Under bygg- och driftskedet kommer det att råda atmosfärstryck i tunnlarna. Inflödet av vatten till det öppna förvaret kommer att bero av de hydrauliska egenskaperna hos de skärande vatten-förande sprickorna. Inflödet kan leda till en omdirigering av flödet och ändringar i grundvattnets flödesmönster, vilket eventuellt leder till en sänkning av grundvattennivån, infiltration av ytnära vatten till de djupare delarna av berggrunden och uppträngning av djupare liggande salt vatten. Den faktiska inverkan beror huvudsakligen på permeabilitetsfördelningen i berget, förvarslayouten och på bergrummens täthet. Den sistnämnda beror i sin tur av hur effektiv injekteringen är. För att fastställa omfattningen av dessa effekter har simuleringar av grundvattenflödet utförts. Simuleringarna har baserats på de hydrogeologiska modeller som utvecklats som en del av Platsbeskrivning Forsmark.
Det övergripande syftet har varit att fastställa effekterna av ett öppet förvar på platsens hydro-geologiska och hydrogeokemiska förhållanden, dvs säkerhetsfunktionerna R1 och R2 i figur 10-2.
De förväntade effekterna av driftskedet med betydelse för den långsiktiga säkerheten är kopplade till förändringar i grundvattnets flöde och kemi. Inflödet i tunnlar och deponeringshål under driftskedet är relevant både för projekteringsfrågor och för den långsiktiga säkerheten. Eventuella ytnära effekter som avsänkning av grundvattenytan är av primärt intresse för Miljökonsekvensbeskrivningen.
Metodik
Modelleringen av grundvattenflödet under bygg- och driftskedet som utförts av / Svensson och Follin 2010/ med hjälp av modelleringsverktyget DarcyTool har följande centrala komponenter:
• Ett ostrukturerat beräkningsnät som tillåter att nätets upplösning varierar i rummet. För SR-Site används en hög upplösning i närheten av förvaret.
• En algoritm som tillåter detaljerade inflödessimuleringar till förvaret och dess deponeringshål, inklusive analyser av injekteringseffektivitet
• En algoritm som tillåter simuleringar av variationer i grundvattenytans nivå. För SR-Site analyse-ras störningen av grundvattenytan (avsänkningen) som en funktion av injekteringseffektiviteten.
• Flöde där vattnets densitet beror av salthalten. För SR-Site analyseras potentialen för uppträng-ning av saltare vatten som finns på djupet.
• En algoritm för att simulera vattenmättnaden hos återfyllnadsmaterialet i återfyllda tunnlar. För SR-Site analyseras vattenmättnadsprocessen för det initialt omättade återfyllningsmaterialet på ett flertal sätt. De resultat som rapporteras av / Svensson och Follin 2010/ presenteras i avsnitt 10.3.6.
• Rumsligt varierande egenskaper för ett ekvivalent kontinuerligt poröst medium (ECPM).
I SR-Site härleds ECPM-egenskaperna genom att skala upp realiseringar av deformationszoner och diskreta spricknätverk (DFN) som togs fram i modelleringen av grundvattenflödet under tempererade klimatförhållanden med hjälp av modelleringsverktyget ConnectFlow / Joyce et al.
2010/, se avsnitt 10.3.6.
Vid ECPM-modellering tilldelas den hydrauliska konduktiviteten ett lågt värde för alla de delar av beräkningsnätet som inte innehåller sprickor. Förutom resultat baserat på ECPM-modellering tillhandahåller / Svensson och Follin 2010/ också resultat för ett alternativt angreppssätt där de delar av beräkningsnätet som inte innehåller sprickor tas bort, dvs ett ekvivalent diskontinuerligt poröst medium (EDPM) skapas. / Selroos och Follin 2010/ drar slutsatsen att EDPM-modellering är av särskilt intresse vid beräkning av vilka deponeringshål som utesluts på grund av för höga inflöden, se nedan för närmare detaljer.
