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本研究は以下の5点をサブテーマとして実施した。(1)DNAPLの土壌空隙内拘束、残存を支配するパラメータの特性把握、(2)飽和帯における汚染源付近のDNAPL移行解析モデルの高精度化、(3)地層の汚染残留特性の把握と支配パラメータの同定、(4)不飽和帯・飽和帯DNAPL移行モデルの統合による数理ツールの開発、(5)汚染地層の残留特性をパラメータとしたDNAPL移行モデルの現地適用性検討。(1)では、DNAPLの土壌中残存のパラメータ(空隙内拘束係数)が、マクロ的なキャピラリー数とボンド数と関連づけられることを示した。土壌内における汚染物質の移動予測、浄化・修復に関わるパラメータとして、以下の成果が得られた。汚染物質の輸送を促進する土壌コロイド粒子の流出は付着水内のコロイド拡散が律速となる。コロイドを土壌に供給すると、その約50%が土壌内に補足される。コロイドの流速はトレーサー(臭素イオン)に比べ3〜4倍大きく、農薬のコロイドへの吸着は土壌に比べ 3x10^3倍と極めて大きい。土壌内の気体移動に関しては、気相率、間隙径分布などの土壌構造を考慮した新しいパラメータ予測モデルを提案した。これにより土壌特性からパラメータが簡便に得られ、汚染物質(気体)の土壌内挙動予測が可能となった。(2)では、IP(Invasion Percolation)理論にもとづくフィンガリングモデルと、本研究のモデルとを比較検討し、パラメータλの特性把握に基づき移行解析モデルの高精度化を行った。(3)では、不均質汚染地盤を想定したカラム実験により、流速が大きい場合でも溶出速度が小さくなることが確認された。(4)は、空隙、実験室、現地スケールのそれぞれについて、DLA(Diffusion Limited Aggregation)、IPに代表される確率的モデルと、移流分散式の差分式による数値手法の特徴を整理し、差分スキームの安定性、解の格子依存性、物質収支の格子依存について明らかにした。(5)においては、構築したモデルの現地適用性の検討を実施するとともに、健全な地下水資源を保全・利用する観点から、地下水資源マネージメントの枠組みを定め、汚染現地を含む局所的な地下水理モデルから、広域地下水盆水理モデルによる地下水流動解析にいたる数理的手法とその運用に関わる諸課題を明らかにした。
1.論文等1) 佐々木孝、佐藤邦明、IP理論にもとづく空隙中DNAPL残存特性の基礎的研究、水工学論文集、第51巻、p.505-510、2007.2) Moldrup, P., T. Olesen, S. Yoshikawa, T. Komatsu, and D.E. Rolston, Predictive-Descriptive Models for Gas and Solute Diffusion Coefficients in Variably Saturated Porous Media Coupled to Pore-Size Distribution: I. Gas Diffusivity in Repacked Soil, Soil Science, Vol.170, No.11, p.843-853, 2005.3) Moldrup, P., T. Olesen, S. Yoshikawa, T. Komatsu, and D.E. Rolston, Predictive-Descriptive Models for Gas and Solute Diffusion Coefficients in Variably Saturated Porous Media Coupled to Pore-Size Distribution: II. Retention-Based Models for Gas Diffusivity in Undisturbed Soil, Soil Science, Vol.170, No.11,p.854-866, 2005.4) Moldrup, P., T. Olesen, S. Yoshikawa, T. Komatsu, and D.E. Rolston, Predictive-Descriptive Models for Gas and Solute Diffusion Coefficients in Variably Saturated Porous Media Coupled to Pore-Size Distribution: III. Inactive Pore Space Interpretations of Gas Diffusivity. Soil Science, Vol.170, No.11, p.867-880, 2005.5) Poulsen,T.G., Per Moldrup, Lis W de Jonge, and Toshiko Komatsu, Colloid and Bromide Transport in Undisturbed Soil Columns: Application of Two-Region Model Vadose Zone Journal 5: p.649–656 (2006)6) Poulsen, T.G., P. Moldrup, S. Yoshikawa, and T. Komatsu, Bi-modal probability law model for unified description of water retention, air and water permeability, and gas diffusivity in variably saturated soil, Vadose Zone Journal, No.5, p.1119-1128,2006.7) Kawamoto, K., P. Moldrup, P. Schjonnning, B.V. Iversen, D.E. Rolston, and T.Komatsu, Gas Transport Parameters in the Vadose Zone: Gas Diffusivity in Field and Lysimeter Soil Profiles, Vadose Zone Journal, No.5, p.1194-1204, 2006.8) Kawamoto, K., P. Moldrup, P. Schjonning, B.V. Iversen, T. Komatsu, and D.E.Rolston, Gas Transport Parameters in the Vadose Zone: Development and Tests of Power-Law Models for Air Permeability, Vadose Zone Journal, No.5, p.1205-1215, 2006.9) Resurreccion, A. C., K. Kawamoto, T. Komatsu, P. Moldrup, N. Ozaki, and D.E. Rolston, Gas Transport Parameters Along Field Transects of a Volcanic Ash Soil. Soil Science, Vol.172, No.1, p.3-16, 2007.10) Augustus C. Resurreccion, Ken Kawamoto, Toshiko Komatsu, Per Moldrup, Kuniaki Sato, and Dennis E. Rolston, Gas Diffusivity and Air Permeability in a Volcanic Ash Soil Profile: Effects of Organic Matter and Water Retention. 11p, Soil Science 2007. (Accepted: Feb. 2, 2007)11) 小林滋、伊藤一正、佐藤邦明、地球化学的モデリングを利用した地下水質解析の紹介 : 地下水中のヒ素濃度変化の解析を例として、地下水技術、第48巻、第2号、p.27-32、2006 問い合わせ中のため削除12) Sasaki, T., Sato, K., Wada, A. and Giri, R.R., DNAPL migration analysis by means of a coupled TVD finite difference method with random walk process, Proceedings of 31th IAHR Congress, Vol. Theme C, p.2284-2293, Seoul, Korea, 2005.13) 佐藤邦明、地下水資源マネージメント、水循環 貯留と浸透、第63号、p.5-9、2007.14) 蛯原雅之、渡邉暁人、佐藤邦明、都市における地下水有効利用の方向性について、地下水技術、第48巻、第12号、p.23-30、2006. 問い合わせ中のため削除2.口頭発表1） 佐々木孝、佐藤邦明、IP理論にもとづくDNAPL残存モデルの検証と応用、第12回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会、p.191-194、2006.2） 増岡健太郎、下村雅則、樋口雄一、TCE原液の混在する地盤における溶出速度に関する実験的研究、第12回地下水・土壌汚染とその防止対策に関する研究集会、p.328-331、2006.3） 増岡健太郎、下村雅則、不均質地盤中での残留DNAPLの溶出モデルに関する研究、日本地下水学会2006年秋季講演会講演要旨、p.156-161、2006.4） 佐々木孝、佐藤邦明、地下水中難水溶性物質移行モデルの現地適用における数値手法の課題、地下水流動解析とモデル化に関するシンポジウム、p.35-42、2007.3.参考資料1） 佐藤邦明、伊藤一正、MODFLOW2000の基礎式と解析アルゴリズム、p.1-8、2007. 削除
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