• Rešerše a analýza tuzemských i zahraničních materiálů a zkušeností.
• Rešerše horninového prostředí: Popisné charakteristiky puklinového prostředí, laboratorní a polní zkoušky.
• Specifikování základních pojmů.
• Rešerše a posouzení modelů proudění podzemní vody a transportu kontaminace v puklinovém prostředí.
• Stanovení hlavních a vedlejších cílů postupů nezbytných pro jejich naplnění.
• Zpracování metodického projektu.
• Výběr vhodného laboratorního prostředí.

Zdrojem byly jak publikované zprávy, tak studie a dokumenty přístupné na Internetu (viz kapitola Zdroje informací). Podklady byly zpracovávány selektivně se zaměřením na téma realizovaného projektu jehož cílem je ověřit schopnost predikce migrace izotopu zvodněným puklinovým prostředím vytvořené softwarovým modelem.

Podklady byly zpracovány tak, aby bylo možné získat jak obecný přehled o postupu v dané problematice, tak podrobnější informaci o přístupu ve vybraném programu.

V rámci popisu současného stavu v problematice výzkumu bezpečného uložení radioaktivních odpadů v geologických formacích je uveden přehled o většině evropských států (Belgie, Česká republika, Německo, Švédsko, Francie, Španělsko, Švýcarsko, Velké Británie). Z ostatních kontinentů byly dostupné informace z Asie (Japonsko, Korea) a z Ameriky (USA, Kanada). Protože je projekt zaměřený na softwarové řešení transportních poměrů, jsou v tabulkovém přehledu uvedeny přístupy jednotlivých programů k modelovým řešením výzkumu problematiky vzdálených interakcí.

Pro přiblížení je rámcová informace o současném světovém výzkumu problematiky ukládání RAO rozšířena o jednoduchou informaci typu schématické znázornění výzkumného prostředí, základní mezníky v historii projektů a přehled mezinárodní účasti na programech. Pro přiblížení byly vybrány programy evropských států – Belgie, Švýcarsko, Švédsko, Velká Britanie.

Jednotícím prvkem zahraničních materiálů je důraz kladený na mezinárodní spolupráci. De-facto všechny výzkumné lokality jsou využívány mezinárodními týmy. Takových projektů je vysoký počet a jejich historie začíná již v polovině 70. let minulého století, kdy byl spuštěn projekt HADES v Belgii. pro přiblížení mezinárodní spolupráce je rámcově popsán projekt GEOTRAP realizovaný pod patronací OECD/NEA. Jedná se o projekt výzkumu migrace radionuklidů v heterogenním, geologickém prostředí, ale hlavně zaměřený na výměnu informací.

Jedním z nejrozsáhlejších vědecko-výzkumných programů je Švédský. V rešerši je věnována rozsáhlá část popisu základních informací o projektu označovaném TRUE BLOCK SCALE. Tento komplexní výzkum je realizován již na potenciální lokalitě hlubinného úložiště. Výzkumné práce jsou rozděleny do 6 etap, od měřítka lokality do měřítka podrobného v řádu 1-10 m.

Na ověřování softwarových schopností reálně modelovat retardační procesy probíhající v poli vzdálených interakcí se nemalou měrou podílí program ve Velké Británii realizovaný pod hlavičkou NIREXu. Jedním z význačných projektů je NSARP, jehož otevření lze datovat do období počátku 90. let. Výzkum této problematiky však byl ve Velké Británii otevřen již v druhé polovině80. let minulého století. Tým zapojený do projektu NSARP se následně spolupodílel i na švédském programu TRUE BLOCK SCALE.

Funkčnost bariérových systémů hlubinného úložiště má být zajištěna po dobu řádově 40-140 000 let. Odolnost materiálů či retenční vlastnosti prostředí lze doložit pouze studiem analogických procesů a materiálů, u kterých jsou známy časové relace. Těmto aspektům, tzv. přírodním analogům se věnuje nemalá část vědecko-výzkumných kapacit. Za mnohá takové programy, které mimo jiné jsou realizovány i v českém programu, je věnována krátká informace o modelování simulace chování radionuklidů při migraci přírodními vodami.

Součástí dokumentu je rozsáhlý přehled vybrané literatury, která je relevantní k projektu.

