Improvement of contaminant plume estimation by a geostatistical method considering groundwater flow and non-negativity

地下水流動と非負条件を考慮した地球統計学的手法による汚染物質濃度分布の推定精度向上

高井 静霞 ; 島田 太郎 ; 武田 聖司 ; 小池 克明*

Takai, Shizuka; Shimada, Taro; Takeda, Seiji; Koike, Katsuaki*

放射性核種や化学物質による汚染が地下で発生した場合、環境修復を適切かつ効率的に行うため、汚染濃度分布の解明が必要となる。しかし汚染が帯水層に移行している場合は地下水流動の影響を受けるため、限られた測定データの単なる空間モデリングでは正確な分布推定ができない可能性は高い。そこで本研究では、地下水流動を考慮した汚染分布の地球統計学的推定手法を検討した。さらにギブスサンプリングにより推定値に対する非負の制限を設け、仮想的なモデルおよび実際の汚染事例(Gloucester処分場、カナダ)に対し有用性を評価した。放出量の時間変化に2つのピークをもつHによる汚染を仮定した仮想的なモデルの評価では、地球統計学的手法(トレンド付きクリギング)では適切な2つのピークがある空間分布を推定できなかったが、本手法では絶対誤差平均2.8E-9でその空間分布を推定可能となった。Gloucester処分場(1,4-ジオキサンによる汚染)では、1982年に取得された69点の測定濃度を用いて3次元の帯水層中の汚染(30030040m)を評価した。その結果最小エントロピー等による先行研究より、非負の制限と地下水流動解析を用いた本手法の方が1978年の大規模放出を高精度で再現でき、測定濃度に対する絶対誤差平均も2.8E-2と小さく抑えられ、本評価手法の有用性を確認できた。

For underground contamination by such as radioactive nuclides and chemicals, the contaminant plume distribution needs to be clarified accurately for effective remedy. However, once a pollutant reaches an aquifer, the transport will be affected by groundwater. In such case, only spatial interpolation of measurement data may be unable to reproduce the contaminant plume. In this study, we considered the estimation method integrated transport information into geostatistical analysis. To gain physically feasible solution, we also considered the non-negativity constraint by Gibbs-sampling. The applicability of the method was confirmed for both hypothetical model and actual contamination case (Gloucester landfill, Canada). As the hypothetical model, we assumed that H is leaked for 300 days with 2 peaks. The two peaks of plume could not be reproduced by spatial interpolation (Kriging with a Trend). However, the plume was reproduced well by the geostatistical method with the mean average error (MAE) of 2.8E-9. In the Gloucester landfill, the contamination by 1,4-dioxane in the aquifer (300 300 40m) was evaluated using 69 points measured in 1982. By the geostatistical method considering groundwater flow and nonnegativity constraint, the large spill in 1978 could be reproduced well compared to previous research by other methods such as minimum relative entropy. The plume was also evaluated well with the MAE of 2.8E-2 mg/L; therefore, the applicability of the method was confirmed.