Tietopankki

Työraportti 2016-8

Takaisin

Nimi:

Geomechanical Coupled Flow in Fractures during Temperate and Glacial Conditions

Raportin kirjoittaja:

Hartley, L., Baxter, S., Williams, T.

Kieli:

Englanti

Sivumäärä:

150

Tiivistelmä:

Tämä tutkimus pitää sisällään alustavan hydromekaanisten konseptien tarkastelun sovellettuna Olkiluodon rakosysteemiin sekä kallioperän hydrogeologiaan yleisesti. Tutkimus kvantifioi erityisesti erilaisten pitkän ajan ilmastojaksojen aiheuttamien in situ jännitystilojen vaikutuksia hydromekaanisiin kytkentöihin. Tutkimuksen tavoitteena oli arvioida yleisesti hyväksyttyjen hydromekaanisten konseptien soveltuvuutta ja tätä kautta johtaa mekanistisia kuvauksia Olkiluodon rakojen ja siirrosvyöhykkeiden hydraulisista ominaisuuksista linkitettynä jännitystilaan. Konseptien soveltuvuutta Olkiluodon hydraulisten trendien ennustamiseen testattiin suhteessa hydraulisiin ja rakenteellisiin mittauksiin. Tämän kaltaisten mekanististen mallien yksi hyödyllinen ominaisuus on siinä, että malleja voidaan käyttää hydraulisten ominaisuuksien ennustamisen luotettavuuden lisäämiseen paikoissa, joissa mittaukset ovat vähäisempiä tai joissa jännitystila on erilainen, toisin kuin aikaisemmin on ollut mahdollista empiiristen hydrogeologisten DFN-mallien avulla.

Tutkimuksessa testatut konseptit ovat, että rakojen avauma kasvaa elastisesti efektiivisin normaalijännityksen seurauksena ja että raoilla on potentiaalia siirrostua hiertojännityksen ja Barton-Bandis-kriteerin mukaisesti, jonka seurauksena rakoihin muodostuu nonkoformiteettejä ja tätä kautta raon efektiivinen hydraulinen avauma kasvaa. Tarkastelemalla saatavissa olevaa rakenteellista aineistoa, Posivan virtausmittausaineistoa (PFL) sekä kalliomekaanisia mittauksia, vaikuttaisi siltä, että kriittisessä jännitystilassa olevilla raoilla olisi suurempi todennäköisyys suurempiin vedenjohtavuuksiin. Lisäksi Barton-Bandiksen malli, jonka mukaan raot ovat herkempiä hiertojännityksille, jos raot ovat suuria ja suuren normaalijännityksen vaikutuksen alaisina, näyttäisi olevan toimiva konsepti. Samanlaisten hierto- ja normaalijännitysten vaikutuksen alaisina olevilla raoilla on suurta vaihtelua mitatuissa transmissiviteettiarvoissa, jonka perusteella hydromekaanisia kytkentäkonsepteja ei voida sellaisenaan hyödyntää yksittäisten rakojen vedenjohtavuuksien ennustamiseen vallitsevan jännitystilan ja raon suunnan perusteella. Rakoja täytyy käsitellä kontekstissa, jossa huomioidaan myös harvan rakoverkon yhteydet sekä vedenjohtavuudet ja arvioida mikäli kyseinen rakoverkko pystyy johtamaan riittävän määrän vettä suhteessa raon kairareiästä mitattuun ominaiskapasiteettiin.

Näin ollen, hydromekaanisia konsepteja testattiin vuoden 2011 SDM:n DFN-malleilla, kalibroiden mallit PFL-mittausaineistojen avulla. Työssä todettiin mahdolliseksi tuottaa kalibroitu hydromekaaninen DFN-malli muunnoksineen ja saavuttaa hyväksyttävä yhteensopivuus PFL-aineiston kanssa suhteessa trendeihin, jakaumiin sekä vedenjohtavuuksien suuruuksiin kaikilla syvyyksillä ja kaikissa suunnissa, ilman turvautumista ylimääräisiin syvyys- tai suuntariippuvaisiin parametreihin. Sekä alhainen normaalijännitys että korkeat leikkaus/normaalijännityssuhteet ovat merkittävässä roolissa suhteessa rakojen hydrauliseen käyttäytymiseen. Normaalijäykkyys- ja leikkauslujuusparametrit, joita käytetään soveltuvuusmallissa ja joka on puolestaan johdettu kalibroimalla mallin virtausominaisuudet, ovat yhdenmukaisia kalliomekaanisten testien kanssa. Johdetut hydromekaaniset DFN-mallit osoittavat, että mitattujen ominaiskapasiteettien vaihtelevuus suhteessa hierto- ja normaalijännityksiin ovat yhdenmukaisia hydraulisen tukkeutumisen kanssa, joka johtuu Olkiluodon rakoverkon heikosta johtavuudesta.  Hydromekaanisten konseptien testaaminen rakenteen BFZ20 kanssa antaa myös viitteitä, että ko. konseptit voivat tuottaa hyödyllistä lisätietoa siirrosvyöhykkeiden ja lineamenttien hydraulisista ominaisuuksista.

