Der Parametersatz eines Einlagerungsbereichs umfasst die geometrischen, hydraulischen und sorptionsrelevanten Parameter der Abdichtungssysteme, der Einlagerungsgrubenbaue und der restlichen Grubenbaue im Einlagerungsbereich, die Art der Verfüllung und die relative Abfallsta-pelhöhe, die Kenngrößen der Konvergenz, den anfänglichen Füllgrad mit Flüssigkeit im jeweiligen Versatz, die Kenngrößen der Gasbildung sowie das Gesamthohlraumvolumen und die Konver-genzrate des maßgebenden Mischungsbereichs (siehe Tabellen 42 bis 44).
Die Definition der Einlagerungsbereiche und ihrer Abdichtsysteme sowie die geometrischen Daten der letzteren sind in den Kapiteln 3.3.3, 3.4 und im Anhang D beschrieben. Da das zu Grunde ge-legte Verfüll- und Verschließkonzept einen besonderen technischen Aufwand für die Erstellung der Abdichtungen vorsieht, kann Firstbündigkeit unterstellt und ein Referenzwert für die querschnitts-gemittelte Permeabilität der Abdichtsysteme von 1018 m2 angenommen werden. Dieser Wert ist höher als die Permeabilität des Salzgesteins, mit Ausnahme von eventuellen lokal begrenzten, ausbruchnahen Zonen (Auflockerungszone). Nach einem eventuellen Lösungszutritt in die Grube wird die Bewegung der Salzlösung deshalb in aller Regel im Versatz (und eventuell in ausbruch-nahen Auflockerungszonen) und nicht im Salzgestein stattfinden.
Folgende sechs Größen legen die Anfangsvolumina der unverfüllten und verfüllten Hohlräume eines Einlagerungsbereichs fest (vgl. auch Anhang D):
VEH Gesamtvolumen der Einlagerungsgrubenbaue im Einlagerungsbereich; [m3] VREB Gesamtvolumen der restlichen Grubenbaue im Einlagerungsbereich; [m3]
]EHt totaler Verfüllgrad (kompaktierbarer und nicht kompaktierbarer Versatz) der Einlagerungs-grubenbaue; [-]
]REBt totaler Verfüllgrad (kompaktierbarer und nicht kompaktierbarer Versatz) des restlichen Ein-lagerungsbereichs; [-]
]EHk Anteil des kompaktierbaren Versatzes am Gesamtversatz in den Einlagerungsgrubenbau-en; [-]
]REBk Anteil des kompaktierbaren Versatzes am Gesamtversatz des restlichen Einlagerungsbe-reichs; [-]
Diese Wahl der Kenngrößen erlaubt es, bei probabilistischen Parametervariationen ohne zusätzli-che Randbedingungen realistiszusätzli-che Kombinationen zu erhalten und dabei zum Beispiel die Auswir-kung zu untersuchen, dass ein Teil der Grubenbaue des Ostfeldes nicht am Prozess der Radio-nuklidfreisetzung teilnimmt. Die mittleren Porositäten von kompaktierbarem Versatz (Salzgrus, BFA und Abfälle) und von nicht oder gering kompaktierbarem Versatz (Salzbeton) werden durch zwei unabhängige Parameter angegeben. Für den Salzbeton beträgt sie 20 %. Im Modell wird das Porenwasser des Salzbetons in den Einlagerungsbereichen nicht als frei bewegliche Lösung an-gesehen, das daher an den Prozessen (Lösung des Radionuklidinventars, Auspressung aus den Einlagerungsbereichen) nicht teilnimmt. Es wird angenommen, dass lediglich 1 ‰ des Porenwas-sers zur Radionuklidmobilisierung und –auspressung beiträgt. Dieser Anteil nimmt den als „wirk-same Porosität des nicht oder gering kompaktierbaren Versatzes“ bezeichneten Teil der Gesamt-porosität ein. Für den kompaktierbaren Versatz ist er für die einzelnen Einlagerungsbereiche un-terschiedlich und ergibt sich aus den unun-terschiedlichen Anteilen der Abfälle und des Salzgruses.
