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論文

Development of a methodology for the characterisation of long-term geosphere evolution, 1; Impacts of natural events and processes on the geosphere evolution of coastal setting, in the case of Horonobe area

新里 忠史; 今井 久*; 前川 恵輔; 安江 健一; 操上 広志; 塩崎 功*; 山下 亮*

Proceedings of 19th International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-19) (CD-ROM), 10 Pages, 2011/10

地層処分システムの長期的な安全性にかかわる信頼性を向上させるためには、地質環境の有する安全機能が長期にわたり維持されることを示すための調査・解析手法や事例・論拠の整備が不可欠である。このためには、対象とする地質環境特性の過去から現在に至る変遷の評価が重要である。特に日本列島の沿岸域における地質環境の長期変遷については地層処分の観点からの研究例が少なく、長期的な海水準変動の影響や塩水と淡水の混在など複数の事象を考慮する必要がある。本研究では、北海道北部の幌延地域を事例として地下水流動特性の長期変遷に関する概念モデルを構築し、それに基づく浸透流及び移流分散解析を実施した。その結果、海水準や海岸線位置の変動等の境界条件の変化に対して、全水頭やダルシー流速等の地下水流動特性は応答性が高いものの、地下水中の物質移動を間接的に示す塩分濃度は応答性が低く、これらの応答性は地層・岩盤の透水性に依存することが明らかとなった。また、沿岸域における地下水流動特性と地下水の地球化学特性は、沿岸域の平野部と丘陵部とで異なる変遷を経る可能性を示すことができた。

報告書

地下水流動に対する地質環境の長期的変遷の影響に関する研究(委託研究)

今井 久*; 山下 亮*; 塩崎 功*; 浦野 和彦*; 笠 博義*; 丸山 能生*; 新里 忠史; 前川 恵輔

JAEA-Research 2009-001, 116 Pages, 2009/03

JAEA-Research-2009-001.pdf:32.12MB

地層処分システムの長期挙動予測の信頼性を向上させるためには、隆起・侵食や気候・海水準変動等の天然現象の影響を考慮した地下水流動のモデル化が重要である。このため、(1)天然現象の影響を組み入れた地下水流動解析手法の高度化,(2)現実的な地質構造や涵養量などを反映した地下水流動解析に基づき、(3)地下水流動に影響を及ぼす天然現象の感度解析を行った。(1)地下水流動への地質環境の長期変遷の影響を連続的にモデル化するシステムを考案した結果、課題であったモデル形状が変化する際の解の不連続性を低減できることを確認した。(2)地層の応力状態の変化による過剰間隙水圧の発生には間隙率や有効応力に対応した透水係数の設定が重要であること、氷期の涵養量の影響は丘陵部や沿岸域で見られること、塩分の密度差の影響は沿岸域で見られ、地下深部への淡水の侵入を抑制することが判明した。(3)断層の2種類の形状について透水係数に関する感度解析を実施したが、設定した条件では深度約500mまでの影響は顕著でないことを示した。

論文

気候・海水準変動が地下水流動に与える影響に関する解析的検討; 幌延地域を例として

操上 広志; 安江 健一; 新里 忠史; 今井 久*; 塩崎 功*; 山下 亮*

地下水流動解析とモデル化に関するシンポジウム発表論文集, p.59 - 66, 2007/01

本論は、幌延地域を事例として、現在から将来にわたる長期的な地質環境の変化を予測しモデル化する方法論の整備を目的として、天然現象が地質環境に与える影響のうち、気候・海水準変動が地下水流動に与える影響を解析的に検討するものである。

報告書

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(IV)-成果報告書-

石原 義尚*; 千々松 正和*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC TJ8400 2004-015, 192 Pages, 2005/02

