Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của điều kiện biên thủy lực đối với dòng chảy chất lỏng sâu trong mô hình 3D vùng (phần trung tâm của Upper Rhine Graben)
Tóm tắt
Kiến thức về dòng chảy nước ngầm có liên quan cao đến quản lý nước ngầm hoặc lập kế hoạch cho các sử dụng dưới bề mặt khác nhau, chẳng hạn như các cơ sở địa nhiệt sâu. Trong khi các mô hình số có thể giúp hiểu được động lực học của bể chứa mục tiêu, khả năng dự đoán của chúng bị giới hạn bởi những giả định được đưa ra trong quá trình thiết lập. Trong số đó, việc lựa chọn các điều kiện biên thủy lực thích hợp, được áp dụng để phản ánh động lực chảy từ khu vực đến địa phương trong quá trình mô phỏng, là điều cực kỳ quan trọng cho kết quả mô hình cuối cùng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi có hệ thống giải quyết vấn đề này trong khu vực phần trung tâm của Upper Rhine Graben. Chúng tôi định lượng cách thức và mức độ mà các điều kiện biên trên và chuyển động chất lỏng theo phương ngang ảnh hưởng đến điều kiện dòng chảy chất lỏng sâu được tính toán trong khu vực nghiên cứu. Các kết quả vững chắc, không nhạy cảm với sự lựa chọn điều kiện biên, bao gồm: (i) một thành phần dòng chảy nước ngầm khu vực giảm xuống từ các gờ của bể chứa để tăng lên ở trung tâm và (ii) sự hiện diện của các tiềm năng thủy lực không đồng nhất tại các gờ rạn nứt. Ngược lại, các kết quả bị ảnh hưởng bởi các điều kiện biên được chọn bao gồm: (i) tốc độ dòng chảy tính toán, (ii) vị trí tuyệt đối của trục dòng chảy lên, và (iii) động lực dòng chảy cục bộ đang phát triển. Nếu, nói chung, khu vực được nghiên cứu là một phần của hệ thống dòng chảy siêu khu vực—như phần trung tâm của Upper Rhine Graben là một phần của toàn bộ Upper Rhine Graben—thì cần phải xem xét dòng vào và dòng ra qua các biên mô hình dọc.
Từ khóa
#dòng chảy nước ngầm #điều kiện biên thủy lực #mô hình số #động lực học #chất lỏng sâuTài liệu tham khảo
Ad-hoc Arbeitsgruppe Hydrogeologie (ed) (2016) Regionale Hydrogeologie von Deutschland: Die Grundwasserleiter: Verbreitung, Gesteine, Lagerungsverhältnisse, Schutz und Bedeutung. Beer A, Fritsche J-G, Hübschmann M, Kärcher T, Nommensen B, Reutter E, Schuster H, Wagner B, Zaepke M (eds) Geologisches Jahrbuch A 163. Schweizerbart, Hannover, p 456
Agemar T, Brunken J, Jodocy M, Schellschmidt R, Schulz R, Stober I (2013) Untergrundtemperaturen in baden-württemberg. Z der Dtsch Ges Für Geowiss 164:49–62. https://doi.org/10.1127/1860-1804/2013/0010
Aquilina L, Genter A, Elsass P, Pribnow D (2000) Evolution of fluid circulation in the Rhine Graben: constraints from the chemistry of present fluids. Springer, Dordrecht, pp 177–203
Bächler D, Kohl T, Rybach L (2003) Impact of graben-parallel faults on hydrothermal convection-Rhine Graben case study. Phys Chem Earth 28:431–441. https://doi.org/10.1016/S1474-7065(03)00063-9
Baujard C, Genter A, Dalmais E, Maurer V, Hehn R, Rosillette R, Vidal J, Schmittbuhl J (2017) Hydrothermal characterization of wells grt-1 and grt-2 in rittershoffen, france: implications on the understanding of natural flow systems in the Rhine Graben. Geothermics 65:255–268. https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2016.11.001
Bureau de recherches géologiques et minières (1998) Brgm, inventaire sur les eaux minérales et thermales. http://infoterre.brgm.fr/viewer/MainTileForward.do. Accessed 10 Sep 2019
Bureau de recherches géologiques et minières (2016) Hydraulic heads median 2000-2016. In: Electronic data, BRGM. http://www.ades.eaufrance.fr/. Accessed 10 Sep 2019
