Analytisk flödesmodell

Flöde av grundvatten kring tunnlar och schakt kan orsaka många problem, till exempel kostsam pumpning, grundvattensänkning och transport av farliga kemikalier. För kristallint berg sker nästan all grundvattenströmning i sprickor och krosszoner. Det är därför nödvändigt att diskret modellera sprickorna för att uppnå en verklighetstrogen modell i lokal skala.

Det finns i dagsläget ett flertal olika numeriska modeller, dessa är dock begränsade i storlek och detaljeringsgrad. Dagen modeller för flöden i tredimensionella spricknätverk bygger alla på approximativa numeriska metoder. Det saknas helt modeller som bygger på analytiska lösningar. Det finns därför en lucka som behöver fyllas, där analytiska modeller kan användas för verifiering av numeriska modeller och för uppföljning av flöden och transportvägar i spricknätverk med högsta möjliga noggrannhet.

Denna studie ”En analytisk modell av tredimensionellt grundvattenflöde i diskreta spricknätverk” syftar till att utveckla en analytisk modell för modellering av grundvattenflöde i ett tredimensionellt spricknätverk som bygger på den Analytiska Elementmetoden. Studien omfattar både utvecklingen av nya analytiska modeller och implementeringen av dessa i en mjukvara som utvecklas.

Fördelen med den föreslagna modellen är att den är analytisk i sin formulering och att flödeshastigheterna är kända överallt i hela modellen. Detta möjliggör en snabb och noggrann analys av flödesvägar. De analytiska egenskaperna hos modellen betyder också att den inte har några begränsningar på antalet sprickor eller dess storlek. Det är alltså möjligt att modellera sprickor på kilometerskala samtidigt som man tittar på flödesvägar i millimeterskala.

En möjlig tillämpning som kommer utredas i projektet är att använda modellen för att beräkna den effektiva hydrauliska konduktiviteten. Detta görs genom att simulera många realisationer av stokastiska spricknätverk med flöden i olika riktningar och på så vi få fram en statistisk fördelning av den effektiva hydrauliska konduktiviteten som en funktion av sprickornas geometrier och egenskaper.

Den grundläggande teorin för modellen finns publicerad i: Strack, O. D. L., & Toller, E. A. L. (2024). An analytic element model for flow in fractured impermeable rock.Journal of Hydrology, 131983.

Deltagare

Erik Toller har en doktorsexamen i hydrologi från Uppsala universitet, där han utvecklade analytiska lösningar för grundvattenflöde och linjär elasticitet i sprickiga bergarter. Han är för närvarande engagerad i forskning om grundvattenflöde i diskreta spricknätverk med hjälp av den analytiska elementmetoden. Erik har skrivit många program och fortsätter att utveckla olika modelleringsverktyg.

Erik försvarade sin doktorsavhandling 2024.

Huvudsaklig forskargrupp i studien utgörs av Erik Toller, Liangchao Zou och Maryam Zamzami och forskningen stöds av Otto Strack, Jan-Olof Selroos, Jessica Lindmark, Tomas Bym,.Åsa Fransson, Robert Earon, Björn Stille, Martin Stigsson och Patrik Vidstrand.