Measuring and modeling solute transport in Ryukyu limestone
| Project/Area Number |
22K20602
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0604:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
倉澤 智樹 愛媛大学, 農学研究科, 助教 (90961201)
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 琉球石灰岩 / 間隙構造 / フラクタル / 地下水流速 / 間隙率 / 連結確率 / X線CTスキャン / 移流分散モデル / 流体シミュレーション / 地下ダム |
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| Outline of Research at the Start |
島嶼農業の要を担う水利施設である地下ダムでは，貯水域の水質汚染が顕在化しつつあり，汚染の実態解明や将来予測手法の開発が急がれる．一方，貯水域に分布する琉球石灰岩は不均質性の高いユニークな地盤材料であり，内部の物質輸送シミュレーションには一般材料に適用される移流分散モデルを適用できない可能性があるものの，十分な議論なしに適用され続けている．そこで本研究では，ラボ・フィールド試験，X線CTスキャン，流体解析を駆使し，琉球石灰岩内部の物質輸送現象に対して，移流分散モデルが適用性できるのか，を詳細に評価する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は，CT画像群から間隙構造を解析するプログラムを開発し，一つの琉球石灰岩コアを対象に間隙構造分析を実施した．今年度は60コアを対象に構造解析を実行し，間隙率や間隙の連結性を示す連結確率を含む間隙特性を統計的に評価することに成功した．また，昨年度は間隙クラスターの体積のヒストグラムが幅広く分布していることから，地下水が通過する間隙流路の幅の多様性を考察したものの，今年度はフラクタル性の観点から評価を試みた．具体的には，得られた3次元間隙情報にBox counting法を適用することで，間隙構造の自己相似性を明らかにした．つまり，琉球石灰岩内部には速度スケールの大幅に異なる地下水の流動経路が存在し，幅広い流速分布を示すことが示唆される．この流動特性を数値シミュレーションによって明らかにするため，一つのコアをマイクロX線CTにより撮影することで，55.5μmの解像度を有する間隙モデルを構築し，有限要素法により非圧縮性粘性流れを解析した．フラクタル性の評価結果の通り，解析から得られた流速分布をみると，速度スケールの大幅に異なる流路が混在していた．また，シミュレーション結果から取得した流量情報を用いて，地下水の通りやすさを示す透水係数を計算すると，方向によって推定値が異なっており，最大で3オーダーもの差異があった．この結果から，琉球石灰岩の透水係数は強い異方性を示すと推察される．また，昨年度実施した沖縄県にあるギーザ地下ダムでの単孔式希釈試験の結果から，石灰岩帯水層の流速が深さに応じて大幅に変動する状況を捕捉していた．当該データは今年度，対象地下ダムの水循環モデリングのキャリブレーションデータとして活用され，地下ダム帯水層における地下水の流動経路の同定の一助となった．
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