Utförda analyser och användning inom SR-Site
De olika beräkningsfall som / Svensson och Follin 2010/ utfört med relevans för bygg- och drift-skedet listas nedan. Det anges även var de resultat som producerats för varje fall används inom de efterföljande analyserna i SR-Site.
• Avsänkning av grundvattenytan, infiltration av ytvatten och ytnära grundvatten, samt upp-trängning av djupt liggande salt grundvatten. Under förvarets driftskede råder atmosfärstryck i tunnlarna, dvs omgivande vatten flödar in i tunnlarna. Detta kan innebära en avsänkning av grundvattenytan och en förändring av vattensammansättningen på förvarsdjup. Uppträngning av djupt liggande salt grundvatten kan också komma att ändra vattensammansättningen på förvars-djup. Beräknade förändringar i grundvattenytans nivå används som indata i ekologiska och andra typer av miljöanalyser under bygg- och driftskedet, se avsnitt 10.1.3. Beräknade förändringar i vattnets salthalt används som indata i SR-Site för analyser av grundvattenkemin på förvarsdjup under bygg- och driftskedet.
• Inflödesberäkningar. Eftersom atmosfärstryck råder i tunnlarna under driftskedet påverkas de omgivande, naturliga hydrauliska gradienterna och strömning kommer att ske i riktning mot tunnlarna. Beroende på vilka tunnlar som är öppna (aktiva) och vilka som är stängda (återfyllda) samt graden av injekteringseffektivitet kommer inflödets fördelning och omfattning att variera i rum och tid. Resultaten från dessa beräkningar används i första hand vid projektering / SKB 2009b/ men också i analysen av mekanisk erosion när deponeringshål och tunnlar återfylls, se avsnitt 10.2.4.
• Inflödeskriterier för deponeringshål. De deponeringspositioner som förknippas med de högsta specifika grundvattenflödena (Darcyflöden) under mättade förhållanden ger de svåraste konse-kvenserna i form av bufferterosion och kopparkorrosion, se avsnitten 10.3.11, 10.3.13, 10.4.8 och 10.4.9. Eftersom det finns en viss korrelation i flödeskarakteristiken mellan öppna och mättade förhållanden, samt att det är önskvärt att undvika deponeringspositioner med höga Darcyflöden under mättade förhållanden, utfördes en analys beträffande värdet av att tillämpa sovringskriterier för deponeringshål på grund av för höga inflöden under bygg- och driftskedet, se / Selroos och Follin 2010/ för detaljer. De potentiella fördelarna med att ett sovringskriterium för deponerings-hål som är baserat på inflöde under öppna fördeponerings-hållanden diskuteras vidare i avsnitt 14.3.
Avsänkning av grundvattenytan, infiltration av ytvatten och ytnära grundvatten, samt uppträngning av djupt liggande salt grundvatten
Tre olika driftssteg, A–C, beaktas i modelleringen, se figur 10-7. Modelleringen sker i sekvens, där det första steget, steg A, varar i 15 år, steg B varar i 15 år och steg C varar i 20 år. Med andra ord är den totala drifttiden 50 år. Den sekventiella modelleringen innebär att vissa delar av förvaret hålls öppna, medan andra delar är stängda beroende på att de inte byggts ut än eller på att de redan har återfyllts. För varje steg utvärderas tre olika nivåer av injekteringseffektivitet. Dessa är:
• Nivå I: Den hydrauliska konduktiviteten för alla delar av beräkningsnätet som står i kontakt med förvaret har ett maximivärde på 10–7 m/s.
• Nivå II: Den hydrauliska konduktiviteten för alla delar av beräkningsnätet som står i kontakt med förvaret har ett maximivärde på 10–8 m/s.
• Nivå III: Den hydrauliska konduktiviteten för alla delar av beräkningsnätet som är i kontakt med förvaret har ett maximivärde på 10–9 m/s utom när den modellerade, ej injekterade hydrauliska konduktiviteten är 10–6 m/s eller större. I dessa positioner har den hydrauliska konduktiviteten ett maximivärde på 10–8 m/s.