Johdetuista hydromekaanisista malleista on useita seurauksia paikankuvauksella sekä turvallisuusperustelulle. Ensimmäisenä, pystyhköjen rakojen osalta on odotettavissa merkittävää alentumista transmissiviteetin osalta syvyyden funktiona, joka johtuu efektiivisen normaalijännityksen kasvusta ja hiertoliikuntojen pienenevästä todennäköisyydestä. Toisena, kriittisessä jännitystilassa olevien rakojen määrä vaakasuuntaisten rakojen populaatiossa on vähäinen yli 300 m syvyydellä, johtuen korkeasta normaalijännityksestä. Tämä on merkittävä havainto, koska hydromekaaniset periaatteet viittavaat erilaisiin hydraulisiin ympäristöihin 300 m syvyyden ylä- ja alapuolella. DFN-simulaatioiden perusteella yllä mainitut tekijät viittaavat siihen, että vertikaaliset vedenjohtavuudet vähentyvät merkittävästi harvaan rakoilleessa kivessä ja että vedenjohatuuvdet ovat yhtä kertaluokkaa pienemmät loppusijoitussyvyydellä kuin mitä on mallinnettu SDM 2011 tai TURVA 2012-raporteissa. Samankaltaisia vedenjohtavuuksien pienentymistä voidaan odottaa myös hydrogeologisten vyöhykkeisen osalta, edellä mainituista syistä. On myös huomioitavaa, että vaihettuminen hydromekaanisessa ympäristössä on myös yhtenevä hydrogeokemiallisesti erilaisten kalliotilavuuksien suhteen niin, että 300 m syvyyden yläpuolella pohjaveden geokemiassa on havaittavissa postglasiaalisia piirteitä kun taas ko. syvyyden alapuolella haviataan preglasiaalisia piirteitä. Vaikkakin lisätutkimukset ja mallinnukset itsenäisten aineistojen (esimerkiksi paineinterferenssi-  ja  hydrogeokemialliset  aineistot) avulla ovat tarpeen edellä mainitun todentamiseksi, tulokset viittaavat alentuneeseen pohjaveden kiertoon sekä stabiilimbaan hydrogeokemialliseen kehitykseen loppusijoitussyvyydellä. Tutkimuksessa myös osoitettiin hydromekaanisten mallien avulla, että pohjaveden liikkuminen ei kasva merkittävissä määrin suhteessa muutoksiin pinnan hydraulisessa gradientissa mannerjäätikön forebulge- tai reunan vetäytymisvaiheen aikana.

Avainsanat:

Hydrogeologia, Hydromekaniikka, Rakoverkkomalli, In situ jännitystila, Ilmaston kehitys.

Tiedosto(t):

Geomechanical Coupled Flow in Fractures during Temperate and Glacial Conditions (pdf) (57.1 MB)


Takaisin


Jaa artikkeli:
Tämä sivusto käyttää evästeitä sivuston käyttöä koskevien tietojen keräämiseksi. Kun käytät tätä sivustoa, hyväksyt evästeiden käytön.
Sulje

Evästekäytännöt

Tätä sivustoa käyttämällä hyväksyt, että voimme asettaa evästeitä tietokoneellesi tai mobiililaitteeseesi.

1. Mitä evästeet ovat?

Evästeet ovat pieniä datatiedostoja, jotka siirtyvät tietokoneellesi, kun otat yhteyden johonkin verkkosivustoon. Evästeet tallentuvat selaimen käyttämien tiedostojen yhteyteen.

Lisätietoa evästeistä saat sivulta www.aboutcookies.org.

2. Miksi evästeitä käytetään?

Evästeet tunnistavat tietokoneesi, kun tulet sivustolle uudelleen. Ne muistavat myös sivustolla aikaisemmin tekemäsi valinnat ja parantavat siten sivuston käyttökokemusta. Evästeiden avulla pystyy esimerkiksi tunnistamaan käyttäjän laitteet sekä mukauttamaan mahdollisia mainoksia sivuilla sekä mahdollisissa muissa palveluissa.

3. Mitä evästeitä käytetään?

Jotkin evästeet ovat sivustomme teknisen toiminnan ja käytön vuoksi välttämättömiä. Nämä evästeet eivät kerää käyttäjästä tietoa, jota voitaisiin hyödyntää markkinoinnissa tai muistamaan käyttäjän valitsemia sivustoja.

Suorituskykyä mittaavat evästeemme keräävät tietoa siitä, miten käyttäjät käyttävät verkkosivujamme (esim. eniten käytetyt sivut, mahdolliset virheviestit). Nämä evästeet eivät kerää käyttäjistä tunnistettavia tietoja, vaan ne ovat anonyymejä ja niitä käytetään ainoastaan parantamaan nettisivujen toimivuutta.

Sivuilla olevat kolmansien osapuolten liitännäispalvelut (esim. mainokset, YouTube-videot, Google-tilastointi tai Facebook-liitännäiset) saattavat tallentaa käyttäjän tunnistamiseen käytettävää tietoa, mihin emme valitettavasti voi vaikuttaa. Jos haluat estää niitä seuraamasta liikkumistasi verkossa, voit kytkeä ns. kolmannen osapuolen evästeet pois käytöstä selaimesi asetuksista. Ohjeet löydät selaimesi ohjesivuilta.

Sivuillamme saattaa olla myös painikkeita, jotka helpottavat sisällön jakamista eri verkkoviestintäympäristöihin ja sosiaaliseen mediaan. Jos käytät näitä painikkeita, valitsemaltasi palvelulta voidaan asettaa eväste päätelaitteellesi. Nämä evästeet eivät ole hallinnassamme. Lisätietoja kolmannen osapuolen evästeiden käytöstä saat kyseisen osapuolen verkkosivulta.

4. Evästeiden hallinta ja estäminen

Jos et halua vastaanottaa evästeitä, voit muuttaa Internet-selaimesi asetuksia niin, että saat ilmoituksen aina kun evästeitä ollaan lähettämässä tietokoneellesi. Vaihtoehtoisesti voit estää evästeiden käytön kokonaan. Evästeiden käyttöä voi rajoittaa tai sen voi estää Internet-selaimen kautta (katso tarkemmat tiedot selaimen ohjeista).

Jos estät evästeiden tallennuksen tai poistat ne käytöstä, jotkin verkkosivujemme toiminnoista eivät välttämättä toimi oikein.

Sulje