Ze studovaného materiálu lze učinit jednoznačný závěr o rozsahu a cílech výzkumných programů spojených s problematikou ukládání radioaktivních odpadů formou hlubinného úložiště. V rámci programů jsou studovány všechny aspekty mající vliv na retardaci migrujících látek v poli blízkých i vzdálených interakcí, tedy jak v inženýrských, tak přírodních bariérách. Velký a podstatný důraz je kladen na zapojení a využití výpočetní techniky do řešení, resp. znázornění transportních poměrů v kritických nehomogenitách bariérových systémů. Žádný ze studovaných programů není řešen izolovaně; v každém je silné mezinárodní zastoupení.

Každý z národních programů jde svou cestou s tím, že v průběhu vývoje jsou dosažené výsledky konfrontovány s výsledky programů, které již obdobné téma hodnotily. Všechny studované programy jdou cestou rešerše – laboratoř – terén. V terénu pak volí detailní měřítko (v řádu metrů) a následně měřítko lokality (v řádu set metrů až km).

Hnacím prvkem pro výši investic, sil a prostředků je respektovaná variabilita prostředí, od kterého je vyžadováno zajištění bezpečnosti – variabilita horninového prostředí. Doprovodným aspektem vyhodnocování variabilního horninového, tedy hostitelského prostředí je neurčitost naměřených parametrů v čase a prostoru. Neurčitost získávaných výsledků lze redukovat pouze snahou zastihnout a popsat co největší množství kritických míst z pohledu bezpečnosti. K redukci neurčitosti slouží i takové programy nebo projekty, které se zdají být shodné s jinými. Snaha eliminovat neurčitosti dosažených výsledků jde tak daleko, že v rámci jednoho projektu pracovalo 7 výzkumných týmů na dosažení stanoveného cíle s použitím rozdílných metodik a výpočetního aparátu. Nejdůležitějším atributem však je stálý kontakt s obdobnými projekty a kontinuální výměna informací.

V následujícím přehledu jsou uvedeny vybrané zdroje informací a přístupnost podkladů, resp. dokumentace, která souvisí s problematikou RAO:

• webový adresář
• Adresáře webových stránek organizací zabývajících se problematikou ukládání radioaktivních odpadů jsou u dotčených organizací časté, lze však velice úspěšně používat např.:
• www.vidivici.cz/surao2/index.php?c=22
• www.radwaste.org/disposal.htm
• www.grimsel.com/general/links_v.htm
• OECD
• Vysoce využitelnopu stránkou je adresa www.nea.fr/html/pub/catalog.html kde lze najít stahnutelnou dokumentaci i dokumenty s uvedenou cenou. Doručení dokumentů trvá cca 3-4 týdny od objednání.
• IAEA
• Na úvodní stránce IAEA www.iaea.or.at/Publications lze velice komplikovaně získat přehled o přístupné dokumentaci. Vhodnější je adresa www-ns.iaea.org/standards/default.htm kde se nachází použitelné a využitelné odkazy. Naprostou většinu dokumentů je však nutné objednat a zaplatit.
• Švýcarsko
• Společnost NAGRA na adrese www.nagra.ch/index1.tpl?iid=l101a1b18&lang=3&iid2=101&main=T&str=a101b&cart=12253617821825117 umožňuje objednat si na „dobírku“ kteroukoliv ze zpráv uvedených v katalogu, který lze na stejné adrese stáhnout v pdf formátu.
  Pro surfování je podstatně užitečnější adresa výzkumného pracoviště Grimsel www.grimsel.com/general/welgrim_v.htm odkud si lze přímo stáhnout zprávy z vědecko-výzkumného programu. Většinou se však jedná o dokumenty před rokem 2000.
• Francie
• Jediným portálem zpřístupňujícím francouzský program je www.andra.fr/sommaire.php3, kde se lze proklikat až ke stránkám slibujícím publikace, resp. jejich katalog. Funkční je však pouze objednávkový servis, kde lze bezplatně objednat publikace.
• Švédsko
• Rozsáhlá dokumentace výzkumnéhop programu je opřístupná na adrese www.skb.se/templates/skbiframe____9413.aspx odkud lze zprávy buď přímo stahnout a nebo je objednat. To se týká spíše zpráv staršího data u kterých asi chybí digitální verze. Tištěné zprávy bývají doručeny cca do 3 týdnů.
• Velká Británie
• Na Internetu www.nirex.co.uk/documents/ lze najít pouze citace. Literaturu lze však objednat na CD nosiči beplatně.
• Německo
• Nepodařilo se získat relevantní informace o publikační činnosti vědecko-výzkumných programů spojených s ukládáním radioaktivních odpadů.
• Česká republika
• Portál Správy úložišť radioaktivního odpadu www.vidivici.cz/surao2 zpřístupňuje výsledky výzkumných programů spojených s prvními kroky sitingu. Dokumenty jsou stažitelné ve formátu pdf.
  Dalším portálem s informacemi je adresa Ústavu jaderného výzkumu v Řeži www.nri.cz/cz/knihovna.html. Zde jsou však dostupné pouze některé citace a přístup ke zprávám lze získat asi pouze návštěvou knihovny.
• Belgie
• Po založení bezplatného účtu na adrese www.belgatom.com/homenoflash.htm lze stahnout pdf verze vybraných dokumentů. Tištěné dokumenty lze objednat. Na stránkách společnosti ONDRAF/NIRAS se nepodařilo nalézt přístup k dokumentaci.

