Original paper
Modelling of the near-surface groundwater flow system at the CO2SINK site Ketzin, Germany
Norden, Ben
Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Band 162 Heft 1 (2011), p. 63 - 77
published: Mar 1, 2011
DOI: 10.1127/1860-1804/2011/0162-0063
ArtNo. ESP171016201004, Price: 29.00 €
Abstract
The storage of carbon dioxide (CO2) in saline aquifers is seen as the option with the most potential to achieve substantial CO2 reductions at acceptable cost levels over the next few decades. In Ketzin (near Berlin, Germany), a R&D project has developed an in-situ laboratory for CO2 storage. To properly investigate the implications for the spatial spread of potential leakages, a specific shallow hydrogeological model using the code MODFLOW and the software PMWin was set up. The aim is to investigate the regional near-surface groundwater flow system and its (possible) connection to deeper saline aquifers situated about 150 m below ground level. The model is based on an extensive mapping of the Quaternary to Tertiary formations and the aquifer/aquitard system, comprising an area of approximately 400 km2. Modelling in the Ketzin area creates glimpses into the hydraulic activity of adjacent deep Quaternary incision troughs and the possible motion of water and CO2 into upper aquifers. The general trend of groundwater flow within the Quaternary aquifers is directed to the Havel River, which acts as the main receiving stream. However, the modelling results support observations of a decoupling of the surface and subsurface catchment areas and indicate that there is only a limited direct hydraulic connection from groundwater of the Ketzin area to the Havel River. Information on possible groundwater discharge areas are provided by the modelling and used to optimise surface monitoring programs.
Kurzfassung
Die geologische Speicherung von Kohlendioxid (CO2) wird als eine wirksame Möglichkeit angesehen, um innerhalb der nächsten Jahrzehnte die anthropogenen CO2-Emissionen bei akzeptablen Kosten deutlich zu reduzieren. Inner-halb eines Forschungsprojektes in Ketzin (bei Berlin) werden die geowissenschaftlichen und geotechnischen Fragestellungen einer geologischen Speicherung von CO2 in den Untergrund im Feldversuch untersucht. Ein Teil der Untersuchungen beschäftigt sich mit der Frage, wie die möglichen Folgen potenzieller Leckagen von CO2 für die oberfl ächennahen nutzbaren Grundwasserbereiche abgeschätzt werden können. Um die Grundwasserbewegungen und mögliche Fließwege - auch zu den tieferen salinen Aquiferen in über 150 m Tiefe - zu untersuchen, wurde ein Grundwasser strömungsmodell der Region aufgebaut. Das Modell basiert auf einer detaillierten Kartierung des Quartärs und Tertiärs sowie der Grundwasserleiter bzw. nichtleiter für ein Gebiet von ca. 400 km2 im weiteren Umfeld von Ketzin. Die Modellierung wurde mit dem Programm PMWin und dem Programmcode MODFLOW durchgeführt. Die Modellierungen geben Einblick in das generelle Fließverhalten des Grundwasserleitersystems in Ketzin und zeigen mögliche natürliche hydraulische Verbindungen von oberflächennahen süßen Grundwasser leitern und tieferen salinen Aquiferen durch quartäre Rinnensysteme auf. Die Grundwasser- strömung verläuft in Richtung der Havel, die als der Hauptvorfl uter der Region agiert. Gleichwohl zeigen die Modellierungen, dass es im Ketziner Raum eine Entkopplung zwischen Oberfl ächeneinzugsgebiet und unterirdischem Einzugsgebiet gibt und Grundwässer aus dem Ketziner Raum nur bedingt in direkter hydraulischer Verbindung mit der Havel stehen. Aufgrund der Modellierung konnten Bereiche ermittelt werden, in denen mit dem Austritt von Grundwasser zu rechnen ist. Mithilfe dieser Informationen wurde das oberfl ächennahe Überwachungsprogramms in Ketzin optimiert.
Keywords
co2 storage • groundwater modelling • rupelian • ketzin • monitoring • risk assessment