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論文

長期的な地形変化と気候変動による地下水流動状態の変動性評価手法の構築

尾上 博則; 小坂 寛*; 松岡 稔幸; 小松 哲也; 竹内 竜史; 岩月 輝希; 安江 健一

原子力バックエンド研究(CD-ROM), 26(1), p.3 - 14, 2019/06

高レベル放射性廃棄物の地層処分の安全評価は、処分施設閉鎖後、数万年以上に及ぶ時間スケールを対象として実施される。そのため、長期的な自然現象による影響を考慮した地下水の流速や移行時間といった地下水流動状態の長期変動性の評価技術の整備は重要な技術開発課題である。本研究では、長期的な自然現象のうち隆起・侵食による地形変化や気候変動に着目し、それらに対する地下水流動状態の変動性を、複数の定常解析結果に基づく変動係数で評価可能な手法を構築した。岐阜県東濃地域を事例とした評価手法の適用性検討の結果、過去100万年間の地形変化や涵養量の変化による影響を受けにくい地下水の滞留域を三次元的な空間分布として推定した。本評価手法を適用することで、地層処分事業の評価対象領域において、地形変化や気候変動に対する地下水流動状態の変動性が小さい領域を定量的かつ空間的に明示することができる。さらに、岐阜県東濃地域における事例検討結果を踏まえて、外挿法を用いた地下水流動状態の変動性の将来予測の基本的な考え方を整理するとともに、将来予測手法の適用可能な時間スケールについて考察した。

論文

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。

報告書

逆解析を用いた地下水流動のモデル化・解析に関する研究,2(共同研究)

尾上 博則; 山本 真哉*; 小橋 昭夫; 尾崎 裕介; 櫻井 英行*; 増本 清*

JAEA-Research 2018-003, 84 Pages, 2018/06

JAEA-Research-2018-003.pdf:17.44MB

本研究では瑞浪超深地層研究所周辺における透水不均質性の高い岩盤を対象とした数値実験を実施し、推定対象とする水理地質構造を絞り込むことや評価対象領域の水理地質構造を考慮した観測点の配置が重要であることを確認した。さらに、原位置で実施した揚水試験データを用いた逆解析を実施し、水圧応答データを用いた逆解析が、重要な水理地質構造の特定や水理地質構造の概念および解析モデルの信頼性の確認・向上といった地下水流動特性評価に有効であることが示された。

報告書

浅地中処分施設の周辺環境における予備的な三次元地下水流動解析

坂井 章浩; 黒澤 亮平*; 戸塚 真義; 仲田 久和; 天澤 弘也

JAEA-Technology 2016-032, 117 Pages, 2017/02

JAEA-Technology-2016-032.pdf:12.84MB

原子力機構廃棄物対策・埋設事業統括部では、原子力機構及び国内の研究施設などから発生する低レベルの放射性廃棄物(研究施設等廃棄物)の浅地中埋設処分を計画している。研究施設等廃棄物の浅地中処分では、放射性物質の移行評価のモデルを構築するため、立地環境をモデル化した3次元地下水流動解析を行うこととしている。しかし、現在、立地場所が決定していないことから、立地場所を対象とした評価はできない状況にある。一方、平成10年度に原子力機構の原子力科学研究所の敷地内における極低レベルコンクリート廃棄物の埋設実地試験において、3次元地下水流動解析が実施されている。当解析は処分施設周辺の地質環境をモデル化して有限要素法による計算コード3D-SEEPコードを用いて評価されている。本報告書は、浅地中処分を対象とする3次元地下水流動解析の予備的評価として、埋設実地試験に対して行われた評価に基づき、最新の知見を用いて3D-SEEPコードでモデルを再構築し、評価を実施した。この結果、適切な評価体系モデルの構築で、将来の研究施設等廃棄物の浅地中処分環境における3次元地下水流動解析は、十分に実施可能であると考えられる。

報告書

広域地下水流動研究における表層水理観測データ集; 2014年度

上野 哲朗; 竹内 竜史

JAEA-Data/Code 2015-032, 30 Pages, 2016/03

JAEA-Data-Code-2015-032.pdf:9.65MB
JAEA-Data-Code-2015-032-appendix(CD-ROM).zip:593.7MB

日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、広域地下水流動研究の一環として、地下水流動解析における上部境界条件を与える岩盤浸透量の水収支解析による算出、水理地質構造モデルのキャリブレーションに必要なデータの取得を目的として、表層水理観測を実施している。観測項目は降水量および河川流量であり、柄石川と日吉川を観測流域としている。本報告では、2014年度の表層水理観測で得られた降水量、河川流量について、データの欠測や異常値に対して補正・補完を行いデータセットとして取りまとめた。この表層水理観測は相当量のデータが蓄積されたため2014年度末を以て終了した。