Resultat har tagits fram för samtliga kombinationer enligt ovan. Här presenteras emellertid bara en uppsättning beräkningsresultat. Den valda kombinationen representerar driftssteg C och injekterings-nivå II.
Driftssteg C innebär de största inflödena och därmed den kraftigaste störningen av det initiala salthaltsfältet. Eftersom driftssteg C är det sista steget har de kemiska förhållandena redan i viss utsträckning störts under de föregående driftsstegen. Den beräknade avsänkningen är relativt liten med maximivärden på omkring en meter utom i förvarets centralområde (CA), där en avsänkning på ungefär 10 m uppskattas / Svensson och Follin 2010/.
Vid en jämförelse av salthalten under driftssteg C med salthalten före byggandet av förvaret är det värt att notera att en utspädning äger rum omkring de flesta av förvarets delar. Utspädningen beror på att sött ytvatten och sött ytligt grundvatten dras ner mot förvarsdjup. Det noteras även att ytvatten med högre saltinnehåll kan komma att infiltrera ner i berget i de delar som ligger under Östersjön.
En uppträngning av djupt vatten med högre salthalt återfinns bara kring centralområdet med ramp och schakt.
Inströmningsområdet för vatten som kommer in i förvaret beräknas genom så kal lad reverserad partikelspårning. Resultaten i / Svensson och Follin 2010/ indikerar att större delen av inströmningen till förvaret är lokaliserad rakt ovanför anläggningen, dvs som väntat inom en liten påverkansradie.
Slutförvaret för använt kärnbränsle och SFR-anläggningen16 kommer sannolikt att vara i drift sam-tidigt. / Svensson och Follin 2010/ simulerar flera olika driftfall för de två förvaren som ett sätt att klargöra deras eventuella hydrauliska interferens. Sammanfattningsvis konstateras att slutförvarets inströmningsområde inte inkluderar SFR-anläggningen under den period då båda förvaren är i drift.
Detta har flera orsaker, exempelvis att SFR-anläggningen är belägen under havsytan, närvaron av den regionala och mäktiga, branta Singözonen som skär i rät vinkel genom tvärsnittet mellan de två förvaren, samt det faktum att det uppstår en vattendelare till följd av pumpningen som behövs för att hålla de båda förvaren öppna.
16 SFR-anläggningen för lågt och medelaktivt avfall är belägen utanför det avsedda förvarsområdet ungefär en kilometer norr om slutförvaret på ett djup motsvarande 50–100 m under Östersjön.
Inflödesberäkningar
Det beräknade inflödet under de olika driftsstegen och injekteringsnivåerna baserat på ECPM-modellnätet presenteras i tabell 10-1. De totala inflödena varierar mellan 8 och 51 l/s beroende på driftssteg (A–C) och injekteringseffektivitetens nivå (I–III). För det fall som diskuteras ovan, dvs driftssteg C och injekteringsnivå II, uppgår inflödet till 28 l/s. Inflödena inträffar vanligen i förvarets gränsområden. Detta beror på det faktum att de största gradienterna återfinns i gränsområdena mellan förvaret och de omgivande bergvolymerna. Av ytterligare intresse att notera är att för injekte-ringsnivå I, dvs den lägsta injekteringseffektiviteten, äger huvudinflödena rum i rampen. Rampen går igenom de transmissiva bankningsplan som finns på grunda djup i Forsmark / Follin 2008/. Därmed förekommer stora inflöden i fallet med låg injekteringseffektivitet.
Känsligheten i inflöden testas genom att en andra realisering av det underliggande spricknätverket används i kombination med heterogena deformationszoner, se / Svensson och Follin 2010/ för fler detaljer och / Selroos och Follin 2010/ för en mer ingående diskussion. Vid den jämförelsen används injekteringsnivå II i kombination med att hela förvaret hålls öppet. Det är värt att notera att i realise-ringen av basfallet har varje deformationszon ett unikt men homogent värde för den hydrauliska kon-duktiviteten, inklusive en konstant trend med djupet. Därmed är de resulterande värdena baserade på en andra realisering inte direkt jämförbara med värdena i tabell 10-1. Realiseringen av basfallet ger ett totalt inflöde på 31,2 l/s, medan den andra realiseringen ger ett totalt inflöde på 33,4 l/s. Storleken på de totala inflödena såväl som variabiliteten i inflöde mellan de två realiseringarna kan betraktas som liten.
