海水準変動と密度流を考慮した地下水流動・物質移行解析

海水準変動は、気候変動による氷河の周期的な拡大・縮小の繰り返しにともなって海水面の高さが変動する現象で、侵食速度や地下水流動に変化をもたらす可能性があるため、地層処分が対象とする時間スケールにおいては、これを考慮した地下水流動評価を行います。

また、沿岸域では、河川水が海水に流れ込む場合など、塩分密度の異なる流体が重力の影響で互いに移動する密度流が生じます。このため、海水準変動と密度流を考慮した地下水流動評価では水頭差と岩盤の透水性に起因した地下水流れと物質移行を同時に解く連成解析を行います。

各時間断面での解析を効率化するための環境の構築

地形変化や海水準変動を考慮する地下水流動・物質移行解析では、各時間断面における境界条件での解析を繰り返し実施することになります。

鹿島では地下水流動・物質移行解析には汎用解析コードConnectFlowを用い、Pythonにより境界条件の切り替え（タイムステップの更新）を自動化しました。これによって、解析モデルを時間的に離散化して取り扱い、各時間断面における海水準と地形（別途解析により算出）による大局的な動水勾配の変化を考慮できるように解析環境を構築しています。

解析評価例

事例として、地質データなど公開情報が豊富な北海道幌延地区を題材に、解析モデルを構築して地下水流動評価を実施した結果を示します。この事例では、地下水流速の比較的小さい領域が海岸線から沖合10km程度の遠方に広く分布するなどの評価結果を得ることができました。