Evaluating the effectiveness of a geostatistical approach with groundwater flow modeling for three-dimensional estimation of a contaminant plume

高井 静霞; 島田 太郎; 武田 聖司; 小池 克明*

Journal of Contaminant Hydrology, 251, p.104097_1 - 104097_12, 2022/12

https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2022.104097

放射性核種や化学物質により汚染された地下環境に対し、リスクを評価し除染対策を立てるためには、測定データから汚染物質の濃度分布とその不確かさを正確に推定する必要がある。汚染の放出時刻歴が明らかでない場合でも、これを時間方向の相関を考慮して測定濃度から逆解析することで、既知の汚染源から放出された汚染分布とその不確かさを地下水流動を考慮した地球統計学的手法によって推定することができる。しかし、従来の手法には3つの課題があった:(1)実際の汚染事例に対する3次元的な検証例がない、(2)推定値に制限がないため、負値の発生及び不確かさの増大につながりうる、(3)複数の汚染物質を対象とした検証例が少ない。これらを解決するために、本研究では地下水流動を考慮した地球統計学的手法に、ギブスサンプリングによる非負の制限を導入した。そして本手法を、Gloucester処分場(カナダ、オタワ)における地下汚染事例に適用した。評価対象は、水に可溶な3つの汚染物質(1,4-ジオキサン,テトラヒドロフラン,ジエチルエーテル)とした。その結果、1982年の測定濃度(66点)から推定した汚染分布は、全ての汚染物質に対し測定値と高い相関(相関係数R0.7)を示し、本手法の有効性が確認された。特に1,4-ジオキサンに対しては、1978年の実際の大規模投棄に応じた放出ピークが、最小エントロピー法による先行研究よりも正確に推定された。同様の放出ピークは他の汚染物質に対しても、有機炭素含有量からの遅延係数の推定範囲で概ね再現された。

地下水分野におけるデータ同化の活用; 原位置データを用いた水理地質構造の透水不均質性評価

尾上 博則

計算工学, 24(1), p.3851 - 3854, 2019/01

本研究では原位置データを用いた地下水流動の逆解析手法の適用性確認を目的として、揚水試験データを用いた逆解析を実施した。逆解析においては、特に断層に着目し、断層周辺における透水不均質性の空間分布の推定を試みた。研究対象領域は、日本原子力研究開発機構が地層処分技術に関する研究開発のうち深地層の科学的研究を進めている瑞浪超深地層研究所周辺である。その結果、既往研究の知見と整合的な結果が得られており、水圧応答データを用いた逆解析は、原位置で不足する調査量を補うことができる有効なツールの一つであることが示された。

Development of a back analysis method for the estimation of in situ stress based on the measured convergence in the Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 亀村 勝美*; 名合 牧人*; 菅原 健太郎*; 松原 誠*

Proceedings of ITA-AITES World Tunnel Congress 2017 (WTC 2017) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/06

高レベル放射性廃棄物地層処分場の建設において、地下坑道の設計の高度化に資するために、処分場周辺の初期地圧状態の情報が重要である。これまで、初期地圧計測は、国内外の多くの現場で行われてきたが、評価結果のバラつきは大きいことがしばしばある。そのため、坑道の支保設計への反映が難しいという問題がある。この背景を踏まえ、本研究では、坑道で取得された内空変位計測結果に基づき、広域的な地圧状態を推定するための逆解析手法を構築することを目的とした。解析には、幌延深地層研究センターの深度350mの周回坑道において、様々な方向で計測された内空変位のデータを使用した。また、解析モデルには、周回坑道周辺の断層や不連続面を取り入れ、地質構造の影響も含めて詳細な検討を行った。解析による地圧の推定結果は、地下施設建設前に実施した水圧破砕法による測定結果に概ね整合するものであったため、広域地圧状態の推定における本手法の適用可能性が示された。

Evaluation of mechanical properties and microstructure in ion-irradiated surface layer