Literatura získaná v průběhu řešení etapy 2004 je uložena na CD v digitální formě.

Rešerše je zaměřena především na technologie a dlouhodobé zkušenosti v geologickém prostředí ČR. Okrajově jsou zde uváděny zkušenosti a výsledky ze zahraničních podzemních staveb.

Předložená rešerše je rozdělena do následujících hlavních kapitol:

• úvod,
• teorie puklin a trhlin v horninách,
• proudění vody v puklinách,
• metody zkoušek propustnosti horninového prostředí,
• injektování skalních hornin,
• závěr.

Po komplexní analýze shromážděných údajů a s využitím zkušeností z VTZ na Kavernovém zásobníku plynu Příbram, byly stanoveny pro další postup prací v roce 2005 následující zařízení a technologické postupy laboratorních zkoušek:

• Zkušební vysokotlaké čerpadlo, max. tlak 20 MPa a průtok 5 l.min-1.
• Speciální zkušebního zařízení pro modelování napětí v hornině.
• Napětí bude vyvozováno pomocí dlouhodobě stabilního zdrojem tlaku s digitálním záznamem.
• Účelově sestrojená záznamová jednotka pro registraci zkušebního tlaku vody a registraci spotřeby vody o velmi malých objemech při VTZ.
• Při VZT bude použit složený mechanický obturátor, umožňující sestavu jednoduchého nebo dvojitého nacirkulačního obturárotu, obturátor bude osazen do vývrtu o průměru 18 mm.
• Zkušební těleso pro laboratorní zkoušky propustnosti puklin bude v první fázi ve tvaru kolmého čtyř až n – bokého hranolu s rovnoběžnými podstavami.
• Při výběru zkušebního tělesa se v první fázi bude testována příčná puklina umístěná v ˝ výšky zkušebního tělesa, rovnoběžná s jeho podstavami, velikost pukliny předpokládáme o tloušťce 0,1 mm až 2,0 mm.
• Vzhledem k technologickým možnostem a předpokládaným cílům experimentů, budou konečné rozměry zkušebního tělesa upraveny tak , aby jeho maximální hmotnost nepřesáhla hodnotu 1500 kg,
• Po zhodnocení možností potenciálně možných lokalit granitoidních na území ČR byla jako optimální lokalita pro zkušební vzorky včetně následného terénního experimentu vybrán lom Panské Dubenky v kraji Jihlava,
• Vybraná lokalita umožňuje výběr vzorků z předpokládanými charakteristikami puklin,
• Pro injektování puklin budou testovány injekční směsi na bázi jílovitých suspenzí a chemických sloučenin,
• Laboratorní prostředí bude umístěno ve zděné budově s kontrolovanou atmosférou,
• Přívody energií budou zálohovány tak, aby nedošlo k přerušení průběhu zkoušek, záznamových zařízení a nastavených podmínek v případě výpadku centrálního zdroje.

Výklad je doplněn termíny z překladu slovníku Mezinárodní agentury pro atomovou energii (International Atomic Energy Agency in Vienna) „Radioactive Waste Management Glossary - Second Edition“, který byl publikován v roce 1988 pod číslem IAEA-TECDOC-447 ve Vídni. K českému názvosloví je přiřazena anglická terminologie.