Für letzteren wird generell eine Porosität von 40% angenommen. Für die mit dem Eintrag von flüs-sigen Abfällen verfestigte BFA wird eine Porosität von 37 % angesetzt.
Die Modellierung der Konvergenz von unverfüllten und mit verschiedenen Versatzmaterialien ver-füllten Hohlräumen erfolgt gemäß den in Anhang F aufgeführten Gleichungen (PSE-Ansatz). Die Konvergenz des mit kompaktierbarem Versatz verfüllten Volumens wird unter der Annahme mo-delliert, dass sie gleich wie jene von Salzgrus erfolgt. Für den charakteristischen Exponenten m für das sekundäre Kriechen wird der Wert m = 5,0 verwendet. Aufgrund der geringen Kompaktionsfä-higkeit des nicht oder gering kompaktierbaren Versatzes wird die Änderung seines Porenvolumens vereinfacht über einen Exponentialansatz berechnet, wobei die Konvergenzrate, bezogen auf die wirksame Porosität, gegenüber jener eines unverfüllten Hohlraums um einen Faktor J reduziert und die zusätzliche Stützwirkung durch das Fluid im Inneren des Grubenbaues vernachlässigt wird (Anhang A, Gleichung A-2). Der Reduktionsfaktor J für die Konvergenz des nicht oder gering kom-paktierbaren Versatzes im Einlagerungsbereich gegenüber der Konvergenzrate der unverfüllten Hohlräume besitzt theoretisch den Referenzwert "unendlich", da im betrachteten Zeitraum für den Salzbeton keine Konvergenz unterstellt wird.
In den Einlagerungsgrubenbauen gibt es bereits heute eine Restfeuchtemenge, welche das am Anfang bereits vorhandene Gesamtvolumen an Flüssigkeit im Einlagerungsbereich beschreibt.
Dieses Flüssigkeitsvolumen wird aus den bekannten, bei der Abfalleinlagerung eingebrachten Flüssigkeitsmengen und der Restfeuchte im Salzgrus (0,1 bis 0,5 Gew.-% mit 0,3 Gew.-% im Mit-tel) sowie einem geringen Anteil (1 ‰) der Porenlösung im Salzbeton bestimmt.
Tabelle 4-2 Referenzwerte, Bandbreiten und Verteilungsfunktionen einer Auswahl der nicht radionuklidspezifischen Parameter der Abdichtsysteme
Parameter Einheit
Referenz-wert
Länge des Abdichtsystems West-Südfeld
Querschnitt des Abdichtsystems West-Südfeld
Fließporosität des Abdichtsystems West-Südfeld
Permeabilität des unkorrodierten Abdichtsystems 20
Erhöhung der Permeabilität des Ab-dichtsystems bei vollständiger Kor-rosion
19 Für das Nordfeld und den Zentralteil können keine wirksamen Abdichtungen ausgewiesen werden; daher ist hier L1 = 1 m und K1 = 10-14 m2.
20 Der obere Wert der Bandbreite für K1 ist sehr hoch gewählt; er liegt um 1 – 2 Größenordnungen höher, als aufgrund der Materialeigenschaften des Salzbetons zu erwarten wäre. Bei den probabilistischen Rechnungen zeichnen sich die Realisierungen mit hohem K1 durch frühzeitige Korrosion (und damit Ausfall) des Abdichtsystems aus.