直江 崇*; 二川 正敏; 内藤 明*; 粉川 広行; 池田 裕二郎; 本橋 嘉信*

JSME International Journal, Series A, 48(4), p.280 - 285, 2005/10

核破砕中性子源水銀ターゲット容器材料は、核破砕条件による陽子&中性子同時照射と水銀環境に曝される。これらの環境によるターゲット容器材料の劣化を評価するために、核破砕条件を模擬したイオン照射と水銀浸漬実験を容器候補材316ステンレス鋼に対して行い、材料表面層の機械的特性の変化を押し込み試験技術と微細組織観察結果から評価した。押し込み荷重-深さ曲線に逆解析を適用して評価した応力歪み曲線から、核破砕条件下で照射後に水銀浸漬を施すと最大引張り強さまでの延びは、受け入れ材の約1/3程度に低下すると推測された。さらに、キャピテーション壊食低減技術として窒化&浸炭硬化処理を施した表面層は、照射の影響をほとんど受けないことがわかった。微細組織観察から、硬化処理により生じた転位群が照射による発生した転移のシンクとして作用するためと考察できた。

Mechanical characterization of austenitic stainless steel ion irradiated under external stress

井岡 郁夫; 二川 正敏; 内藤 明; 南条 吉保*; 木内 清; 直江 崇*

Journal of Nuclear Materials, 329-333(Part2), p.1142 - 1146, 2004/08

https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2004.04.038

応力下でイオン照射したオーステナイトステンレス鋼の機械的特性を、微小押し込み試験により得られた荷重-押し込み深さ曲線をもとに、有限要素法を用いた逆解析により求めた。無負荷で照射したものと比較し、負荷応力材では0.2%耐力,引張強さの増加と伸びの減少を示した。また、負荷応力が大きいほど、非照射領域に対する照射領域の硬さの比は、小さくなった。これは、応力負荷により導入された転位と照射による格子欠陥等との相互作用により、照射二次欠陥の成長が抑制されたものと考えられる。

微小押し込み試験による応力付加微小領域の機械的特性評価

直江 崇*; 二川 正敏; 涌井 隆*; 粉川 広行

日本機械学会関東支部茨城講演会(2002)講演論文集, p.3 - 4, 2002/09

液体重金属による材料の脆化挙動(Liquid Metal Embrittlement;LME)について、微小押し込み試験により評価した。ここでは、液体水銀に対する316ss鋼の接液面における機械的特性の変化を押し込み試験と逆解析を組合せて定量的に評価するとともに、応力の影響について、圧痕法により形成される残留応力分布と特性変化の関係について調べた。水銀浸漬は150Cで最大2000時間行った。浸漬時間とともに表層硬化層厚さが増加し、表層硬化層の延性は均一伸びで約3割程度低下することがわかった。また、このような傾向は圧縮応力場では軽減される。すなわち、浸漬による硬化の程度が小さい。

地下水流動調査研究 -地下水流動の総合調査・解析システムの開発-

渡辺 邦夫*; 三枝 博光

JNC TY7400 2000-004, 62 Pages, 2000/05

JNC-TY7400-2000-004.pdf:1.45MB

地下水流動機構把握のための調査・解析手法の開発と精度の向上、それらの体系化を目的に、地下水流動特性評価プロセスの構築に向けた研究を実施した。本研究は、主に 1)地下水が流れる「場」の性質を的確に捉えることを目的とした研究、2)地下水流れのメカニズムを把握することを目的とした研究、3)調査計測・評価技術の開発を目的とした研究、から構成されている。1)割れ目系岩盤の地下水流動を評価するために、割れ目系のモデル化・解析手法の開発に関する研究を実施した。その結果、原位置調査から地下水流動を支配する割れ目系の規則性を抽出・把握するとともに、その調査結果に基づく、水理地質構造のモデル化手法や地下水流動解析手法を構築した。2)地下水流動解析における重要な因子の一つである不飽和特性に関する研究を実施し、逆解析法による地盤の不飽和特性の評価方法を構築した。3)難透水性岩盤における水理学的特性を評価するための蒸発量測定装置の開発に関する研究を実施し、低蒸発性岩盤(低透水性岩盤)における蒸発量測定精度を向上させるための試験方法を示した。また、広範囲な領域を対象とした水収支を把握することを目的に、地下水モニタリングシステムの構築に関する基礎的研究を実施した。その結果、広範囲な領域を対象とした水収支の把握やモニタリングデータの相互関係を評価する上で、ニューラル・ネットワークモデルによる解析手法が有効であることを示した。

