2016 Fiscal Year Research-status Report
異常輸送現象を伴う溶質輸送シミュレータと地下水硝酸リスクマップの開発・検証
| Project/Area Number |
16K07941
|
|---|
| Research Institution | Kobe University |
|---|
Principal Investigator |
井上 一哉 神戸大学, 農学研究科, 准教授 (00362765)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 溶質輸送 / ランダムウォーク粒子追跡法 / マクロ分散 / 不均質 / 揚水井 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，2mの移流規模を実現可能な溶質輸送実験装置を作製し，20種類を超える透水係数分布を実現できる土質試料を整備した．成層ならびに不均質配置による透水場を形成することで，フィールドの透水係数分布を反映した成層地盤を対象に溶質輸送実験を実施した．既存の画像解析技術の精度を向上させるとともに，空間モーメント法を利用して，色素水溶液の空間変動に基づいて，成層地盤における溶質のマクロ分散長の空間変動を推定した．その結果，マクロ縦分散長は透水係数の不均質性の影響を受けて，輸送距離に応じて増加し，マクロ横分散長は溶質の初期配置の影響によって減少する結果が得られた．また，動水勾配を変化させて溶質輸送を定量化した結果，マクロ分散長は動水勾配に対する依存性は低いことがわかった．
数値解析技法の進展を目指して，溶質輸送実験をランダムウォーク粒子追跡法により追随することで，実験推定値の精度と数値解析手法の妥当性を確認した．さらには，揚水井に流入する汚染物質の領域を表す集粒域を三次元的に時系列で推定する方法を考案した．複数の透水係数分布に対する移流分散挙動をランダムウォーク粒子追跡法により解析し，任意の幅に設定できるアンサンブル格子を導入することで，揚水開始から既定時間内に集粒域になる格子確率を求め，集粒域の確率空間分布を時系列推定するアルゴリズムを記した．三次元集粒域の時系列分布を提示するとともに，0.5を超える格子確率を対象とすると，三次元集粒域の体積は不均質度に依存せず揚水量に依存することがわかった．また，不均質度の増加は非ゼロ確率から成る三次元集粒域の体積増加につながることを定量的に示した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
従来の研究事例に比べると規模の大きい溶質輸送実験装置を作製するとともに，予備実験，本実験を良好に実施できている．また，マクロ分散現象の定量化手法についても既存の手法を改善するとともに，精度のよい推定結果が得られている．さらには，数値解析手法により実験結果の妥当性を確認できていることに加えて，ランダムウォーク粒子追跡法の新たな応用面を見出すことができている．具体的には，揚水井に流入する汚染物質の領域を表す集粒域を二次元にとどまらず，三次元へ拡張できており，地下水汚染の浄化の可視化や効率化に貢献できる成果が得られている．よって，おおむね順調に進展していると評価した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
地下水汚染物質の地下水揚水状況を実験的に把握・定量化することを目指して，溶質輸送実験を拡張することで，揚水状況を考慮した実験を実施する．特に，不均質透水場を移行する溶質の分布形態を定量するとともに，揚水井での物質回収状態について，透水性の高い部分を軸とした検討を試みる．さらには，数値解析による評価を並行して実施する．フィールドへの適用を見据えて，フィールドデータを基にした透水係数分布の再現，ならびに，溶質のフラックス状態の再現を行い，数値解析的な側面から，特に硝酸性窒素の移行を模擬できるシミュレータを開発する．実験・解析ともに透水分布の局所的な変動に伴う溶質輸送の変化を丁寧に観察・考察するとともに，既存の実験技法や数値解析技法の更なる高精度化・効率化を図りつつ，汎用性のある一連の研究の流れを形成する．
|