Tabelle 4-3 Referenzwerte, Bandbreiten und Verteilungsfunktionen einer Auswahl der nicht radionuklidspezifischen Parameter der Einlagerungsgrubenbaue und restlichen Einlagerungsbereiche
Parameter Einheit
Referenz-wert
Gesamtvolumen des restlichen Ein-lagerungsbereichs
Totaler Verfüllgrad in den Einlage-rungsgrubenbauen
Totaler Verfüllgrad des restlichen Einlagerungsbereiches
21 Der Minimalwert für den restlichen Einlagerungsbereich des Ostfelds entspricht dem möglichen Zustand, dass der Einlagerungsgrubenbau hydraulisch von den übrigen Grubenbauen des Einlagerungsbereichs getrennt ist, z.B. weil sich die Verbindungsstrecken durch Konvergenz geschlossen haben. Dieser Zustand ist in Hinblick auf die Radionuk-lidmobilisierung und -auspressung als Möglichkeit einzubeziehen. Falls jedoch während der Auspressphase hohe Fluiddrücke im Einlagerungsbereich auftreten, ist zu erwarten, dass es zunächst zu einer Druckentlastung innerhalb des Einlagerungsbereichs kommt, bevor das Ostfeld nach außen „fract“. Eine Frac-Bildung des Ostfelds, bei der das Volumen des Einlagerungsbereichs kleiner ist als 2,22·105 m3 (Minimum der Bandbreite der zunächst miteinander verbundenen Hohlräume), wird daher als unphysikalisch betrachtet und aus den probabilistischen Resultaten elimi-niert.
Tabelle 4-3 Referenzwerte, Bandbreiten und Verteilungsfunktionen einer Auswahl der nicht radionuklidspezifischen Parameter der Einlagerungsgrubenbaue und restlichen Einlagerungsbereiche (Fortsetzung)
Parameter Einheit
Referenz-wert
Anteil kompaktierbarer Versatz in den Einlagerungsgrubenbauen
Anteil kompaktierbarer Versatz im restlichen Einlagerungsbereich
Porosität des kompaktierbaren Ver-satzes des kompaktierbaren Versatzes, bezogen auf das Porenvolumen West-Südfeld
Konvergenzrate für unversetzte Hohlräume
Tabelle 4-3 Referenzwerte, Bandbreiten und Verteilungsfunktionen einer Auswahl der nicht radionuklidspezifischen Parameter der Einlagerungsgrubenbaue und restlichen Einlagerungsbereiche (Fortsetzung)
Parameter Einheit
Referenz-wert
Gasbildungsrate bei 100 a West-Südfeld
Gasbildungsrate bei 10'000 a West-Südfeld
Gesamte gebildete Gasmenge West-Südfeld
Anteil des an der Gasbildung betei-ligten Inventars
Tabelle 4-4 Referenzwerte, Bandbreiten und Verteilungsfunktionen einer Auswahl der nicht radionuklidspezifischen Parameter der Mischungsbereiche
Parameter Einheit
Referenz-wert
Volumen des Mischungsbereiches Nordfeld
andere Einlagerungsbereiche
m3
Totaler Verfüllgrad des Mischungs-bereiches
Nordfeld
andere Einlagerungsbereiche
–
Anteil des kompaktierbaren Versat-zes am Gesamtversatz im Mi-schungsbereich
Nordfeld
andere Einlagerungsbereiche
–
Porosität des kompaktierbaren Ver-satzes
Nordfeld
andere Einlagerungsbereiche
–
Konvergenzrate für unversetzte Hohlräume im Mischungsbereich Nordfeld
andere Einlagerungsbereiche
a-1
Die für die Sorption in den Einlagerungsgrubenbauen maßgebenden Mengen an BFA und Ze-mentstein wurden aufgrund der tatsächlich eingebrachten Abfall- und Versatzmengen festgelegt.
Die Bandbreiten werden in weiten Grenzen variiert. Die Sorption wird in den Modellrechnungen jedoch nicht berücksichtigt.
Die Gasbildung in den Einlagerungsbereichen ergibt sich aus der anaeroben Korrosion des Inven-tars an Stahl, Eisen und anderen Metallen sowie dem mikrobiellen Abbau der organischen Abfall-bestandteile. Die Gasbildungsraten und –volumina wurden mit dem Programm GASGEN [Colenco 2002c] berechnet (siehe auch Anhang G). Die Gasbildungsrate nimmt mit der Zeit ab. Der zeitliche Verlauf wird, wie in Anhang G beschrieben, im Modell durch vier Parameter nachgebildet. Diese sind
x die Gasbildungsraten zu einer repräsentativ frühen Zeit22, inkl. Bandbreiten, x die Gasbildungsraten zu einer repräsentativ späten Zeit, inkl. Bandbreiten, x die Gesamtgasmenge nach Abschluss der Gasbildung, inkl. Bandbreiten, und
x der Anteil des gasbildenden Inventars, das an den Gasbildungsprozessen teilnimmt, inkl.