論文

超深地層研究所計画の研究坑道の掘削を伴う研究段階における地下水流動のモデル化・解析

尾上 博則; 三枝 博光; 竹内 竜史

土木学会論文集,C(地圏工学)(インターネット), 72(1), p.13 - 26, 2016/01

AA2015-0210.pdf:4.75MB

日本原子力研究開発機構は、岐阜県瑞浪市において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の一環として超深地層研究所計画を実施している。本研究では研究坑道の掘削に伴い実施した地下水流動のモデル化・解析に関する研究成果を体系的に整理するとともに、断層などによる水理学的な不均質性が高い結晶質岩地域での地下施設の建設に伴う地下水流動のモデル化・解析に有効となる調査データやモデル化・解析のアプローチについての技術的知見を示した。また、地下水流動のモデル化・解析結果の妥当性を確認するにあたっては、地下施設の建設に伴う地下水水質の変化を用いた比較検討が有効であり、水理学分野と地球化学分野間にわたる評価の重要性を示した。

報告書

割れ目分布に起因した水理特性の不均質性を考慮した水理地質構造のマルチスケールモデル化手法開発に関わる検討

三枝 博光; 尾上 博則; 石橋 正祐紀; 田中 達也*; 鐙 顕正*; 橋本 秀爾*; Bruines, P.*

JAEA-Research 2015-011, 59 Pages, 2015/10

JAEA-Research-2015-011.pdf:49.44MB

割れ目系岩盤を対象とした高レベル放射性廃棄物の地層処分における地下水移行シナリオに基づく安全評価にあたっては、地下水流動特性の評価が重要であり、そのためには、地下水流動の卓越経路となる割れ目やその水理特性の空間分布を推定する必要がある。このことから、岩盤中の割れ目分布に起因した水理特性の不均質性を考慮した水理地質構造のマルチスケールモデル化手法を構築することを目的に、割れ目ネットワークモデルを適用した数十m四方程度の領域における三次元地質構造モデルおよび水理地質構造モデルを構築した。さらには、構築した割れ目ネットワークモデルに基づき、水理特性の空間的不均質性を考慮した連続体モデルを用いた数km四方程度の領域における水理地質構造モデルを構築した。これらの検討を通じて、調査データの種類や量に応じた割れ目ネットワークモデルを適用した地質構造モデルや水理地質構造モデルを構築するための方法論や、水理特性の空間的不均質性を考慮した連続体モデルによる水理地質構造モデルを構築するための方法論を提示した。

報告書

超深地層研究所計画(岩盤の水理に関する調査研究); 第2段階におけるサイトスケールの水理地質構造モデルの構築

尾上 博則; 小坂 寛*; 竹内 竜史; 三枝 博光

JAEA-Research 2015-008, 146 Pages, 2015/08

JAEA-Research-2015-008.pdf:76.46MB

日本原子力研究開発機構では、地層処分研究開発の基盤となる深地層の科学的研究の一環として、岐阜県瑞浪市において結晶質岩を対象とした超深地層研究所計画(以下、MIU計画)を進めている。MIU計画では、研究坑道の建設工程やこれに伴う調査研究の課題、対象、空間スケールなどの違いを考慮し、第1段階(地表からの調査予測研究段階)、第2段階(研究坑道の掘削を伴う研究段階)、第3段階(研究坑道を利用した研究段階)の3つの段階に区分して研究を進めている。本研究では、サイトスケール(研究所用地を中心とした2km四方の領域)の水理地質構造モデルの構築・更新に係る方法論の整備を目的として、第1段階および第2段階で取得されたデータを用いた地下水流動解析を実施し、水理地質構造モデルのキャリブレーションを実施した。その結果、研究坑道掘削前の地下水圧分布ならびに研究坑道掘削に伴う湧水量や地下水圧分布の変化を総合的に精度よく再現できる第2段階のサイトスケールの水理地質構造モデルを構築することができた。

論文

Analysis of radionuclide migration with consideration of spatial and temporal change of migration parameters due to uplift and denudation