Cacace M, Blöcher G (2015) Meshit: a software for three dimensional volumetric meshing of complex faulted reservoirs. Environ Earth Sci 74:5191–5209. https://doi.org/10.1007/s12665-015-4537-x
Cacace M, Jacquey A (2017) Flexible parallel implicit modelling of coupled thermal-hydraulic-mechanical processes in fractured rocks. Solid Earth 8:921–94
Clauser C, Villinger H (1990) Analysis of conductive and convective heat transfer in a sedimentary basin, demonstrated for the rheingraben. Geophys J Int 100:393–414. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.1990.tb00693.x
De Filippis G, Foglia L, Giudici M, Mehl S, Margiotta S, Negri SL (2017) Effects of different boundary conditions on the simulation of groundwater flow in a multi-layered coastal aquifer system (Taranto Gulf, southern Italy). Hydrogeol J. https://doi.org/10.1007/s10040-017-1589-x
Dèzes P, Schmid S, Ziegler P (2004) Evolution of the european cenozoic rift system: Interaction of the alpine and pyrenean orogens with their foreland lithosphere. Tectonophysics 389:1–33. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2004.06.011
Diersch HJ (2014) FEFLOW-finite element modeling of flow, mass and heat transport in porous and fractured media, 1st edn. Springer, Berlin
Ellwanger D, Lämmermann-Barthel J, Neeb I (2003) Eine landschaftsübergreifende Lockergesteinsgliederung vom Alpenrand zum Oberrhein. GeoArcheoRhein 4:81–124
Franke O, Reilly TE, Bennett GD (1987) Definition of boundary and initial conditions in the analysis of saturated groundwater flow systems: an introduction. In: U.S. Geological and Survey (ed) Techniques of water-resources Iivestigations of the United States Geological Survey, p 15
Freymark J, Sippel J, Scheck-Wenderoth M, Bär K, Stiller M, Fritsche JG, Kracht M (2017) The deep thermal field of the upper Rhine Graben. Tectonophysics 694:114–129. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2016.11.013
Freymark J, Bott J, Cacace M, Ziegler M, Scheck-Wenderoth M (2019) Influence of the main border faults on the 3d hydraulic field of the central upper Rhine Graben. Geofluids 2019:21. https://doi.org/10.1155/2019/7520714
Frick M, Scheck-Wenderoth M, Sippel J, Cacace M (2015) Sensitivity of a 3d geothermal model of Berlin with respect to upper boundary conditions. Energy Proced 76:291–300. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.07.864
Frick M, Scheck-Wenderoth M, Schneider M, Cacace M (2019) Surface to groundwater interactions beneath the city of Berlin: results from 3D models. Geofluids. https://doi.org/10.1155/2019/4129016
GeORG-Projektteam (2013a) Geopotenziale des tieferen untergrundes im oberrheingraben, fachlich-technischer abschlussbericht des interreg-projekts georg, teil 1: Ziele und ergebnisse des projekts. EU-Projekt GeORG. https://lgrbwissen.lgrb-bw.de/sites/default/files/public/lgrbwissen/dokumente/lgrbinfo28webrgbde0.pdf
GeORG-Projektteam (2013b) Geopotenziale des tieferen untergrundes im oberrheingraben, fachlich-technischer abschlussbericht des interreg-projekts georg, teil 2: Geologische ergebnisse und nutzungsmöglichkeiten. EU-Projekt GeORG. http://www.geopotenziale.eu
GeORG-Projektteam (2013c) Geopotenziale des tieferen untergrundes im oberrheingraben, fachlich-technischer abschlussbericht des interreg-projekts georg, teil 3: Daten, methodik, darstellungsweise. EU-Projekt GeORG. https://docplayer.org/15390290-Geopotenziale-des-tieferen-untergrundes-im-oberrheingraben.html
