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Technical Report NTB 91-15

Evaluation of exploration strategies for hydrogeologic characterization of a repository area in the Opalinus clay and lower freshwater Molasse

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Die Charakterisierbarkeit eines Deponiestandortes oder einer Endlagerformation steht in direkter Beziehung zur Wahrscheinlichkeit, Schlüsseleigenschaften der Geosphäre charakterisieren und präferentielle Fliesswege korrekt identifizieren zu können. Für einen Standort, für den ein Sicherheitsnachweis geleistet werden kann, gilt: je einfacher seine Charakterisierung, desto qualifizierter ist der Standort. Dies steht damit im Zusammenhang, dass für einen auf einfache Weise charakterisierbaren Standort die Wahrscheinlichkeit grösser ist, kritische Fliesswege (Kurzschlüsse) korrekt zu identifizieren.

Dieser Bericht stellt eine Methodik vor, die es erlaubt, die Explorierbarkeit eines Deponiestandortes oder einer Endlagerformation für radioaktive Abfälle objektiv und quantitativ zu beurteilen. Die Methode basiert auf zwei Grundannahmen. Erstens wird angenommen, dass das Auftreten und die hydrogeologischen Eigenschaften von präferentiellen Fliesswegen Schlüsselparameter für den Transport von Radionukliden von einem Endlager zur Biosphäre darstellen; zweitens wird vorausgesetzt, dass unsere Fähigkeit, solche präferentiellen Fliesswege zu lokalisieren, ein Mass für die Explorierbarkeit einer Endlagerformation oder eines Endlagergebietes darstellen. Die Explorierbarkeit kann somit als Mass für einen qualitativen Vergleich von Standorten und Endlagerformationen herangezogen werden.

Die im vorliegenden Bericht hergeleitete und beschriebene Methodik wird anhand zweier Fallbeispiele (untere Süsswassermolasse, USM, und Opalinuston, OPA) illustriert. Für diese Illustration werden in diesem Bericht mögliche konzeptuelle Modelle der präferentiellen Fliesswege beider Endlagergesteine entwickelt. Anschliessend werden Explorationsmethoden definiert, welche in zukünftigen mehrphasigen Untersuchungsprogrammen für die Lokalisierung präferentieller Fliesswege eingesetzt werden können. Unter der Annahme, dass die ausgewählten Untersuchungsmethoden in Gebieten eingesetzt werden, in welchen präferentielle Fliesswege vorkommen, sind schliesslich die Wahrscheinlichkeiten abgeschätzt worden, die präferentiellen Fliesswege zu lokalisieren.

Basierend auf den angenommenen konzeptuellen Modellen und den Parameterverteilungen (Verteilungstyp, Mittelwert, Standardabweichung) der präferentiellen Fliesswege wurden die Wahrscheinlichkeiten bestimmt, dass solche präferentiellen Fliesswege zwischen dem Endlager und der Biosphäre existieren. Zudem wurde die Anzahl präferentieller Fliesswege in verschiedenen Explorationsgebieten unterschiedlicher Grösse berechnet.

Obwohl die Input-Verteilungen, welche in vorliegender exemplarischer Explorationsstudie verwendet wurden, hypothetisch sind, ergeben sich quantitative Simulationsresultate, die den intuitiv erwarteten sehr ähnlich sind. Die berechnete Wahrscheinlichkeit der Existenz präferentieller Fliesswege im OPA ist sehr gering. Die Wahrscheinlichkeit, dass solche Fliesswege in frühen Explorationsphasen entdeckt werden, ist ebenfalls gering, solange der vertikale Versatz entlang angenommener steilstehender Störungen klein ist. Die Wahrscheinlichkeit der Existenz von präferentiellen Fliesswegen in der USM ist ebenfalls gering, jedoch höher als im OPA. Hingegen ist die Wahrscheinlichkeit, diese Fliesswege zu entdecken, aufgrund der durchgeführten Rechnungen gross. Ein Unterschied in den beiden Endlagerformationen besteht darin, dass bei präferentiellen Fliesswegen, welche untertage im OPA angefahren werden, mit relativ grosser Sicherheit entschieden werden kann, ob es sich um eine Verbindung zur Biosphäre handelt (als Biosphäre wird hier der nächstliegende Aquifer betrachtet, Distanz ca. 30 m). Dies ist im Falle der USM kaum möglich, weil die Ausdehnung der präferentiellen Fliesswege in der USM (und die Distanz zur Biosphäre) viel grösser und damit schwerer abzuschätzen ist.

In der durchgeführten Analyse von Untersuchungsprogrammen wurden verschiedene Annahmen getroffen. Die wichtigsten betreffen:

  • die Definitionen von präferentiellen Fliesswegen, welche sicherheitstechnisch möglicherweise kritisch sind
  • eine Vereinfachung der Geometrie solcher präferentiellen Fliesswege
  • die Verteilung der geometrischen und hydraulischen Eigenschaften dieser präferentiellen Fliesswege
  • die räumliche Variabilität der hydraulischen Eigenschaften innerhalb der präferentiellen Fliesswege
  • die Wahrscheinlichkeit, präferentielle Fliesswege zu entdecken und zu charakterisieren

All diese Annahmen sollten am Ende jeder zukünftigen Explorationsphase neu beurteilt werden. Mit zusätzlichen Rechnungen der vorliegenden Art könnte die relative Wichtigkeit der verschiedenen obigen Annahmen evaluiert werden (Sensitivitätsstudien verschiedener Parameterverteilungen im Hinblick auf den berechneten Erfolg eines Untersuchungsprogrammes).

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