JNC-TJ8400-2004-015.pdf:1.98MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES, Dtransu, phreeqcを用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発を実施した。(1)本研究では,熱-水-応力解析の安定化を目的として,THAMESにおいて8節点要素が使える様,解析コードの改良を行なった。(2)本研究では,物質移行解析モデルの高度化を目的として,Dtransuにおいてガス拡散計算機能を追加した。(3)本研究では,地球化学解析モデルの高度化を目的として,含水状態に応じた表面サイト密度変化の導入,C/S比に応じたCSH固相の変化の導入,速度論モデルにおける時間刻みの設定方法,層間水の分離方法について検討した。(4)本研究では,熱-水-応力-化学連成解析コードの構築として,Multi_phreeqc並列化処理機能の高度化,連成解析プラットホームCouplys連続処理機能の追加,物性・連成モジュールの拡張に関する検討を実施した。これらの成果に基づき,熱-水-応力-化学解析コードを構築として,リスタート機能の追加,エラー処理機能の追加,各モジュールの統合,検証を行った。(5)本研究では,連成解析結果のポスト処理ユーティリティーの整備として,図化処理支援機能の作成,地球化学解釈支援機能の作成を行った。

報告書

水理地質構造モデルの更新と地下水流動解析の実施

今井 久*; 塩崎 功*

JNC TJ5440 2004-001, 80 Pages, 2004/11

JNC-TJ5440-2004-001.pdf:34.21MB

幌延深地層研究計画における調査対象地域の深部地質環境を理解するため,水理地質構造モデルの構築および地下施設建設に伴う深部地質環境への影響の予測を目的に,水理地質構造モデルを更新し,更新したモデルを用いた地下水流動解析を実施した。

報告書

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(III) -成果報告書-

石原 義尚*; 千々松 正和*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC TJ8400 2004-004, 625 Pages, 2004/02

JNC-TJ8400-2004-004.pdf:7.37MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqcを用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1)本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,収束アルゴリズムの改良,脱ガス・ガス拡散,濃縮・希釈現象を取り扱うため,物質移行解析コードの改良を実施した。(2)本研究では,地球化学-物質移行モジュールにおいてイオン交換反応,表面錯体反応,反応速度モデルを取り扱えるようにした。(3)本研究では,緩衝材中での透水係数の変化がCa型化の度合い,緩衝材構成鉱物の溶解・沈殿による密度の変化,塩濃度などの関数として与えられるようにするため,既存の試験データを整理し,連成・物性モジュールを作成し,連成解析コードに導入した。また,物質移行-地球化学の高度化にともない検証解析を実施した。(4)本研究では,開発したTHMC解析コードの適用性を確認するため,HLWニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。これらの成果を踏まえ,今後の課題についてまとめた。

報告書

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(II); 概要報告書

石原 義尚*; 千々松 正和*; 根山 敦史*; 田中 由美子*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC TJ8400 2003-033, 118 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-033.pdf:1.66MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqe60 を用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1) 本研究では,THAMES(熱-水-応力解析コード),Dtransu(物質移行解析コード),phreeqe60(地球化学解析コード)のプロセスを自動制御し,連成解析全体を管理する連成管理プログラム(COUPLYS)を開発した。(2) 本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,溶液濃度の受渡し,トータル濃度の受渡しに関する支援モジュールを作成した。更に,多元素を取り扱うことができるようにするため,物質移行解析コードの改良を実施した。(3) 本研究では,THMC 物性・連成モジュールとして,既存の実験データに基づき緩衝材の透水係数が,化学反応(鉱物の溶解・沈殿)による密度変化やNaCl 濃度に依存するモデルを作成した。連成管理プログラム(COUPLYS)にTHAMES,Dtransu,phreeqe60,物性・連成モジュールを搭載することにより,THMC 解析コードを構築し,感度解析を実施した。(4) 本研究では,開発したTHMC 解析コードの適用性を確認するため,HLW ニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。