Inflödeskriterier för deponeringshål
I enlighet med konstruktionsförutsättningarna / SKB 2009a/ gäller att ”den totala vattenvolym som strömmar in i ett deponeringshål, för tiden från det att bufferten exponeras för inströmmande vatten till mättnad, ska begränsas för att säkerställa att högst 100 kg av det initialt deponerade buffert-materialet går förlorat på grund av kanalbildning och erosion.” Detta betyder, enligt nuvarande kunskap, att den totala volymen av vatten som strömmar in i ett godkänt deponeringshål måste vara mindre än 150 m3.
Figur 10-7. Definition av olika delar av den studerade förvarslayouten. Modelleringen avser tre driftsteg (A–C) och tre möjliga injekteringsnivåer för varje steg. De tre stegen betecknas av gröna, turkosa och rosa färger.
DA = deponeringsområde, MT = transport- och stamtunnel, VS = ventilationsschakt, CA = centralområde.
I referensutformningen, se avsnitt 5.2.3, bedöms det som att denna konstruktionsförutsättning uppfylls ifall:
• Potentiella deponeringshål med inflöden större än 0,1 l/min undviks (inflödeskriterium nr 1 i / Svensson och Follin 2010/).
Som förklaras ovan är det också av intresse att utvärdera i vilken grad deponeringshål med för höga inflöden under driftfasen är korrelerade med deponeringshål med höga Darcyflöden under mättade förhållanden. Om så är fallet skulle det vara fördelaktigt för den långsiktiga säkerheten att undvika hål med för höga inflöden. För att undersöka detta används EDPM-metoden från / Svensson och Follin 2010/. Sovringskriterierna på grund av inflöden tillämpas på inflödesberäkningarna för driftskedet beskrivet ovan. Därefter registreras påverkan på fördelningen av ekvivalenta flöden och flödesrelaterat transportmotstånd för de återstående deponeringshålen. Utfallet av denna analys utvärderas ytterligare i avsnitt 14.3.
Figur 10-8 visar vilka deponeringspositioner som inte klarar inflödeskriterium nr 1 vid användning av basfallsrealiseringen och EDPM-modellnätet. Antalet uteslutna deponeringspositioner är 88 av totalt 6 916.
I / Selroos och Follin 2010/ utförs en analys för att utröna om sovringskriterierna vid för höga inflöden klarar att identifiera deponeringspositioner med egenskaper som är ogynnsamma för säkerheten på lång sikt, dvs deponeringshål med ett högt Darcyflöde under mättade förhållanden. Baserat på den korrelation som man funnit mellan inflödena till deponeringshålen under öppna förvarsförhållanden och Darcyflödet vid deponeringspositioner under mättade förhållanden dras slutsatsen att sovrings-kriterier vid för höga inflöden borde kunna identifiera deponeringshål med ogynnsamma egenskaper för den långsiktiga säkerheten. Dessutom förefaller sovringskriterierna vid för höga inflöden vara ett gott komplement till EFPC när det gäller att identifiera hydrauliskt ofördelaktiga deponeringspositio-ner. Resultatet av denna analys utvärderas ytterligare i avsnitt 14.3.
Identifierade osäkerheter och deras hantering i SR-Site
Allmän osäkerhet relaterad till den hydrogeologiska modelleringen, speciellt användningen av modellering med diskreta spricknätverk (DFN), diskuteras mer i detalj i avsnitt 6.6 i Datarapporten och i / Selroos och Follin 2010/. I avsnittet nedan dras en rad slutsatser som gäller osäkerheter i den hydrauliska utvecklingen under bygg- och driftskedet och deras efterföljande hantering vid analyserna i SR-Site, baserat på diskussionen i avsnitten ovan.
