Coupled Geosphere Processes for Sustainable Infrastructure
- Reference number
- APR20-0021
- Project leader
- Selroos, Jan-Olof
- Start and end dates
- 210701-270630
- Amount granted
- 883 923 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Other
Summary
The use of underground space is expected to increase greatly in the future in order to support a sustainable infrastructure development. It is instrumental that such development is based on a well-informed and quantitative decision strategy. An increased understanding of coupled geosphere processes is key in this effort. General objectives of the planned research are thus to increase understanding and quantification of coupled geosphere processes, and to develop prediction tools and methodologies for use in risk assessment of fractured rock infrastructure projects. The work plan is to obtain an increased understanding of specifically flow and transport processes in single fractures and fracture networks through process-based modelling using laboratory and field data, and to develop groundwater flow models including reactive transport for use in various infrastructure applications in fractured rock. Also, validation frameworks under conditions of data scarcity are to be developed and integrated into the proposed methodologies. Expected results include an increased understanding of coupled processes in single fractures and fracture networks, and new and efficient numerical tools for modelling of groundwater flow and reactive chemistry in fractured rocks. Such numerical models may be specifically tailored for use in various mining, tunnelling and energy applications for assessment of e.g. contaminant transport, grouting needs, and groundwater drawdown.
Popular science description
Användningen av underjordiska utrymmen förväntas öka kraftigt i framtiden både i urbana områden samt i landsbyggsmiljöer som en del av en hållbar infrastrukturutveckling. I stadsområden drivs detta av behov av effektivt markutnyttjande samt behov för energiproduktion och -lagring, medan det på landsbygden kan vara mer kopplat till allmänt resursutnyttjande. Exempel på sådana underjordsanläggningar är gruvor, förvarsanläggningar för farligt avfall såsom kärnavfall och metalliska avfall, vägtunnlar respektive vatten- och avloppstunnlar, samt anläggningar för geotermisk energi. Ett framtida hållbart utnyttjande av dessa bergvolymer kräver en bättre förståelse av de kopplade processer som styr flödet av energi, vatten och lösta ämnen i bergformationer. Specifikt är en ökad förståelse av de komplexa interaktionerna mellan flödes- och transportprocesser viktiga i detta sammanhang. Med denna ökade kunskap kan välgrundade beslutsstrategier tas fram som stöder en hållbar infrastrukturutveckling för byggande i berg. De allmänna målen för den planerade forskningen är att öka förståelsen och förbättra kvantifieringen av kopplade geosfärsprocesser, att utveckla prediktionsverktyg och metoder för användning vid riskbedömning av infrastrukturprojekt i sprickigt berg, samt att utveckla metoder för verifiering och validering av konceptuella och matematisk-numeriska geosfärsmodeller vid förhållanden då enbart en begränsad datamängd finns tillgänglig. Begränsad data är vanligt förekommande just vid bergbyggande då byggandet sker i naturliga geologiska formationer som har stor naturlig variabilitet i olika egenskaper och man därför enbart har begränsad kunskap om dessa egenskaper. Förväntade resultat inkluderar nya och effektiva numeriska verktyg för modellering av grundvattenflöde och ämnestransport med kemiska reaktioner. Här kan modeller utvecklas som är skräddarsydda för användning för t.ex. gruv- och tunnelapplikationer, och frågeställningar inkluderar t.e.x. bedömning av föroreningstransport, injekteringsbehov i tunnlar samt förbättrad bedömning av grundvattenavsänkning runt tunnlar. Injektering av vattenförande sprickor i tunnlar görs för att minska tunnelinflödet och därmed också minska grundvattenavsänkningen.