島田 太郎; 武田 聖司; 向井 雅之; 宗像 雅広; 田中 忠夫

Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.1744, p.229 - 234, 2015/04

隆起・侵食を伴う地層処分サイトを対象として、地質構造の長期的変化を考慮して解析する地下水流動と、水質変化を考慮して解析する人工バリア長期変遷の結果に基づいて、地質,水質,距離などが時間的・空間的に変化する移行経路上の核種移行を解析する総合的な安全評価手法を整備した。また、本手法により隆起・侵食を伴う仮想的な堆積岩サイトに対してケース解析を行った。その結果、一様隆起と侵食の組み合わせの場合に、対地深度が減少して地下水流速が増加するため、その地質及び水理構造の変化が核種移行に大きな影響をもたらすことがわかった。また、侵食がない場合には、動水勾配が上昇することによって地下水流速が増加するため、一様隆起よりも傾動隆起のほうが核種移行フラックスが大きくなった。処分施設設置のための事前調査においては、隆起・侵食を含む長期的な地質構造、水理条件、地下水の涵養及び流出域の特性を十分に調査し、処分場の適切な位置、深度、レイアウト設計に反映する必要がある。

論文

地層処分システムの安全評価

梅木 博之*; 木村 英雄

日本原子力学会誌, 46(1), p.38 - 51, 2004/01

放射性廃棄物の処分は人間が直接関与することのない受動的なシステムで行われる。地層処分は、高レベル放射性廃棄物などの長寿命の放射性廃棄物を人間とその環境から安全に隔離するための方法である。ここでは、地層処分を例に安全評価について説明する。

報告書

モックアップ試験装置を用いたJCO沈殿槽の熱特性シミュレーション試験

渡辺 庄一; 三好 慶典; 山根 祐一

JAERI-Tech 2002-043, 93 Pages, 2002/03

JAERI-Tech-2002-043.pdf:6.74MB

ウラン加工工場臨界事故では、初期バースト出力に引き続き、プラトー部では熱的に有意な出力レベルが持続した。一連の事故出力変化は、JCO東海事業所の$$gamma$$線エリアモニタの観測データとして記録されている。この有意な出力レベルが持続した要因として、JCO沈殿槽の冷却水ジャケットの水が流れていたことが挙げられる。また、緩やかな出力降下が観測されたが、主な要因として燃料溶液からの水分蒸発効果が考えられる。観測された出力を再現し得る熱的な条件について知見を得ることを目的として、JCO沈殿槽の本体部を模擬したモックアップ試験装置を製作し、一点炉近似動特性方程式を解いて得られた出力に基づき電気ヒータ出力を制御する方法により、プラトー部での熱特性シミュレーション試験を行った。主な試験パラメータは、初期投入反応度に対応する初期溶液温度及び熱除去にかかわる冷却水流量である。試験では有意な水分蒸発量が測定され、反応度約2.5ドルの場合にプラトー部での観測値を再現する結果が得られた。

報告書

ベントナイトの長期安定性の検討-セメント系材料の影響を受けた地下水中のベントナイト安定性の予備調査-

市毛 悟*; 三原 守弘; 大井 貴夫

JNC-TN8430 2001-007, 56 Pages, 2002/01

JNC-TN8430-2001-007.pdf:13.13MB

放射性廃棄物の地層処分では、廃棄物への地下水の浸入と廃棄物からの核種の溶出及び移行を抑制するため、低透水性で収着能を有したベントナイトと呼ばれる粘土の使用が検討されている。一方、処分施設の構造材や埋め戻し材等として、セメント系材料の使用が検討されている。セメント系材料と接触した地下水はアルカリ性を示し、膨潤特性の劣化などベントナイトの性能に影響を与えることが予想されている。そのため、処分システムの安全評価を行うためには、処分環境におけるベントナイトの変質について検討するとともに、ベントナイトの長期的な変遷挙動を予測することが重要となる。本研究では、ベントナイトの変質の結果生じる鉱物を確認することを目的として、3種類の試験溶液(Ph=7,12.5,14)と粉末ベントナイトを用いた高温条件(200$$^{circ}C$$)でのバッチ浸漬試験を実施し、セメント系材料の影響として報告されている層間陽イオン交換、ゼオライト化、バイデライト化、シリカセメンテーション及びC-S-Hゲル化の生成について検討した。試験の結果、液相中のNaイオン濃度の増加とCaイオン濃度の減少からベントナイトのカルシウム化の可能性を確認するとともに、浸出陽イオン量を用いた概略的な解析からCa化を定量化した。また、液相分析の結果及び平衡論を用いたアナルサイムの安定性解析の結果から、アナルサイムの生成にはケイ素の溶出にかかわる溶液のPhに加え、溶液中のナトリウム濃度が影響を与えている可能性を具体的に示した。 今後はこれらの要素試験的な結果を踏まえ、処分環境下での長期的なベントナイトの変質挙動について検討していく。

