Lehrstuhl für Hydromechanik und Hydrosystemmodellierung

DFG-Projekt: Ermittlung des vollständigen Durchlässigkeitstensors von Bohrkernen und Gesteinsproben

Finanziert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft vom 01.11.2001 bis zum 31.10.2003

Projektbeschreibung

Die hydraulische Leitfähigkeit von Böden und Grundwasserleitern ist eine tensorielle Größe. Die gebräuchlichen Permeameteruntersuchungen zur Bestimmung der Durchlässigkeit sind jedoch nur für isotrope Proben geeignet. Im Forschungsvorhaben sollen deshalb Methoden zur Bestimmung und Abschätzung des vollständigen Durchlässigkeitstensors von Bohrkernen und Festgesteinsproben entwickelt werden. Hierzu werden neuartige, praxistaugliche Apparaturen, mit Hilfe derer hydraulische Versuche an ungestörten Locker- und Festgesteinsproben durchgeführt werden können, entworfen und ausgetestet. Zur Auswertung der Experimente wird ein Computerprogramm entwickelt, das die Strömung in den Apparaturen simuliert und die Koeffizienten des Durchlässigkeitstensors mit einem Optimierungsverfahren ermittelt.

Der Einfluss kleinräumiger Heterogenitäten der Gesteinsprobe auf die ermittelten Koeffizienten wird rechnerisch untersucht und mit effektiven Parametern aus dem Upscaling periodischer Medien verglichen.

Die hydraulische Bestimmung des vollständigen Durchlässigkeitstensors wird mit nicht-hydraulischen Abschätzungsverfahren verglichen. Hierzu wird die Anisotropie des Porenraums, nach Verfüllung mit einem Ferrofluid, durch die Messung des magnetischen Suszeptibilitätstensors erfasst. Desweiteren wird die Porenraumgeometrie direkt durch optische Auswertung von Anschliffen gemessen und geostatistisch charakterisiert.

Die Untersuchungen im beantragten Forschungsvorhaben leisten einen Beitrag zum verbesserten Verständnis der hydraulischen Anisotropie im Maßstab des repräsentativen Elementarvolumens. Die im Vorhaben zu entwickelnden Apparaturen erweitern das Spektrum der hydraulischen Untersuchungen von Gesteinsproben und können in der Praxis eingesetzt werden.


Abb. 1 Isopotentialflächen in der Versuchsapparatur

Leiter

Cirpka, Olaf Arie

Bearbeiterin

Kull, Waltraud

Abteilung

LH2

Zeitraum

11/2001 - 10/2003

Finanzierung

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Partner

Prof. E. Appel, Institut für Geologie und Paläontologie der Universität Tübingen, Fachbereich Geophysik

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