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Rapport Technique NTB 87-10
Influence des conditions techniques et hydrogéologiques sur les périodes d'échantillonnage des eaux souterraines: Forages de Böttstein, Weiach, Riniken, Schafisheim, Kaisten, Leuggern (Nord de la Suisse)
Das hydrogeologische Untersuchungsprogramm der Nationalen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle (Nagra) umfasste mehr als 60 Probenahmen aus Tiefengrundwässern in sechs Tiefbohrungen (Tiefe 1,3 bis 2,5 km) in der Nordschweiz.
Diese Wasserproben wurden gewonnen, nachdem genau definierte Bohrlochabschnitte in der Sedimentdecke und im kristallinen Sockelgestein mittels Packern abgedichtet wurden. Letztere waren durch Rohrleitungen mit der Oberfläche verbunden.
Um die Verunreinigung der Grundwässer durch die Spülflüssigkeiten zu bestimmen, wurde diesen zwei künstliche Tracer (Uranin und mTFMBA) in bekannten Konzentrationen beigemischt. Die Spülflüssigkeit war in den meisten Fällen deionisiertes Wasser. Die Konzentration dieser beiden Tracer wurde während der Reinigungsphase, die der eigentlichen Probenahme vorangeht, kontinuierlich bestimmt.
Dieser Bericht behandelt die Parameter (Dauer und Volumen der Spülflüssigkeitsverluste, Dauer und Volumen der artesischen Zuflüsse vor den Untersuchungen, gepumpte Volumen und Referenzkonzentrationen der Tracer in der Spülflüssigkeit), welche anlässlich der Probenahmen als einflussnehmend erkannt wurden und zudem die Rückgewinnung der Tracer beeinflussen. Um zu einer quantitativen Analyse dieser Beziehungen zu gelangen, wurden die Dauer und die Volumen der Spülflüssigkeitsverluste und die artesischen Zuflüsse für jedes Intervall bestimmt. Die an der Erdoberfläche gemessenen gepumpten Volumina wurden korrigiert, um die effektiven dem Gestein entnommenen Volumina zu bestimmen. Die relativen Konzentrationen der Tracer wurden aufgrund der Kenntnisse bezüglich der Referenzkonzentrationen in den Spülflüssigkeiten und der Geschichte der einzelnen Intervalle vor den Untersuchungen berechnet.
Unglücklicherweise lassen die gesammelten Daten keine Rückschlüsse auf die Auswirkungen der mit der Bohraktivität verknüpften Parameter und auf die Abwicklung der Probenahme zu. Dies hängt mit den Ungenauigkeiten der Feldaufnahme und der Variabilität der Bohrbedingungen zusammen.
Da Bear (1979) ein analytisches Näherungsverfahren, basierend auf der Tracer-Rückgewinnungskurve als Funktion des aus dem Gestein extrahierten Wasservolumens, für die Interpretation von Injektions- und Pumpversuchen in einem einzelnen Bohrloch vorgeschlagen hat, wurden die gesammelten Daten dazu verwendet, hydrodynamische Dispersionswerte zu bestimmen. Da diese Berechnungen sich auf das in das Gestein verpresste Flüssigkeitsvolumen abstützt und die Felddaten unzureichend sind, wurden die Kurven der Tracer-Rückgewinnung integriert, um zu genauen Angaben bezüglich den verpressten Volumina zu gelangen.
Neun Untersuchungen, ausgewählt aufgrund geeigneter und ausreichend gut dokumentierter Ausgangsbedingungen, wurden in Betracht gezogen. Die Werte der longitudinalen Dispersivität, welche für die fünf nicht durch Bohraktivitäten gestörten Untersuchungen erhalten wurden, variieren zwischen 0,10 und 0,27 m in den zerklüfteten und verformten kristallinen Gesteinen (eine kinematische Porosität von 3,3 % zulassend) und zwischen 0,04 und 0,10 m in den Sedimentgesteinen (kinematische Porosität 5 bis 10 %).
Obwohl diese Interpretationsmethode auf der Hypothese eines porösen Milieus mit ebener, radialen Fliesswegen ohne molekulare Diffusion beruht, und obwohl die Mehrzahl der Untersuchungen in zerklüftetem Gestein stattfanden, sind die erhaltenen Resultate vergleichbar mit Literaturangaben.
Eine vereinfachte Berechnung der Fliessdistanzen der Tracer weist für die Sedimentgesteine Werte im Bereich von 1 bis 2 m aus, in den zerklüfteten Gesteinen bewegen sich diese Distanzen hingegen im Bereich von 3 bis 50 m. Diese Resultate zeigen, dass die ausgeführten Berechnungen der longitudinalen Dispersivität eine Gelegenheit geben, die mit der Interpretation solcher Untersuchungen verknüpften Probleme klar herauszustellen. Die Resultate können hingegen lediglich Hinweise geben, aber sollten nicht für zukünftige Berechnungen verwendet werden.