報告書

熱-水-応力-化学連成挙動に関する研究(II)-成果報告書-

石原 義尚*; 千々松 正和*; 根山 敦史*; 田中 由美子*; 雨宮 清*; 塩崎 功*; 伊藤 隆哉*

JNC TJ8400 2003-032, 237 Pages, 2003/02

JNC-TJ8400-2003-032.pdf:2.5MB

本研究は、地層処分システムのニアフィールドにおける連成解析を実現させるため,既存の現象解析コードTHAMES,Dtransu,phreeqe60 を用いた熱-水-応力-化学連成解析コードの開発,事例解析を実施した。(1) 本研究では,THAMES(熱-水-応力解析コード),Dtransu(物質移行解析コード),phreeqe60(地球化学解析コード)のプロセスを自動制御し,連成解析全体を管理する連成管理プログラム(COUPLYS)を開発した。(2) 本研究では,物質移行-地球化学連成において必要となる機能の拡張として,溶液濃度の受渡し,トータル濃度の受渡しに関する支援モジュールを作成した。更に,多元素を取り扱うことができるようにするため,物質移行解析コードの改良を実施した。(3) 本研究では,THMC 物性・連成モジュールとして,既存の実験データに基づき緩衝材の透水係数が,化学反応(鉱物の溶解・沈殿)による密度変化やNaCl 濃度に依存するモデルを作成した。連成管理プログラム(COUPLYS)にTHAMES,Dtransu,phreeqe60,物性・連成モジュールを搭載することにより,THMC 解析コードを構築し,感度解析を実施した。(4) 本研究では,開発したTHMC 解析コードの適用性を確認するため,HLW ニアフィールド体系を対象として,1次元,3次元モデルによる事例解析を実施した。

報告書

堆積岩地域における広域地下水流動解析手法に関する検討

今井 久*; 山下 亮*; 雨宮 清*; 塩崎 功*

JNC TJ1410 2001-002, 318 Pages, 2001/08

JNC-TJ1410-2001-002.pdf:34.33MB

None

口頭

温泉開発におけるボーリングの頻度特性

長澤 寛和; 武田 聖司; 木村 英雄; 塩崎 功*

no journal, , 

放射性廃棄物処分の安全評価における人間侵入シナリオとしては、ボーリング行為に伴って廃棄物と人間が接触するボーリングシナリオが想定される。そこで、我が国において地下深部にアクセスする可能性が高い「温泉開発」のためのボーリングに着目してその地形特性と深度特性を調査しとりまとめた。

口頭

地形・地質構造の変化を考慮した地下水流動解析の試み

今井 久*; 塩崎 功*; 山下 亮*; 操上 広志; 新里 忠史; 前川 恵輔; 安江 健一

no journal, , 

地下深部の地下水流動場は地形や地質,気候の変化など自然現象の長期的変遷の影響を受けており、現在の流動場を理解し、将来の流動場を予測するには、これらの影響を考慮する必要がある。特に、高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価では、数10万年以上の期間を対象にすることから、自然現象の影響を考慮した地下水流動場の評価が必要となる。そこで、この安全評価に必要な地下水流動場を評価する手法の開発の一環として、堆積時から現在までの自然現象の変遷が調査されている北海道幌延地域について、地形・地質構造の変化を考慮した地下水流動解析を試みた。

口頭

幌延深地層研究計画における地質環境の長期安定性研究; 地下水流動の長期的変遷にかかわる検討

前川 恵輔; 新里 忠史; 操上 広志; 浅森 浩一; 今井 久*; 塩崎 功*

no journal, , 

地層処分における安全評価は万年オーダーの長期に渡る期間を対象としている。こうした長期間で影響が顕在化する隆起・侵食や気候・海水準変動などの天然現象は、安全評価において重要となる地下深部の地下水流動や水質分布などに影響を与えることが考えられる。そのため、安全評価手法の信頼性を向上する観点においては、天然現象の長期的な変動が地質環境に与える影響を検討することが重要となっている。そこで、天然現象が地質環境に与える影響を理解するための一環として、気候・海水準変動が地下水流動に与える影響を、北海道幌延地域を事例として解析的に検討した。解析の結果、海水準変動に伴う陸部の地下水位や塩分濃度の空間分布の変化などが推定された。

口頭

幌延深地層研究計画における地質環境の長期安定性研究; 地質環境の長期的変遷にかかわる調査・解析・評価技術の体系化の試み

新里 忠史; 前川 恵輔; 安江 健一; 浅森 浩一; 操上 広志; 今井 久*; 塩崎 功*

no journal, , 

地層処分にとって重要な地質環境の特性やプロセスの時間変化について、調査・解析・評価を体系的に進めるための手法の整備を目的として、北海道北部の幌延地域を事例にgeosynthesis methodologyを適用し、得られた知見や問題点を整理した。その結果、データフローダイアグラムを用いることにより、調査・解析・評価にいたる具体的なデータの流れを示すことができるとともに、必要な情報を漏れなく網羅的に取得しつつ調査研究を進めることが可能であるとの見通しを得た。また、相互作用マトリクスを用いることにより、地層処分にとって重要な地質環境の特性やプロセス、及びそれらに変化をもたらすことが想定される天然現象の発生様式や傾向について、それらの相互作用を網羅的に記述し整理することができた。

