複雑系物理の手法に基づく地下水汚染予測モデルの実験的検証

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17360452
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 羽田野 祐子 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 助教授 (60323276)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 毛利 栄征 独立行政法人農業工学研究所, 土質研究室, 室長 (90373224) ; 堀 俊和 独立行政法人農業工学研究所, 土質研究室, 研究員 (20414451) ; 武若 聡 筑波大学, 大学院システム情報工学研究科, 助教授 (80202167)
• Keywords: 移流分散 / 拡散 / 多孔質媒体 / フラクタル

Research Abstract

本研究の目的は、透水実験を行うことにより、従来広く利用されている移流分散方程式(ADE)と実際の実験との差違を定性的に明らかにし、新しく提案されている支配方程式が実験値をどの程度再現できるかを確認することである。今年度はまず以下の実験を行った。メチレンブルーおよび0.5%NaCl水溶液の混合溶液を一定流量にてガラスビーズを充填したサンドボックスに浸透させ、側面から浸透の様子を撮影した。これにより密度くさびの影響は小さいことを確認し、0.5%NaCl水溶液をトレーサー濃度として用いることを決定した。同時に、入り口境界条件流入タンクの改良を行った。上流タンク濃度をできるだけ短い時間で純水から所定濃度溶液へと切り替えるためタンク容量を縮小し、底部が外せる容器を作成した。以上により密度流の影響・境界条件切り替えの影響ともに無視できる実験体系を構築した。本実験においては0.5%NaCl水溶液を流入タンクより連続注入し、サンドボックス中の5カ所において濃度のサンプリングを行った。得られた破過曲線を、通常の移流分散方程式(ADE)とフラクショナルな移流分散方程式(fADE)の両者によりフィッティングを行った。その結果、新しい支配方程式(fADE)の方が破過曲線の全領域においてよく一致することが明らかになった。特に、テーリングとよばれる部分に相当する領域で顕著にフィットが改善された。テーリングは安全解析上、重要な領域であるため今後fADEモデルの適用を検討していくことが必要であると考えられる。