Technical Report NTB 04-03
Nuclide Transport and Diffusion for Vein and Fracture Flow
Die Modellierung des Transportes von Radionukliden durch kristallines Gestein basiert gewöhnlich auf einem kleinen Wasserfluss in einem System von engen Spalten. Dieser Fluss wird als Spalten-Fluss bezeichnet. Er beinhaltet in unserem Modell ebene wasserführende Kanäle und angrenzende Zonen mit dominanter Matrixdiffusion. Je nach der Beschaffenheit des Gesteins kann es jedoch notwendig werden, zusätzlich einen Venen-Fluss zu betrachten, der durch zylindrische wasserführende Kanäle und angrenzende Zonen mit dominanter Matrixdiffusion charakterisiert wird. Basierend auf einem doppelt-porösen Konzept, wurden sowohl für den Venen- als auch für den Spalten-Fluss Transportberechnungen durchgeführt. Eine ausführliche Diskussion der Resultate gibt einen Überblick über wichtige Parametereinflüsse und über die hauptsächlichsten Effekte des Venen-Flusses. Für schnelle Abschätzungen wurden Formeln angegeben, welche die quantitative Interpretation von Durchbruchkurven unterstützen. Die Diskussion von analytischen Resultaten für Nuklid-Diffusion von einem ebenen und von einem zylindrischen Rand erhärtet die Kommentare zur Matrixdiffusion.
Die folgenden Effekte des Venen-Flusses auf die Durchbruchkurven sind illustrative Beispiele nützlicher Resultate:
- Die Höhe des Durchbruch-Peaks kann im Vergleich zum Spalten-Fluss sehr stark reduziert sein. Die Ankunftszeit des Peaks ist jedoch nur leicht verändert.
- Der asymptotische Teil der abfallenden Flanke der Durchbruchkurve ist flacher als der gut bekannte t -3/2-Verlauf für den Spalten-Fluss.
- Der Buckel am Ende der Durchbruchkurve, der durch die Begrenzung der Matrixdiffusionszonen erzeugt wird, ist wesentlich grösser als beim Spalten-Fluss. Bei vielen Fällen des Nuklidtransportes kann daher eine doppelhöckerige Durchbruchkurve auftreten.
- Die Sorption an Porenoberflächen, die nur durch Diffusion zugänglich sind, kann die Durchbruchkurve substantiell verändern. Die Venen- zu Spalten-Flussverhältnisse der Durchbruch-Peakdaten bleiben jedoch im wesentlichen gleich. Dies gilt für den gesamten Bereich der untersuchten Retardierungsfaktoren von 7 bis 27'000.
Die präsentierten Untersuchungen tragen zu einer differenzierten Interpretation von Durchbruchkurven bei und vertiefen das physikalische Verständnis des Nuklid-Transportes in einem doppelt-porösen Medium.