口頭

空間スケールに応じた割れ目と水みちの評価手法,1

竹内 真司; 三枝 博光; 塩崎 功*; 細谷 真一*; 長田 昌彦*

no journal, , 

割れ目系岩盤中の地下水流動を把握するためには、流動に影響を及ぼす高透水性の水みちや遮水性(もしくは低透水性)の割れ目(以下、不連続構造)を調査し、その空間分布を推定することが必要である。日本応用地質学会に設置された「応用地質における地下水問題研究小委員会」WGは放射性廃棄物処分技術開発,ダム,トンネルの3つの分野で設定しているスケールごとに、不連続構造の調査,モデル化事例を比較し、これらの情報を補完的に活用することによって、不連続構造のモデル化手法の信頼性を向上させることを目的として活動している。本稿では放射性廃棄物処分の技術開発の分野で実施されてきた不連続構造の調査,モデル化の事例について整理した結果と、本WGの今後の展望について紹介する。

口頭

地質環境の長期的な変遷を考慮した地下水流動への影響の検討

前川 恵輔; 新里 忠史; 今井 久*; 塩崎 功*; 山下 亮*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物等の地層処分における数万年を超える長期の安全性を評価するうえで必要な、地形や地質構造,気候や海水準変動などの地質環境の長期的な変遷を考慮した地下水流動を把握するための手法の信頼性の向上を目的として、解析における時間ステップ間の解析値の不連続性を緩和するための解析手法の改良を行った。また、断層の形状等の解析結果への影響についての検討を、幌延深地層研究計画で取得した情報等に基づいて行った。その結果、解析手法の改良の効果を確認するとともに、時間間隔の細分化による影響等を踏まえた適切な時間間隔の設定の重要性が明らかとなった。また、断層が地表付近まで達している場合では地下深部の全水頭が相対的に低い傾向を示すなどの影響を確認した。今後、現地調査結果に基づいて解析手法の妥当性を確認し、解析手法の最適化を図る。

口頭

堆積岩地域における深部の過剰間隙水圧についての検討

山下 亮*; 今井 久*; 塩崎 功*; 前川 恵輔; 新里 忠史

no journal, , 

地形や地質,気候の変化などの長期的な変遷が地下水流動に与える影響として、堆積岩の場合、海域等において土粒子が堆積し、長期間の圧密等の続成作用を受けて形成され、その堆積過程及び断層運動や褶曲作用などの地殻変動により過剰間隙水圧が発生する場合がある。こうした過去の履歴による過剰間隙水圧は、石油探査で対象とされるような非常に深い地層については研究例があるものの、浅い領域の地下水流動に対してどのような影響を及ぼしているかについては、過剰間隙水圧の発生メカニズムの理解が進んでおらず、十分な知見が得られていない。そこで、本研究では、堆積過程(圧密)及び地殻歪を考慮した一次元圧密解析を行い、実測との比較から圧密により過剰間隙水圧が発生し、現在も地下深部に保持されている可能性が示された。今後、地表に近い領域での過剰間隙水圧の地下水流動への影響について、解析的な検討を進める予定である。

口頭

地質環境の長期変遷を考慮した地下水流動解析手法の開発と課題

今井 久*; 塩崎 功*; 山下 亮*; 前川 恵輔; 新里 忠史

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物処分のための安全評価などにおける深部岩盤の地下水流動の将来予測の信頼性を高めるために、地質環境の長期変遷を考慮した地下水流動解析手法の開発が必要である。著者らは、地形・地質構造の変化を考慮して海水準やかん養量変動などの地下水流動への影響を評価する解析手法を開発してきた。本報では、本手法を適用した解析結果の一例として、150万年前から現在までの地下水流動と淡水による塩分洗い出し過程の移流・分散解析結果を、非定常変化の理解を容易にするためのアニメーションなどで示した。解析の結果、沈降や隆起などによる地下水流動への影響などを確認した。今後、地形や地質構造の変化に伴う圧密変形や三次元的な変化などを考慮可能な汎用性の高いシステムに改良していく予定である。

