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Technical Report NTB 95-01

Heterogeneous Redox Reactions in Groundwater Flow Systems Investigation and Application of Two Different Coupled Codes

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Zwei numerische Modelle, die den chemisch-reaktiven Transport beschreiben, werden auf einen Satz von Problemen angewendet, die heterogene Redoxreaktionen von Uranspezies enthalten. Die Modelle verwenden ähnliche Algorithmen zur Berechnung der heterogenen chemischen Gleichgewichte, aber sie verwenden eine deutlich unterschiedliche Beschreibung des Transports und der Kopplung zwischen Transport und chemischen Gleichgewichts­reaktionen. Im Code MCOTAC sind statisches chemisches Gleichgewicht und eine Random-Walk Beschreibung von Advektion und Dispersion für wasserlösliche Substanzen sequentiell miteinander gekoppelt. Im Code THCC sind die Massenwirkungsgesetze der Gleichgewichtschemie mit einer finiten Differenzen Beschreibung der Transportgleichungen für wasserlösliche Substanzen direkt miteinander gekoppelt.

Ziel dieses Vergleichs war es, die Anwendung des neu entwickelten Rechenprogramms MCOTAC auf Redox-Probleme anzuwenden und, innerhalb dieser Anwendungen, generelle Unterschiede zwischen den zwei Typen von Rechenprogrammen zu identifizieren und zu untersuchen. Die hypothetischen heterogenen Redox-Systeme sind dabei so ausgewãhlt, das sie numerische Schwierigkeiten innerhalb der gekoppelten Berechnungen garantieren. Uran, eine Hauptkomponente der Beispiel-Redox-Systeme, ist ein chemisch interessantes Element für heterogene Redox-Systeme, die Uran-Eisen-Mineralien und Komplexe mit Liganden beinhalten. Diese kommen in natürlichen Grundwässern vor und sind von praktischem Interesse bei Sicherheitsanalysen von geologischen Endlagern für radioaktive Abfälle.

Die Berechnungen der beiden Programme zeigen i.A. eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse. Spezifische Diskrepanzen ergeben sich bei numerischen Schwierigkeiten der Codes und sind unterschiedlich für jeden Code. Ein derartiges "Benchmarking" kann das Vertrauen in der allgemeinen Anwendbarkeit von einzelnen Programmen verbessern, indem programmspezifische Aspekte aufgezeigt werden, die weitere Untersuchungen und mögliche Modifikationen erfordern.

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