未撹乱通気砂層試料を用いた放射性核種移動試験における粒子性放射性核種の存在量および速度定数

小川 弘道; 武部 愼一; 妹尾 宗明

JAERI-Research 94-002, 12 Pages, 1994/07

JAERI-Research-94-002.pdf:0.61MB

未撹乱状態で採取した通気砂層試料に対して行なった放射性核種移動試験の結果から、逆解析によって粒子性Coおよび粒子性Csの存在量および反応速度定数を推定した。粒子成分量は、両核種ともに、全流入放射性核種量の数%以下であり、水流速依存性は認められなかった。粒子性Coの吸着反応速度定数は10~10(ml/g・min)程度、脱離反応速度定数は10~10(1/min)程度であり、吸脱着反応が平衡に到達した場合には、これらの値は数10(ml/g)程度の分配係数に相当すると考えられた。粒子性Csの捕獲反応速度定数と同程度の10~10(ml/g・min)であった。両核種とも、反応速度定数に水流速依存性が明白に認められ、特にCoの脱離反応速度定数には大きな水流速依存性が認められた。

数値実験による透水不均質性評価に関わる逆解析手法の検討,2; アンサンブルカルマンフィルタによる数値実験の概要

山本 真哉*; 本多 眞*; 櫻井 英行*; 尾上 博則; 増本 清*

no journal, , 

観測結果から一意にモデルを同定できない不適切問題を解く手段として、データ同化技術が近年注目されており、筆者らは地下水流動解析を対象として、逐次データ同化技術の一種であるアンサンブルカルマンフィルタを用いた逆解析手法を開発してきた。本研究では、アンサンブルカルマンフィルタを用いて、不均質な透水係数分布を同定するための手法について検討し、その適用性を数値実験により検証した。本数値実験の結果、不均質な透水係数分布を概ね同定できたことから、揚水試験結果から水理地質構造の透水不均質性を評価する際にアンサンブルカルマンフィルタが有用な逆解析手法になりうることが示された。

アンサンブルカルマンフィルタによる透水係数の空間的不均質性の推定

山本 真哉*; 本多 眞*; 櫻井 英行*; 尾上 博則; 増本 清*

no journal, , 

断層などの不連続構造によって生じる透水特性の空間的な不均質性は、周辺の地下水流動場に大きな影響を与えるため、その把握が重要となるが、原位置調査だけでこれを評価するのは容易ではない。しかし、透水特性に顕著な不均質性が存在した場合、原位置調査で取得された地下水観測データにもその影響が反映されると考えられるため、観測データと地下水流動モデルを用いて逆解析を行うことにより不均質性を評価できる可能性がある。透水係数の3次元分布を求めるためには多数の未知パラメータの同定が必要であり、さらに、地下水流動モデルは非線形であることから、これを一般的な逆解析手法で解くことは困難である。そこで、本研究では多次元かつ非線形の逆問題にも適用可能なアンサンブルカルマンフィルタによる逆解析を実施し、透水特性の空間的な不均質性の評価手法としての適用性を確認した。本手法の適用性確認にあたっては、揚水試験を模擬した数値実験を実施し、アンサンブルカルマンフィルタの性能や特性について考察した。