GeORG-Projektteam (2013d) Geopotenziale des tieferen untergrundes im oberrheingraben, fachlich-technischer abschlussbericht des interreg-projekts georg, teil 4: Atlas. EU-Projekt GeORG. https://lgrbwissen.lgrb-bw.de/sites/default/files/public/lgrbwissen/dokumente/atlasweb.pdf
Goderniaux P, Davy P, Bresciani E, De Dreuzy JR, Le Borgne T (2013) Partitioning a regional groundwater flow system into shallow local and deep regional flow compartments. Water Resour Res 49:2274–2286. https://doi.org/10.1002/wrcr.20186
Herrmann F (2010) Entwicklung einer methodik zur großräumigen modellierung von grundwasserdruckflächen am beispiel der grundwasserleiter des bundeslandes hessen. PhD thesis, Brandenburgische Technische Universität Cottbus, Germany
Huggenberger P, Zidane A, Zechner E, Gechter D (2015) The role of tectonic structures and density-driven groundwater flow for salt karst formation. In: Lollino G, Manconi A, Guzzetti F, Culshaw M, Bobrowsky P, Luino F (eds) Engineering geology for society and territory, vol 5. Springer International Publishing, Berlin, pp 609–612
Illies JH, Greiner G (2011) Rhinegraben and the alpine system. Geol Soc Am Bull 89:770–782. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1978)89<770:RATAS>2.0.CO;2
Koltzer N, Scheck-Wenderoth M, Cacace M, Frick M, Bott J (2019) Regional hydraulic model of the Upper Rhine Graben. Adv Geosci 49:197–206. https://doi.org/10.5194/adgeo-49-197-2019
Koltzer N, Kommana G, Cacace M, Frick M, Bott J, Scheck-Wenderoth M (2021) 3D regional models to test influences of hydraulic boundary conditions on the deep fluid flow in the central Upper Rhine Graben. GFZ Data Services. https://doi.org/10.5880/GFZ.4.5.2021.004
Kopp B, Baumeister C, Gudera T, Hergesell M, Kampf J, Morhard A, Neumann J (2018) Entwicklung von bodenwasserhaushalt und grundwasserneubildung in baden-württemberg, bayern, rheinland-pfalz und hessen von 1951 bis 2015. Hydrol Wasserbewirtsch 62:62–76. https://doi.org/10.5675/HyWa_2018,2_1
Kossmat F (1927) Gliederung des varistischen gebirgsbaues. AbhSächsisches Geol Landesamt 1:39
Kroner U, Mansy J, Mazur S, Aleksandrowski P, Hann H, Huckriede H, Lacquement F, Öamarche J, Ledru P, Pharaoh T, Zedler H, Zeh A, Zulauf G (2011) Variscan tectonics. Geol Soc 1:599–664
Lampe C, Person M (2000) Episodic hydrothermal fluid flow in the upper Rhinegraben (Germany). J Geochem Explor 69–70:37–40. https://doi.org/10.1016/S0375-6742(00)00049-2
Lampe C, Person M (2002) Advective cooling within sedimentary rift basins-application to the upper Rhinegraben (Germany). Mar Pet Geol 19:361–375. https://doi.org/10.1016/S0264-8172(02)00022-3
Länderübergreifende Organisation für Grundwasserschutz am Rhein (2006) Umweltdaten 2006, Baden-Württemberg. Tech. rep., Umweltministerium Baden-Württemberg, Postfach 10 34 39, 70029 Stuttgart, Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg, Postfach 10 01 63, 76231 Karlsruhe. https://opus.htwg-konstanz.de/frontdoor/deliver/index/docId/1074/file/umweltdaten_2006_komplett.pdf. Access 30 Nov 2021
Länderübergreifende Organisation für Grundwasserschutz am Rhein (2013) Programm interreg 4 oberrhein, logar, abschlussbericht. Région Alsace, 1 place du Wacken, BP 91006, 67070 Strasbourg Cedex, http://de.calameo.com/read/000517267f57e73245d11
Landesamt für Geologie und Bergbau Rheinland-Pfalz (2005) Karte der mineral-, heil- und thermalwässer von rheinland-pfalz, 1:3000,000. https://www.mapclient.lgb-rlp.de/?app=lgb&view_id=20. Accessed 16 Mar 2016
Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (2006) Hük350: Mineral- und thermalwässer. LGRB, Regierungspräsidium Freiburg, Baden-Württemberg, http://maps.lgrb-bw.de/?app=lgrb&lang=de
Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau (2015) LGRB-BW ISONG: Artesische Grundwasserverhältnisse. http://maps.lgrb-bw.de/?app=lgrb&lang=de. Access 10 Aug 2018
Landesanstalt für Umwelt, Baden-Württemberg (LUBW) (2016a) Hydraulic head mean 1980–2016. Electronic data. Retrieved from: http://guq.lubw.baden-wuerttemberg.de/GuQWeb.dll/p79195.html. Accessed Mar 2018
Landesanstalt für Umwelt, Baden-Württemberg (LUBW) (2016b) Hydraulic head mean 1986–2016. Electronic data. Retrieved from: http://guq.lubw.baden-wuerttemberg.de/GuQWeb.dll/p79195.html. Accessed 9 June 2016
Landesanstalt für Umwelt, Baden-Württemberg (LUBW) (2016c) Hydraulic head mean 1990–2009. Electronic data. Retrieved from: http://guq.lubw.baden-wuerttemberg.de/GuQWeb.dll/p79195.html. Accessed 16 June 2016
Loges A, Wagner T, Kirnbauer T, Göb S, Bau M, Berner Z, Markl G (2012) Source and origin of active and fossil thermal spring systems, northern upper Rhine Graben, Germany. Appl Geochem 27:1153–1169. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2012.02.024
Lopes Cardozo G, Behrmann J (2006) Kinematic analysis of the upper Rhine Graben boundary fault system. J Struct Geol 28:1028–1039. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2006.03.010
Ministerium für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten Rheinland-Pfalz (2016) Hydraulic head median 1950–2016. MUEFF. http://www.geoportal-wasser.rlp.de/servlet/is/8722/. Accessed 16 Mar 2016
Person M, Garven G (1992) Hydrologic constraints on petroleum generation within continental rift basins: theory and application to the Rhine Graben. Am Assoc Pet Geol Bull 76:468–488
Peters G, van Balen RT (2007) Tectonic geomorphology of the northern upper Rhine Graben, Germany. Glob Planet Change 58:310–334. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2006.11.041
Pflug R (1982) Bau und Entwicklung des Oberrheingrabens. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt
Reicherter K, Froitzheim N, Jarosinski M, Badura J, Franzke HJ, Hansen M, Hübscher C, Müller R, Poprawa P, Reinecker J, Stackebrandt W, Voigt T, von Eynatten H, Zuchiewicz W (2008) Alpine tectonics north of the Alps. The Geological Society, London, pp 1233–1286
Scholtz H (1930) Das variszische bewegungsbild, fortschritte der geologie und palaeontologie, berlin (bornträger). Fortschr Geol Paläont 25:235–316
Squillacote A, Ahrens J, Law C, Geveci B, Moreland K, King B (2007) The paraview guide. Kitware, Clifton Park
Stober I, Bucher K (2015) Hydraulic conductivity of fractured upper crust: insights from hydraulic tests in boreholes and fluid-rock interaction in crystalline basement rocks. Geofluids 15:161–178. https://doi.org/10.1111/gfl.12104
Thierion C, Longuevergne L, Habets F, Ledoux E, Ackerer P, Majdalani S, Leblois E, Lecluse S, Martin E, Queguiner S, Viennot P (2012) Assessing the water balance of the upper Rhine Graben hydrosystem. J Hydrol 424–425:68–83. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2011.12.028
Walter R, Dorn P (eds) (1995) Geologie von Mitteleuropa. Schweizerbart Science Publishers, Stuttgart
Zidane A, Zechner E, Huggenberger P, Younes A (2014) On the effects of subsurface parameters on evaporite dissolution (Switzerland). J Contam Hydrol 160:42–52. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2014.02.006
Zidane A, Zechner E, Huggenberger P, Younes A (2014) Simulation of rock salt dissolution and its impact on land subsidence. Hydrol Earth Syst Sci 18(6):2177–2189. https://doi.org/10.5194/hess-18-2177-2014