Modelling of coupled groundwater flow and radionuclide transport in crystalline basement using FEFLOW 5.0

Abstract

The strategy of radioactive waste management of Lithuania provides for evaluating the possibilities of disposal of spent nuclear fuel and long‐lived radioactive waste originated from Ignalina NPP in deep geological formations. The initial studies performed in Lithuania during 2001–2004 focused on screening of all potentially prospective geological formations as host formations. Since most information is available on crystalline basement, this formation was selected for the model case studies. Taking into account the assumptions (canister defect scenario proposed by Swedish experts and evaluated by LEI experts), groundwater flow and radionuclide (iodine‐129 as mobile and long‐lived one) transport modelling using computer code FEFLOW was performed according to geosphere conditions and parameters characteristic of the southern part of Lithuania (0,8×0,6×0,52 km far‐field block). The upward groundwater flow through defected canister located in tectonically damaged zone was simulated. The main results of calculations are the following: in the case of upward groundwater flow, the maximum I‐129 volumetric activity in single tectonic fracture above defected canister will not exceed 1 Bq/1, and in the active water exchange zone, it is close to 10⁻² Bq/l. These figures show that doses obtained by human recipient via aquatic pathway should be below the dose constraint (0,2 mSv/y). More complicated scenarios and assumptions should be investigated in future studies.

Požeminio vandens tėkmių ir radionuklidų pernašos kristaliniame pamate modeliavimas FEFLOW kodu

Santrauka. Pagal radioaktyviųjų atliekų tvarkymo strategiją Lietuvoje yra numatoma galimybė panaudotą branduolinį kurą ir ilgaamžes radioaktyviąsias atliekas, susidarančias Ignalinos AE, laidoti giliose geologinėse formacijose. Pradiniai tyrimai 2001−2004 metais buvo skirti atrinkti šiam tikslui tinkamiausias geologines formacijas. Modeliui sudaryti pasirinktas labiausiai ištirtas kristalinis pamatas. Požeminio vandens srauto ir radionuklido (itin mobilaus ir ilgaamžio jodo-129) pernašos modelis buvo sudarytas kompiuterine programa FEFLOW, laikantis esminės prielaidos (Švedijos ekspertų pasiūlytas bei Lietuvos energetikos instituto specialistų apskaičiuotas konteinerio defekto scenarijus) bei pagal Pietų Lietuvai būdingas geologines sąlygas ir vyraujančius parametrus (0,8×0,6×0,52 km tolimojo lauko blokas). Darbo metu buvo modeliuotas požeminio vandens srautas, kylantis per tektoniškai suardytą zoną, kurioje yra patalpintas pažeistas konteineris. Pagrindiniai skaičiavimų rezultatai: didžiausias ¹²⁹I tūrinis aktyvumas, kai požeminio vandens srautas, kylantis tektoniškai suardytoje zonoje šalia konteinerio, nesieks 1 Bq/l, aktyvioje vandens apytakos zonoje − iki 10⁻² Bq/l. Rezultatai rodo, kad žmogaus gaunama dozė, jei jis gertų požeminį vandenį, neturėtų siekti ribinės dozės (0,2 mSv/m). Modeliavimo darbai, remiantis sudėtingesnėmis prielaidomis bei geologinėmis sąlygomis, bus atliekami ateityje.

Reikšminiai žodžiai: panaudotas branduolinis kuras, geologinė saugykla, kristalinis pamatas, požeminis vanduo, skaitmeninis modeliavimas, baigtiniai elementai.

Моделирование потоков подземных вод и переноса радионуклидов в кристаллическом фундаменте компьютерным кодом FEFLOW

Резюме. Стратегия обращения с радиоактивными отходами Литвы в качестве одной из альтернатив предусматривает оценку возможностей захоронения отработанного ядерного топлива и долгоживущих радиоактивных отходов в глубоких геологических формациях. Начальная оценка пригодности всех потенциальных геологических формаций для захоронения отработанного ядерного топлива произведена в Литве в течение 2001–2004 гг. Из-за большого объема существующей разносторонней информации кристаллический фундамент был отобран в первую очередь для моделирования потоков подземных вод и переноса радионуклидов. Принимая во внимание главные предпосылки нормального развития (предложенный шведскими экспертами и оцененный экспертами LEI сценарий дефектного канистра с отработанным ядерным топливом) и подобранные параметры, характерные для кристаллического фундамента и вышележащей толщи осадочных пород Южной части Литвы (0,8×0,6×0,52-километровый блок дальнего поля), моделировался перенос радионуклидов (йода-129 как мобильного и долгоживущего радионуклида) с потоком подземных вод, используя компьютерный код FEFLOW. Через дефектный канистр, гипотетически расположенный в тектонически нарушенной зоне, средствами моделирования был воссоздан восходящий поток подземных вод. Главные результаты численного моделирования для очень консервативного случая таковы: при восходящем потоке подземных вод максимум активности I-129 в воде тектонически нарушенной зоны рядом с дефектным канистром не будет превышать 1 Бк/л, а в зоне активного водообмена он близок к 10⁻² Бк/л. Результаты показывают, что получаемые человеком через питьевую воду дозы должны быть меньше ограниченной дозы (0,2 м^З /год).

Ключевые слова: отработанное ядерное топливо, геологическое хранилище, кристаллический фундамент, подземные воды, численное моделирование, конечные элементы.

Firstd Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : spent nuclear fuel, geological repository, crystalline basement, groundwater, numerical modelling, finite elements