V kapitole 2 jsou specifikovány základní termíny a pojmy, u kterých předpokládáme možné použití při zpracování úkolu : „Metody a nástroje hodnocení vlivu inženýrských bariér na vzdálené interakce v prostředí hlubinného úložiště“ s důrazem na jejich výklad ve spojení s řešeným úkolem. V této kapitole jsou doplněny i vybrané termíny ze vznikajícího odborného „hydrogeologického“ slovníku (odsouhlasená verze odbornou komisí v roce 2004), jehož garantem je Česká asociace hydrogeologů (ČAH).

V kapitole 3 je uvedena plná verze výkladového slovníku z ÚJV Řež s minimální terminologickou korekcí, který je doplněn resp. upraven o termíny ze slovníku IAEA.

Znalosti a prostředky pro řešení hydrogeologické problematiky puklinového prostředí nejsou zdaleka na tak vysoké úrovni jako znalosti a nástroje běžně užívané pro potřeby hydrogeologických interpretací v prostředí s průlinovou propustností. Hlavním důvodem této disproporce je nízká storativita, a tedy malá vodohospodářská využitelnost puklinových kolektorů hydrogeologického masivu. Díky nízké vodohospodářské zajímavosti byly puklinové kolektory v minulosti, kdy výzkumné práce v hydrogeologii byly zaměřeny především na vyhledávání a ochranu zdrojů podzemní vody pro zásobování rozsáhlých obytných aglomerací a provozů, opomíjeny. Tento trend se v posledních dvaceti až třiceti letech začal, alespoň ve vědeckém vývoji hydrogeologie, měnit vzhledem k potřebě využití prostředí hydrogeologických masivů, právě pro jejich nízkou propustnost, za účelem budování podzemních zásobníků plynu, paliv a v hlavně dlouhodobých úložišť vysoce aktivního vyhořelého jaderného paliva. Hydrogeologický masiv, představovaný starými, tektonicky stabilními, krystalinickými horninovými celky, splňuje velmi dobře nároky na bezpečnost takových úložišť. Obzvláště v případě, pokud jsou úložné prostory dobře zatěsněny a situovány do dostatečných hloubek pod povrchem. Jediným limitujícím faktorem v tomto směru je tektonické porušení hornin masivů a voda je, jako prakticky jediné dynamické médium celého prostředí, hlavním rizikovým faktorem. Z tohoto důvodu došlo k obrácení pozornosti k hydrogeologickému charakteru puklinových kolektorů krystalinických masivů.

Puklinové modely, které představují nástroj pro syntetickou analýzu prostředí puklinových kolektorů, prodělaly v návaznosti na tento nový trend hydrogeologie rychlý vývoj. Ten souvisí z rozšiřující se mírou znalostí o tomto prostředí, s rozvojem efektivních numerických metod, které lze pro řešení problematiky puklinového prostředí aplikovat a v neposlední řadě s rozvojem výpočetní techniky, který umožňuje řešit stále složitější úlohy a tím umožňuje používat realističtější přístup k prostředí.

V rámci 1.etapy řešení úkolu „Metody a nástroje hodnocení vlivu inženýrských bariér na vzdálené interakce v prostředí hlubinného úložiště“ byla soustředěna pozornost na získání přehledu o možnostech a metodice efektivního modelování proudění a transportu v puklinovém porézním a neporézním prostředí a získání informacích o dostupných existujících softwarových aplikací použitelných pro řešení tohoto úkolu. První část textu se stručně věnuje jednoduché charakterizaci puklinového prostředí z hlediska jeho modelování a obecně užívaným přístupům k modelování puklinového prostředí. V druhé části je pak podán výčet programů používaných pro modelování v rámci tohoto prostředí, s krátkou charakterizací parametrů a schopností každého z nich. Dále jsou v textu shrnuty parametry a vlastnosti, kterými jsou programy charakterizovány a je posouzena jejich důležitost nebo vhodnost pro komplexní modelování proudění podzemní vody a transportu v souvislosti s hodnocením vzdálených interakcí v prostředí hlubinného úložiště. Třetí (významná) část textu se věnuje podrobnějšímu rešeršnímu popisu modelovacích aplikací, které byly na základě kritérií uvedených v předchozích částech zprávy vybrány jako aplikace vhodné pro řešení dané problematiky.

