Internationales Benchmarking zur Verifizierung und Validierung von TH2M-Simulatoren insbesondere im Hinblick auf fluiddynamische Prozesse in Endlagersystemen (BenVaSim-II) 

Land / Region: Weltweit

Projektanfang: 01.02.2023

Projektende: 31.10.2025

Projektstand: 08.03.2024

English Version

Abb. 1: Gute Übereinstimmung der von den verschiedenen Projektpartnern und numerischen Codes berechneten Ergebnisse. Dargestellt sind Porenwasserdruckprofile über ein quasi-1-dimensionales Balkenmodell zu verschiedenen Zeitpunkten [3]. Quelle: BGR

Motivation: Für eine gesicherte Vorhersage des Verhaltens eines Endlagers für radioaktive Abfälle im tiefen geologischen Untergrund werden weltweit numerische Codes eingesetzt. Auch die BGR setzt u. a. das Finite-Elemente-Programm OpenGeoSys [1] ein, welches als Open-Source-Code vom Helmholtz Zentrum für Umweltforschung GmbH in Leipzig entwickelt wird. Bevor ein solches Programmsystem beispielsweise für Integritäts- und Sicherheitsnachweise eingesetzt werden kann, muss es umfangreich getestet und qualitätsgesichert werden.

Strategie: Neben der numerischen Nachmodellierung von Labor- und In-situ-Untersuchungen [2] ist der Vergleich verschiedener Codes ein probates Mittel, um eine gegebene Implementierung zu testen und ihre Leistungsfähigkeit zu demonstrieren [3]. Auf diese Weise kann gezeigt werden, unter welchen Umständen die verglichenen numerischen Simulationstools übereinstimmende Ergebnisse liefern und unter welchen Umständen Abweichungen bestehen. Im Vorgängerprojekt BenVaSim-I, an dem die BGR schon beteiligt war, und im aktuellen Projekt BenVaSim-II werden so Prozessimplementierungen und ihre Resultate analysiert und erklärt. Dadurch erhöhen die Projektpartner die Konfidenz in jeden einzelnen der beteiligten Codes und leisten so einen wichtigen Beitrag für ihren zukünftigen Einsatz. Außerdem leistet das BenVaSim-Projekt durch die genau definierten und analysierten Benchmark-Beispiele einen Beitrag zum allgemeinen Verständnis thermisch-hydraulisch-mechanisch gekoppelter Prozesse, die in einem künftigen Endlager zu erwarten sind.

Projektpartner: Für die Verifizierung und Validierung der numerischen Codes durch Codevergleich in BenVaSim-II haben sich internationale Institutionen zusammengetan: Aus den USA beteiligt sich das Lawrence Berkeley National Lab (LBNL), aus der Schweiz das Eidgenössische Nuklearinspektorat (ENSI) und aus Deutschland neben der BGR die Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit gGmbH (GRS) und die Technische Universität Clausthal. Letztere initiierte und leitet das Projekt, welches über den Projektträger Karlsruhe (PTKA) Fördermittel erhält.

Literatur:

[1] L. Bilke et al. “Development of Open-Source Porous Media Simulators: Principles and Experiences”. In: Transport in Porous Media 130.1 (2019), pp. 337–361. doi: 10.1007/s11242019-01310-1.

[2] J. T. Birkholzer et al. “25 years of DECOVALEX - Scientific advances and lessons learned from an international research collaboration in coupled subsurface processes”. In: International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 122 (2019), p. 103995. issn:1365-1609. www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1365160918308451.

[3] K.-H. Lux et al. Synthesis report. BenVaSim – International Benchmarking for Verification and Validation of TH2M Simulators with Special Consideration of Fluid Dynamical Processes in Radioactive Waste Repository Systems. Tech. rep. 2022.

[4] Michael Pitz, Norbert Grunwald, Bastian Graupner, Kata Kurguyis, Eike Radeisen, Jobst Maßmann, Gesa Ziefle, Jan Thiedau, and Thomas Nagel (2023): ”Benchmarking a new TH2M implementation in OGS-6 with regard to processes relevant for nuclear waste disposal”. In: Environmental Earth Sciences 82, 319 (2023). https://doi.org/10.1007/s12665-023-10971-7