ガス移行挙動評価モデルに関する検討

Survey on the State of the Art of Development of Gas Migration Models in Barrier System

棚井 憲治 ; 山本 幹彦*

Tanai, Kenji; Yamamoto, Mikihiko*

地層処分場内で発生するガスによる影響については,ガス発生量及び移行挙動の評価のため,モデル化,データ取得に対する課題の解決が求められている。特に緩衝材中のガス移行については,粘土系媒体に特有の卓越流路の形成を伴う移行挙動に対してモデルの適合性を確認することが重要であり,これまで実施したガス移行試験結果をもとに,TOUGH2改良コードによる解析評価を行うことにより,実験結果との比較を通じてDarcy則及びKozeny-Carmanモデルを2相流に拡張した移行モデルの適用性限界に関する検討を進めてきた。また,諸外国でのガス移行研究の現状調査に基づいたガス移行モデルの開発及び性能評価におけるガス影響評価に係る課題の整理を実施した。 このような背景から,GAMBIT Clubプロジェクトにおける圧縮粘土中のガス移行モデルに対する開発状況も踏まえつつ,国内外で提案されている各種ガス移行モデルに対して調査を実施し,モデルの取り扱う移行機構,基本数学モデル,特徴,問題点等を整理した。さらに,これを基に現時点においてニアフィールドの性能評価に適用し得ると考えられる基本的なガス移行モデル体系について検討し,セメント系媒体,硬化泥岩を除く岩盤については連続媒体2相流モデルを主体としてデータの充実を図ること,なお,亀裂性岩盤に対して気体状放射性核種の放出点がクリィティカルとなる場合は,亀裂網モデル等の適用性について判断するべきこと,また,粘土系媒体,硬化泥岩層に対しては,GAMBIT-GWSモデル,連続媒体2相流と応力場の連成モデル,圧力による浸透率の変化を考慮したKozeny-Carmanモデルについて各種鉱物組成,密度に対する再現性を確認し,適宜選択すべきであることを提案した。

Suitable modelling of gas production and migration behaviour is strongly required for performance assessment of radioactive waste disposal in a geological repository. Especially for gas migration in buffer materials, it is very important to examine their ability to reproduce in herent gas migration behaviour which is caused by creation of discrete pathways in clay materials. JNC has examined the limitation of reproducibility of conventional two-phase flow model and anhanced TOUGH2 which has newly developed module implemented expanded Kozeny-Carman relationship and pathway dilation/resealing model. JNC also surveyed the state of the art of model development of gas migration in multi-barriers. In FY 2003, the surverillance of gas migration modelling was continued and handled migration mechanisms, basic mathematical models, strength and weakness of each developed gas migration models were extracted and tabulated. Based on these outcomes, thebasic correspondence of models to barrier materials, which should apply to performance assessment for a near-field system, was examined. In consequence, conventional two-phase flow models of gas migration are generally applicable for cementitious materials and rocks without mudrocks. But if it is required to understand more precisely the distribution of gas release at the surface, then more detailed uderstanding of flow in fractures would be required. For clay and mudrocks, it is necessary that comparison of applicability with three types of models, which include GAMBIT-GWS model, conventional two-phase flow models coupled with effect of stress field and expanded Kozeny-Carman relationship with pathway dilation/resealing model.