口頭

広域を対象とした長期地下水流動に関する研究,2; 寒冷期の到来等の気候変動を考慮した地下水流動評価の試み

渕脇 博孝; 宗像 雅広; 木村 英雄; 今井 久*; 塩崎 功*; 山下 亮*

no journal, , 

地下水流動に影響する外的要因には、10万年オーダーの周期で繰り返される気候変動があり、この気候変動により以下の現象が生じ、地下水流動に影響すると考えられる。(1)氷河の発達と消失,(2)降水量の変化,(3)凍土の発達による涵養量の低下,(4)海水準変動,(5)氷河の発達と消失に伴う地殻への加重による隆起・浸食,(6)氷河消失に伴う海水の希釈など。これらの現象が、地下水流動及び塩分濃度分布に与える影響の評価ための解析を実施した。解析結果から、全水頭分布は周期ごとの変化の影響は少なく、海水準変動の幅に影響を大きく受けることが明らかとなり、また、塩分濃度に関しては時間の経過とともに塩分濃度の低い領域(深部領域)へ広がることなどが示された。その解析結果及び評価について発表する。

口頭

地質環境の長期変遷を考慮した地下水流動解析手法の汎用性向上

前川 恵輔; 新里 忠史; 今井 久*; 塩崎 功*; 山下 亮*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物処分の安全性を評価するうえで、地質環境の長期変遷に伴う地下水流動への影響を把握することが重要である。著者らは、地質環境の長期変遷を考慮した地下水流動解析手法の開発として、地下水流動に対する影響が大きいと考えられる鉛直方向の地形・地質構造の変化(変形)とともに、海水準やかん養量の変動などの地下水流動への影響を評価するための解析手法を開発してきた。しかし、実際の地形・地質構造の変化は水平方向にも変化することから、そうした変化を考慮可能な解析手法の開発が課題であった。今回、これまでの手法を改良し、鉛直及び水平方向の地形・地質構造の変化を考慮した仮想的なモデルへの適用性を確認したので報告する。

口頭

地質環境の長期変遷を考慮した地下水流動解析; 仮想変動事象による影響の推定

塩崎 功*; 山下 亮*; 大山 卓也; 新里 忠史; 天野 健治; 今井 久

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価において、長期に渡る地下水や物質の移行を評価するには、評価期間内で生じる地質環境変化や気候変化による影響を無視することはできず、地質構造発達史の復元、地質環境の変化による水理地質・地球化学的環境変化の推定、地質環境の変動事象を考慮した解析手法の開発が進められている。解析的なアプローチからこれらの変動事象による地下水流動や塩分濃度分布への影響を推定するには、過去の地形・地質構造の変化や気候変動を復元し、それらを反映した地下水流動解析モデルや境界条件を設定する必要がある。そこで、断層による地形・地質構造の変化をモデル化する手法としてのバランス断面法を適用し、幌延地域を想定した地層の水平圧縮により変形する地形・地質構造モデルを作成した。本報告では、作成した地形・地質構造モデルから地質構造の長期変遷を考慮した水理地質構造モデルを構築し、地下水流動・塩分濃度・流跡線の解析を実施することにより、さまざまな変動事象による影響を推定した結果を示す。

口頭

地質・気候関連事象に伴う母岩の影響評価手法の整備状況; 177事象の不確実性に備えて

長澤 寛和; 武田 聖司; 木村 英雄; 酒井 隆太郎; 塩崎 功*; 山下 亮*; 若松 尚則*; 石橋 一房*

no journal, , 

地層処分の長期的な安全性を評価するためには、地震や火山,海面変化などの地質・気候関連事象が発生した場合の地層処分システムの母岩領域に及ぼす影響について、不確実性を考慮した定量的な評価手法の整備が不可欠である。これまでに、地質・気候関連事象にかかわる評価手法整備の一環として、我が国において想定しうる母岩領域への影響の可能性がある177の事象(FEPの連鎖)を抽出した。本報告では、177の事象のFEPの連鎖の各々に対応した既存モデルを調査して、定量化に向けた177事象全体のモデル構造を整備した。また、モデル構造を分析して177事象の中から影響を計算するうえでの不確実性が大きいと考えられるFEPの連鎖を抽出した。さらに、整備したモデル構造を用いた計算例として、逆断層型地震が発生した場合に母岩の水理学的特性へ及ぼす影響を定量的に評価するために個々のモデルをコード化し、解析を実施可能とした。

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