不均質多孔質媒体中の物質移動解析手法に関する研究

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本研究は、天然バリア中の核種移行遅延機能の長期的評価において、主要な不確実性要因となる岩体透水係数場の不確実性を考慮した上で、信頼すべき長期予測解析手法を確立することを目的として実施したものである。初年度にあたる平成四年度においては、まずはじめに多孔質媒体中での物質移動に対して、透水係数の空間的不均質性が及ぼし得る影響を検討し、微視的流速分布が物質の巨視的分散挙動に支配的な役割を演じていることを明らかにした。そして、このことから、透水係数場を詳細に記述し、そこでの水理・物質移動を解析し得る手法の確立が必須であるという結論を得た。また、この様な解析手法に対する要件として、実際のサイト調査がある有限個の地点でしか行い得ないことに起因するInverse Problemの本質的不確実性を定量的に表現可能な統計的取り扱いが求められることを述べ、これを客観的に達成し得るか否かという観点から、候補となる各手法についての比較検討を行った。そして、結果として、空間的トレンドの存在、あるいはエルゴード性といった恣意的で検証不可能な仮定を必要としないという点で、フラクタルスケーリング則に基づく統計的自己アファインモデルを用いた手法が現時点では最も適切なものであることが明らかとなった。以下の研究は、この様なフラクタルモデルの例としてAFFINITY-2Dコードを用いて行うこととし、その概念モデルと数値的解法、即ち統計的自己アファインな透水係数場を作成する方法、pre-conditionされた共役勾配法による水理解析及び物質移動解析に用いるパーティクルトラッキングについて詳細な調査を実施した。

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