Speziell die Einbindung der Kluftgeometrie und der Veränderung durch Bildung von Sekundärphasen in Transportmodelle ist häufig auf Grund fehlender Detailinformationen nicht möglich. Neue 3D Untersuchungsmethoden, wie z.B. die Computer- Tomographie können quantitative Information des Kluftnetzwerkes/Poreraumstruktur geben. Der Einbau dieser Informationen in Fluiddynamische (CFD)- Transportmodelle und die Berechnung des reaktiven Transports entlang einzelner Stromlinienpfade aus Partikel-Tracking Realisierungen erlaubt dann in einem weiteren Schritt die Differenzierung von physikalischen und chemischen Rückhalte-Mechanismen und die zeitlichen Veränderung der hydraulischen Eigenschaften (Thema: pore clogging). Ein weiterer Schwerpunkt stellt die prognostizierte Modellierung von „clogging“ Phänomenen durch Mineralfällungsreaktionen in porösen Medien dar. Hier wurde in der Arbeitsgruppe das in reaktive Transportcodes implementierte empirischen Archie’s Gesetz anhand von experimentell (unter definierten Randbedingungen) gewonnenen Daten auf dessen Gültigkeit im Vergleich zu prognostizierenden Transportberechnungen mittels PHREEQC bzw. TOUGHREACT überprüft. Solche wissenschaftlichen Arbeiten zur direkten Interaktion zwischen Experimentatoren und Modellierern sind außerordentlich wichtig um bestehende reaktive Transportcodes und die Unsicherheiten der implementierten Reaktionsformalismen zu reduzieren und damit die Vertrauenswürdigkeit numerischen Codes als Prognose-Tools zu stärken.

Projektleiter: Thorsten Schäfer

Abbildung 1: µCT Aufnahme einer realen Kluftgeometrie eines Bohrkerns aus der MI Scherzone im Grimsel Felslabor (Bohrkernlänge 15 cm)
Abbildung 2: Säulenversuchsaufbau