地球科学・海洋・気候・水循環/原理と探求
地下水と汚染物質の移動の解説
地下水は、地下に溜まった水全体が一度に同じ方向に移動するのではなく、水頭の違いに応じて流れます。修理伝導度・井戸量・汚染源と井戸の位置を変えて流れ線を比較してみてください。井戸が周囲の流れを変えると、汚染物質の移動経路も変わる可能性があります。
どのような原理？
水頭が低い方に流れ、井戸周辺では流れが集まります。汚染の到達時間は流速と位置・拡散・揚水条件によって異なります。
重要な関係
q=−K∇h · v=q/n · n=0.25
観察してみよう
- まず正常流水頭を繰り返し計算した後、汚染100kgを移動させます。背景色・灯水頭線・矢印と赤い汚染雲を見てみましょう。井戸室に0.01kg以上到達すると音がします。
- 同じ位置・羊水量でK=10と5m/dayを行い、300日の分布・模型到達時間を記録します。
- K = 10を維持し、羊水量または井戸の垂直位置のみを変更します。境界流出・羊水除去を含む全質量樹脂を比較します。
結果を読み解く
K=10 m/day、水頭傾斜サイズ0.01、n=0.25なら？
一方、流速の大きさはK×傾斜＝0.1m/dayで、実流速はq/n=0.4m/dayです。均一直線流の時間は距離/速度です。
モデルの仮定と限界
40×20格子、間隔5m、厚さ1m、均一K・空隙率n=0.25・拡散係数0.2m²/dayです。左右固定水頭11.95/10m、上下不透水境界です。正常流水頭は1回あたり最大12回、合計1800回または変化量1e-8mまで繰り返します。風上移流と保存型拡散を安定時間分割で計算します。到達時間は井戸区間0.01 kg基準のモデル値であり、観測予測ではありません。反応・吸着・不均質層は除きます。