Aufbauend auf früheren Projektphasen, in denen statische Rissnetzwerke statistisch analysiert und unregelmäßige Rissgeometrien untersucht wurden, zielt die aktuelle Projektphase darauf ab, die kombinierten Effekte von Heterogenität, Netzwerktopologie und geometrischer Unregelmäßigkeit auf unterirdische Strömungs- und Transportprozesse zu untersuchen. Im Mittelpunkt stehen dabei die Druckdiffusion, der zur Beschreibung des effektiven Systemverhaltens erforderliche Modellierungsaufwand sowie der Stofftransport in rissdurchsetzten porösen Medien. Das übergeordnete Ziel ist ein verbessertes Prozessverständnis für Anwendungen wie die Erkundung, Charakterisierung und den Betrieb geothermischer Reservoirs in rissdominierten Formationen.
Die Druckstimulation in zufällig rissdurchsetzten und hydromechanisch heterogenen Medien wird mithilfe gekoppelter hydro-mechanischer Modelle und Monte-Carlo-Simulationen untersucht. Diese ermöglichen die Identifikation charakteristischer Phänomene wie das Auftreten mehrerer Diffusionszeitskalen, die Ausbildung bevorzugter Druckausbreitungspfade sowie konkurrierender Wechselwirkungen zwischen einzelnen Rissen. Die resultierende effektive makroskopische Druckantwort wird ensembleweise ausgewertet und mittels globaler Sensitivitätsanalysen mit den maßgeblichen Parametern verknüpft, die die Heterogenität des Matrixmaterials, die Geometrie einzelner Risse und die Struktur des Rissnetzwerks beschreiben.
Auf Grundlage dieser Ergebnisse werden vereinfachte Proxy-Modelle entwickelt, die das effektive Druckverhalten reproduzieren, ohne die vollständige stochastische und geometrische Komplexität explizit aufzulösen. Diese reduzierten Modelle sind als niedrigdimensionale Druckdiffusionsprobleme formuliert und verwenden physikalisch konsistente, flexible Parametrisierungen, die die dominanten Effekte aus den detaillierten Simulationen zusammenfassen. Durch eine systematische Variation sowohl der funktionalen Form dieser Parametrisierungen als auch der geometrischen Komplexität der Proxy-Modelle werden minimal komplexe, zugleich aber aussagekräftige Beschreibungen des effektiven Systemverhaltens identifiziert.
Abschließend werden die Konsequenzen unregelmäßiger Rissgeometrien und zufälliger Netzwerke für den advektiv-diffusiven Stofftransport untersucht. Hierzu werden Dispersionsmodelle für einzelne Risse hergeleitet und mithilfe stochastischer Beschreibungen der Ankunftszeiten auf Rissnetzwerke übertragen. Dieser Ansatz ermöglicht eine effiziente Vorhersage der Statistik von Durchbruchskurven und liefert Einsichten in Mischungsprozesse, nicht-Fick’sches Transportverhalten sowie asymptotische Dispersionsregime in komplexen rissdominierten Systemen.