Tabell 10-1. Beräknade inflöden (l/s) till olika delar av förvaret för tre nivåer av injekterings-effektivitet (I–III) och tre driftssteg (A–C). CA = centralområde, DA = deponeringsområde, MT = transport- och stamtunnlar, VS = ventilationsschakt.
Del av förvaret Injekteringsnivå i Injekteringsnivå II Injekteringsnivå III
Driftssteg Driftssteg Driftssteg
Avsänkning av grundvattenytan, infiltration av ytvatten och ytnära grundvatten samt uppträngning av djupt liggande salt grundvatten
Resultaten av analysen av avsänkning av grundvattenytan, infiltration av ytvatten och ytnära grund-vatten, samt uppträngning av djupt liggande salt vatten används för att förstå den kemiska utvecklingen i och omkring förvaret under dess driftskede, se avsnitt 10.2.5. Resultaten utgör också en utgångspunkt för att bedöma grundvattenflödet under återmättnad, se avsnitt 10.3.6.
Detaljerade beräkningar av effekterna nära ytan av ett öppet förvar genomförs med MIKE SHE / Mårtensson och Gustafsson 2010/ som en del av analyserna av ekologiska och andra typer av konse-kvenser under de nämnda faserna och används som grund för Miljökonsekvensbeskrivningen (MKB) / SKB 2010e, Werner et al. 2010/, se avsnitt 10.1.3. Baserat på denna jämförelse är det värt att notera att effekterna nära ytan, inklusive de förändringar i advektiv salthalt (vatten i sprickorna) kring för-varet som / Svensson och Follin 2010/ rapporterat, kan vara för stora. Följaktligen behövs inte någon ytterligare åtgärd för att hantera dessa osäkerheter i de efterföljande analyserna i SR-Site, eftersom den beräknade störningen av vattenkemin överdriver den troliga effekten av salthaltsminskningen.
Inflöde till förvaret
Det beräknade inflödet till förvaret används som indata för att bedöma utvecklingen av framför allt kanalbildning och erosion av buffert och återfyllning i de redan tillslutna deponeringstunnlarna under driftskedet, se avsnitt 10.2.4. Inflödena används också som indata för att utvärdera mättnaden av buffert och återfyllning, se avsnitt 10.3.8.
Algoritmen för beräkning av inflöden till tunnlar, som utgör en del av DarcyTools modellerings-verktyg, har verifierats mot en analytisk lösning och visat sig vara korrekt inom 10 procent / Svensson och Follin 2010/. ECPM-metoden kan emellertid innebära en överskattning av bergets vattengenomsläpplighet i jämförelse med en diskret modellering av spricksystemet. DarcyTools och modelleringsverktyget MIKE SHE har också jämförts för fallet med en tunnel omgärdat av ett Figur 10-8. Illustration av de 88 deponeringspositioner, av totalt 6 916 positioner, som inte uppfyller inflödeskriterium nr 1 i / Svensson och Follin 2010/ vid användning av metoden med ett ekvivalent diskontinuerligt poröst medium (EDPM) och basfallsrealiseringen.
poröst medium. Skillnaden i totalt inflöde till det öppna förvaret ligger också här inom 10 procent / Mårtensson och Gustafsson 2010/. I den efterföljande SR-Site-analysen krävs ingen ytterligare åtgärd, eftersom det beräknade vatteninflödet sannolikt utgör en överskattning av det sanna inflödet.
Inflödeskriterier för deponeringshål
/Selroos och Follin 2010/ drar slutsatsen att EDPM-metoden, som den beskrivs i / Svensson och Follin 2010/, borde tillämpas på efterföljande analyser när sovringskriterier för deponeringshål med för höga inflöden utvärderas.
De potentiella fördelarna med att tillämpa hydrauliskt grundade kriterier för att utesluta deponerings-hål diskuteras i avsnitt 14.3. De rön som görs där används i sin tur som underlag till en diskussion om behovet av att revidera konstruktionsförutsättningarna i avsnitt 15.5.