Bandbreiten.
Aufgrund der mit Abfällen und Versatz eingebrachten Flüssigkeitsmenge setzt die Gasbildung auch ohne Lösungszutritt in Grube und Einlagerungsbereiche sofort ein. Da die Anfangsflüssigkeit in den abgedichteten Einlagerungsbereichen aber nicht ausreicht, um sämtliche gasbildenden Stoffe im Abfallinventar vollständig umzusetzen, kommt die Gasbildung zum Erliegen, wenn sich ein Bruchteil der Gesamtgasmenge gebildet hat, beschrieben durch den Parameter Lim. Dieser beträgt für den ELB WSF 0,2 und für den ELB OF 0,25. Für die nicht abgedichteten Einlagerungs-bereiche Nordfeld und Zentralteil wird Lim auf einen sehr kleinen Wert gesetzt (0,001), so dass hier die Gasbildung im Modell erst nach dem Volllaufen einsetzt und in vollem Umfang zum Aus-pressen der radionuklidhaltigen Lösung zur Verfügung steht. In den abgedichteten Einlagerungs-bereichen setzt die Gasbildung wieder ein, wenn Rest = 100% der anfänglich vorhandenen Flüs-sigkeitsmenge durch das Abdichtsystem zugetreten sind. Die Unterbrechung der Gasbildung be-wirkt in der Regel höhere Radionuklidfreisetzungen, weil der Einlagerungsbereich wegen des klei-neren Innendrucks schneller mit Flüssigkeit gefüllt wird (insbesondere, weil die Abdichtungen frü-her korrodieren) und weil die höfrü-here Gasbildungsrate während der Auspressphase die Radionuk-lidfreisetzung beschleunigt.
Die Parameter des Mischungsbereichs der Einlagerungsbereiche ELB WSF, ELB OF und ELB ZT, Hohlraum- und Porenvolumen, Konvergenzrate und sorbierende Masse (Zementstein) charakteri-sieren, unter eher konservativer Wahl der Werte, die Verhältnisse entlang des Freisetzungspfades durch die oberen Grubenbaue eines potentiellen Austrittsorts im Zentralteil. Der Referenzwert für das Volumen des Mischungsbereichs wird durch den potentiellen Austrittspfad über die Gruben-baue des Zentralteils, die sich unmittelbar östlich des Kalilagers C und oberhalb der Referenzteufe von -332 mNN befinden, bestimmt. Für den Minimalwert werden nur die Grubenbaue der Abbau-reihe 2n gewählt, welche oberhalb der Referenzteufe von -332 mNN liegen. Für die Obergrenze werden alle Abbaue des Zentralteils östlich des Kalilagers C gewählt.
Für den möglichen Austrittspfad des Radionuklidstroms aus dem Nordfeld existieren mehrere Va-rianten (mit weiteren möglichen Unterscheidungen der genauen Pfade). Die sogenannte Variante
"Direktfreisetzung im Nordfeld" (Pfad über die Steinsalzabbaue des Nordfeldes nach oben bis zu den zutrittsgefährdeten Abbauen des Nordfelds auf der 1. und 2. Sohle) deckt eine Freisetzung über den Zentralteil oder das Grubenfeld Marie konservativ ab. Eine Freisetzung über die Bohrun-gen 17YER21 RB008 oder 17YER21 RB009 zum Hauptanhydrit A3 westlich des Nordfeldes und von dort über mehrere A3-Schollen bis zum Salzspiegel kann nach den Aussagen des Szenarien-berichts der BGR [BGR 1999] ausgeschlossen werden.
22 Bei Umsetzung des gesamten Inventars an gasbildenden Stoffen