V předkládané zprávě je stručně shrnuta problematika matematického modelování proudění podzemní vody a transportu kontaminantů v puklinovém prostředí. Modely simulující proudění a transport v tomto prostředí jsou uvedeny v přehledu v kapitole 8. Dále jsou provedeny rešerše a posouzení pro výběr modelu pro realizaci úkolu „Metody a nástroje hodnocení vlivu inženýrských bariér na vzdálené interakce v prostředí hlubinného úložiště“.

Jako vhodné (ideální) řešení se jeví výběr jednoho z komplexních modelovacích balíků CONNECTFLOW (a hlavně jeho modulu pro puklinové prostředí NAPSAC), FracMan/MAFIC a SWIFT, které nabízejí více konceptů přístupu pro pokrytí různých měřítek přístupu k prostředí a širokou škálu metod, které umožňují realisticky modelovat geometrii a procesy probíhající v tomto prostředí. Tyto programy dále nabízí velkou variabilitu zadávaných nebo podmínečně zadávaných vstupních parametrů a široké možnosti editace dat pomocí pre- a postprocesorů, což umožňuje jednoduše převádět, importovat a exportovat modelová data.

Nelze však říci, že s méně komplexními, uživatelsky hůře přístupnými programy nelze dosáhnout stejně dobrých (nebo i přesnějších výsledků), obzvláště při úzkém zaměření na specifickou oblast zadaného úkolu (bez ohledu na možné další využití programu pro vlastní lokalitu HÚ). Absence přímé a jednoduché kontroly modelových řešení a celková nepřístupnost těchto aplikací z uživatelského hlediska, stejně jako neexistence dostatečné uživatelské podpory výrobcem, dělá použití těchto aplikací v praxi značně problematické.

Významným kritériem pro užší výběr programů pro testování byla validace aplikací na podobných výzkumných úkolech realizovaných v zahraničí. Jmenované a podrobněji popsané programové balíky byly vyvíjeny z velké části právě jako nástroj pro modelová posouzení puklinových masívů pro potřeby ukládání odpadů. Byly tedy upravovány a doplňovány na základě potřeb a zjištěných skutečností výzkumných prací v rámci těchto úkolů velkými týmy odborníků jak v oboru hydrogeologie, strukturní geologie a geochemie, tak v oblasti numerické matematiky a programování. To poskytuje také jistou záruku, že se jedná o efektivně pracující komplexní nástroje pro potřeby kvalitního puklinového modelování.

Veškeré údaje o vlastnostech a schopnostech v textu uvedených aplikací, stejně jako uvedená teorie, algoritmy řešení a vyobrazení jsou převzaty z rešeršně zpracovaných dokumentací programů a informací, které o programech poskytují jejich výrobci nebo distributoři. V této fázi výběru aplikace je tento přístup, z hlediska množství aplikací a šířce možností jejich využití, akceptovatelný a vzhledem k jejich nedostupnosti nebo finanční náročnosti také jediný možný.

Pro potřeby finálního výběru jedné aplikace (ze tří výše uvedených) předpokládáme otestování aplikací alespoň v základní funkční verzi (v případě, že to bude umožněno výrobcem programu), na jednoduchém příkladu, který bude dostatečně reprezentovat předpokládanou reálnou úlohu. Řešení takového příkladu potom poskytne nezprostředkované informace o použitelnosti aplikace jak z hlediska její funkčnosti, tak i uživatelské přístupnosti a bude představovat dostatečný podklad pro konečný výběr vhodné aplikace.

• Základní přehled modelovacích programů využitelných pro hodnocení vlivu inženýrských bariér na vzdálené interakce v prostředí hlubinného úložiště. Progeo s.r.o, Knihovna - GLÚ AVČR
• Rešerše horninového prostředí - Popisné charakteristiky puklinového prostředí, laboratorní a polní zkoušky. Stavební geologie - Geotechnika, a.s.; Knihovna - GLÚ AVČR
• Výkladový slovník k projektu 1H-PK/31. Progeo s.r.o, Knihovna - GLÚ AVČR
• Rešerše a analýza tuzemských i zahraničních materiálů a zkušeností. Isatech s.r.o.; Knihovna - GLÚ AVČR