論文

深層地下水の流動特性に関する研究

熊田 政弘; 向井 雅之; 岩本 宏*

JAERI-Conf 2001-015, p.80 - 81, 2001/12

高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価のためには、地下水シナリオに基づき地下の処分場から漏洩する放射性核種の地中移行を予測しなければならない。このためには、放射性核種の輸送媒体である地下水の流動特性を把握する必要がある。本研究では、長期にわたる地下水流動の把握のため、水素、酸素、及び炭素などの天然の同位体(環境同位体)を用いた水文地質学的な研究を行った。また、岩盤内の地下水流は、岩盤亀裂により規制されており、岩盤亀裂検出技術として有望な比抵抗トモグラフィについてシミュレーション実験などの基礎的な研究を行った。

報告書

LABROCK用透水性キャリブレーション岩体の採取

内田 雅大; 吉野 尚人

JNC-TN8410 2001-016, 36 Pages, 2001/05

JNC-TN8410-2001-016.pdf:1.53MB

本技術報告は、東海事業所地層処分基盤研究施設に設置してある亀裂状媒体水理試験設備(LABROCK)において、原位置と同じ垂直荷重状態とするために原位置での透水試験を行った天然岩体の採取状態についてまとめたものである。なお、本資料は、平成5年10月に動力炉・核燃料開発事業団によって取りまとめられたものである。

報告書

亀裂状媒体水理試験設備(LABROCK)用試験岩体の切り出し・整形

内田 雅大; 吉野 尚人

JNC-TN8410 2001-015, 35 Pages, 2001/05

JNC-TN8410-2001-015.pdf:1.73MB

本技術報告は、東海事業所地層処分基盤研究施設に設置してある亀裂状媒体水理試験設備(LABROCK)において使用する釜石原位置試験場天然岩体の切り出し、整形についてまとめたものである。なお、本資料は、平成5年3月に動力炉・核燃料開発事業団によって取りまとめられたものである。

報告書

地層中における地下水の移行性と放射性核種の移行挙動; カナダ原子力公社との協力研究の成果

小川 弘道; 長尾 誠也; 山口 徹治; 向井 雅之; 宗像 雅広; 坂本 義昭; 中山 真一; 武田 聖司; 木村 英雄; 熊田 政弘; et al.

JAERI-Research 2000-052, 101 Pages, 2001/01

JAERI-Research-2000-052.pdf:8.27MB

カナダ原子力公社はURLと名付けられた地下研究施設を運営する世界でも有数の原子力研究機関である。日本原子力研究所は、我が国の高レベル放射性廃棄物地層処分の安全評価手法確立に寄与するために平成6年3月から平成10年9月までの期間にわたり、上記の施設での研究を中心にカナダ原子力公社と協力研究を実施した。本協力研究協定では、(1)URLにおける原位置条件下での亀裂媒体における核種移行実験、(2)URL及び浅地中の地下水を対象にした地下水中の溶存有機物の影響評価研究、(3)環境同位体による広域な地下水流動の研究、(4)地下水の流れ及び核種移行のモデル化に関する研究も平行して進めた。本報告書は、4年半にわたる協力研究協定の成果概要をとりまとめたものである。

報告書

天然現象の発生が地層処分システム性能に与える影響についての概略的検討-サイトを特定しない段階での検討例-

牧野 仁史; 加藤 藤孝; 宮原 要

JNC-TN8400 2000-033, 74 Pages, 2000/11

JNC-TN8400-2000-033.pdf:3.13MB

天然現象は地質環境の長期安定性に擾乱を与える可能性のある要因の一つであり、その発生の時期、頻度及び影響の形態などに関する不確実性を考慮することが必要であるため、将来において地層処分システムが天然現象の影響を被るものとあえて想定することにより、天然現象が地層処分システムの性能に与える影響を評価し、サイト選定に際して留意すべき天然現象とその影響について把握しておくことは重要である。このため、本検討では、地質環境の長期安定性に影響を与える可能性のある天然現象として、各国の例やわが国の特徴を踏まえた検討の結果抽出された、(1)隆起・沈降・侵食、(2)気候・海水準変動、(3)地震・断層活動、(4)火山・火成活動、の各天然現象について、それらの発生をあえて想定するとともに、それらが地層処分システムの性能に与える特徴的な影響に焦点をあてた検討を行った。その結果、変動シナリオに関しては、断層活動により地下水流れ及び核種移行の卓越的な経路となる断層が廃棄体を横切ることを想定した場合において、断層活動発生時期や断層内地下水流量の値によっては、最大線量が諸外国で提案されている安全基準やわが国の自然放射線レベルと同レベルとなる可能性のあることが示されたが、その他の天然現象については、最大線量が諸外国で提案されている安全基準を下回る結果が得られた。また、接近シナリオに関しては、地層処分起源の核種量ないしは核種フラックスが天然のものと比較可能なレベルである可能性が示唆された。これらの結果は、サイト選定に際して留意すべき天然現象とその影響についての情報として用いることができると考えられる。しかしながら、比較的簡単なモデル化を行うとともに、保守的な想定(条件)を組合せた評価の結果であるため、天然現象の影響が絶対値として大きいかどうかを直接的に判断するための情報として用いることには注意が必要である。

