農林水産研究情報センターで作成したPDFファイルを使用している。

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第21094号 / 工博第4458号 / 新制||工||1693(附属図書館) / 京都大学大学院工学研究科都市環境工学専攻 / (主査)教授 米田 稔, 教授 高岡 昌輝, 准教授 福谷 哲 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

Groundwater is one of the main natural resources worldwide. Groundwater exists in aquifers below the earth surface and provides quantities of water for various purposes such as supply to households and businesses, public supply, drinking water supply, irrigation and agriculture. Sweden is also highly dependent on groundwater. As mentioned in the list of 16 Environmental Quality Objectives, that the Swedish Parliament established, "groundwater must assure a safe and sustainable supply of drinking water, as well as promoting viable habitats for plants and animals in lakes and watercourses". However, the protection of groundwater and generally the aquifer resources is prone to various human activities that are harmful in terms of volume and quality. The present thesis aims to investigate the behavior of groundwater towards such human activities of large scales, like a tunnel construction, and small scale, like a construction of a geothermal plant. The area under study is investigated through spatial analysis, using ArcGIS; the groundwater levels are monitored and further statistically analyzed by implementing a Modified Double Mass Statistical Analysis; and further on a 3D numerical model is built in COMSOL Multiphysics in order to simulate possible drawdown caused by human intervention to the natural environment. The created 3D model was used in order to evaluate the drawdown and different scenarios were implemented with the aim to determine the degree of sensitivity the model has towards fracture parameters. Since the occurrence of fractures in the rock mass is often connected to extended investigation and time/cost consuming techniques, the model contains an overall uncertainty concerning the location and properties of the fracture formations in the area. The different scenarios involve variation of fracture zone width and thus the behavior of the top soil layer is investigated in terms of recovery after drawdown. The results indicated connection to human activities, with the statistical analysis to support this. Also, the numerical model showed that the fracture properties are connected to the recovery time of the groundwater levels after a drawdown is noticed. Wider fracture zone width implied more time needed for the groundwater levels to get to their initial values, under the perception that the source of recharge is precipitation. On the other hand, narrow fracture zone width was connected with greater drawdown, compared to the wider width scenario, and also earlier in time recovery of the groundwater levels. The type of the soil layer and its vulnerability to human activities can vary greatly in terms of volume loss which can prove a hazard to existing infrastructure on the ground surface. The present study can prove useful in cases of prestudy of drilling projects of any scale. There is strong connection between fracture formations and recovery of groundwater levels and thus such kind of models can generate innovative techniques of planning before a project begins. / Grundvatten är en av de viktigaste naturresurserna världen över. Grundvatten finns i akviferer under jordytan och ger vatten för olika ändamål så som tillförsel till hushåll och företag, kommunalt bruk, dricksvattenförsörjning, bevattning och jordbruk. Även Sverige är mycket beroende av grundvatten. I en sammanställning av 16 nationella miljökvalitetsmål fastställde riksdagen bland annat att "grundvatten måste säkerställa ett säkert och hållbart utbud av dricksvatten samt att främja livskraftiga livsmiljöer för växter och djur i sjöar och vattendrag". Skyddet av grundvatten och de allmänna vattenresursresurserna är framtaget för att begränsa påverkan från olika mänskliga aktiviteter som är skadliga när det gäller volym och kvalitet. Föreliggande uppsats syftar till att undersöka grundvattnets beteende till följd av storskaliga mänskliga aktiviteter, till exempel en tunnelkonstruktion, och mindre aktiviteter, till exempel byggnation av en geotermisk anläggning. Det område som studeras undersöks genom rumslig analys, med hjälp av ArcGIS; grundvattennivån övervakas och analyseras vidare statistiskt genom implementering av en statistisk analys av Modified Double Mass Statistical Analysis; en numerisk 3D-modell byggs i mjukvaran COMSOL Multiphysics för att simulera möjlig grundvattennivåsänkning orsakad av mänsklig påverkan i den naturliga miljön. 3D-modellen användes för att utvärdera eventuell grundvattensänkning och olika scenarier implementerades med syfte att bestämma graden av känslighet med avseende på sprickparameterar i modellen. Eftersom förekomst av sprickor i bergmassan ofta innebär ett behov av utökad undersökning och tid/kostnadskrävande tekniker innehåller modellen en övergripande osäkerhet om platsen samt egenskaper hos sprickorna i området. De olika scenarierna involverar variation av sprickzonsbredd och det övre jordskiktets beteende betraktas i termer av återhämtning efter avsänkt grundvattennivå. Resultaten indikerade koppling till mänskliga aktiviteter, den statistiska analysen stödjer detta. Den numeriska modellen visade också att sprickornas egenskaper är kopplade till grundvattennivåernas återhämtningstid efter det att en grundvattennivåsänkning noterats. Bredare sprickzonsbredd innebar längre återhämtningstid för grundvattennivåerna att stiga till deras ursprungliga värden, under förutsättning att källan till återhämtning är nederbörd. Å andra sidan var en smalare sprickzonsbredd förenad med större grundvattenavsänkning samt snabbare återhämtning av grundvattennivån jämfört med scenariot för bredare sprickzoner. Jordlagrets typ och dess känslighet för påverkan från mänskliga aktiviteter kan variera kraftigt i fråga om volymförlust vilket kan utgöra en fara för befintlig infrastruktur på markytan. Den aktuella studien kan vara användbar i förstudier till borrprojekt av vilken skala som helst. Det finns stark koppling mellan sprickbildning och återhämtning av grundvattennivån, och sålunda denna typ av modeller generera innovativa planeringstekniker innan ett projekt börjar.