報告書

平成12年度地層科学研究情報・意見交換会 -要旨集-

武田 精悦; 長谷川 健; 杉原 弘造; 中司 昇; 中野 勝志; 松井 裕哉; 石丸 恒存

JNC-TN7410 2000-003, 65 Pages, 2000/11

JNC-TN7410-2000-003.pdf:5.09MB

None

報告書

広域地下水流動研究の現状 -平成4年度$$sim$$平成11年度-

小出 馨; 中野 勝志; 竹内 真司; 濱 克宏; 松井 裕哉; 池田 幸喜; 杉原 弘造

JNC-TN7400 2000-014, 83 Pages, 2000/11

JNC-TN7400-2000-014.pdf:4.84MB

核燃料サイクル開発機構(以下、サイクル機構という)の東濃地科学センターでは、地層処分研究開発の基盤となる深部地質環境の科学的研究を地層科学研究として実施している。この研究の一環として、広域における地質環境、特に地下水の流動と地球化学的性質を把握するための体系的な調査・解析技術の開発を重要な研究課題として、「広域地下水流動研究」を平成4年度から岐阜県土岐市にある東濃鉱山およびその周辺域を研究開発の場として実施している。本研究では、開始後の5年間(平成4年度$$sim$$平成8年度)までは、主として調査・解析に関する要素技術の開発とその有効性・適用性の確認に主眼を置いた研究が行われ、深度1000m対応の水理試験装置・採水装置などをはじめ、深部地質環境の特性を把握するための調査機器・手法が実用化された。その後は、要素技術の開発と並行して、広域を対象とした地下水の流動および地球化学的性質に関する研究を通して、地質環境調査技術の体系化に向けた研究開発が進められている。これまでに、約10km四方の研究実施領域を対象にリモートセンシング調査、空中物理探査、地上物理探査、地表地質調査、表層水理調査、試錐調査および地下水長期観測が実施された。これにより、表層地質の分布、花崗岩体の岩相(粒度・鉱物組成)の不均質性などの地質学的情報、花崗岩の透水性や地下水の水頭分布などの水理学的情報、花崗岩中における地下水の水質形成機構などの地球化学的情報が得られている。さらに、これらの調査研究を通して、地質環境を調査するための方法論や個々の手法について、技術的知見や経験が蓄積されている。これらの調査・研究成果は、深部地質環境のデータとしてサイクル機構が平成11年度に国へ提出した地層処分研究開発成果の第2次取りまとめに反映されると共に、大学などの外部研究機関の研究活動にも活用されている。今後は、地層処分の安全規制などの科学的・技術的根拠となるよう研究を進める計画である。

報告書

平成12年度研究開発課題評価(中間評価)報告書 評価課題「深地層の研究施設における研究計画」-主に超深地層研究計画第2段階の計画案について-

研究開発評価委*

JNC-TN1440 2000-010, 145 Pages, 2000/11

JNC-TN1440-2000-010.pdf:6.19MB

核燃料サイクル開発機構(以下、サイクル機構)は、「国の研究開発全般に共通する評価の実施方法の在り方についての大綱的指針」(平成9年8月7日、内閣総理大臣決定)及びサイクル機構の「研究開発外部評価規程」(平成10年10月1日制定)等に基づき、「深地層の研究施設における研究計画」に関する中間評価を研究開発課題評価委員会(廃棄物処理処分課題評価委員会)に諮問した。これを受けて、廃棄物処理処分課題評価委員会は、本委員会によって定めた評価方法に従い、サイクル機構から提出された課題説明資料、補足説明資料及び委員会における議論に基づき、本課題の評価を行った。本報告書は、その評価結果をサイクル機構の関係資料とともに取りまとめたものである。

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