埼玉大学 総合研究機構 環境科学研究センター

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本研究についてのお問合わせ先TEL.048-858-3116
komatsu@mail.saitama-u.ac.jp

持続可能な水利用を実現する革新的な技術とシステム

地圏熱エネルギー利用を考慮した地下水管理手法の開発
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◆研究計画とその進め方◆

これらの課題を研究するため,次の図1に示す4つの研究計画を設定する.各研究計画の概要は以下の通りである.


[1] 地圏熱・地下水利用による地圏環境変化把握(担当:全研究グループ)

                                                                表1
 表1に示すように,本研究プロジェクトでは,東京都内および栃木県内の都市域・農地においてボーリング孔を設置し,ヒートポンプシステム(GHP),GHP+蓄熱槽システム(GSS),帯水層(地下水)への蓄熱システム(AHS)の実証試験を行う.研究代表グループは,主に農地Bサイトのボーリング孔およびその周辺の観測井を用いて,不飽和および飽和帯(地下水)における物質(水・ガス・溶質)・熱動態を経時的に観測する.研究グループ@は,各サイトにおいて微生物対応ボーリング孔を設け,地盤内に生存する微生物叢を同定するとともに,地下水中の微生物叢を経時的に分析し,地下水あるいは地圏熱利用に伴う地下水微生物生態系の変化を経時的に観測する.研究グループAは,GHPシステムの実証試験および観測データを用いて[2]で開発する地圏熱ポテンシャル量(熱利用可能量)評価手法の検証を行う.研究グループBは,地中レーダによるボーリング孔周辺の探査を行い,地圏熱の利用,排熱,蓄熱,地下水くみ上げに伴う地圏の熱応答および力学的挙動変化の実証試験を行う.さらに,研究代表グループおよび研究グループ@は,室内試験により地圏熱利用時の地圏環境を再現し,人為的な熱攪乱を加えた場合の物質・熱・微生物動態変化を調べる.また,研究代表グループは,地圏の物質・熱輸送を規定する物質・熱輸送係数を測定し,地圏の熱環境の変化を考慮した新たな物質・熱輸送係数モデルを提案する.

[2] 高効率地圏熱利用システムの開発(担当:研究グループA)

 研究グループAは,主に都市近郊の農業地域(表1)を実証サイトとして,地圏熱ポテンシャル量(熱利用可能量)評価手法の確立を目指す.具体的には,ボーリング孔を利用した熱物性評価装置の開発,堆積学的知見と既存ボーリングデータに基づく高度3次元地質構造モデルを構築する.構築する地圏熱ポテンシャル量評価手法を用いて,熱交換容量を最大限に引き出し,かつ,農業用水等を利用した補助発電法を併用する地産地消型高効率熱利用システムの開発を行う.

[3] 環境アセスメントツール開発(担当:研究グループ@・B)

 地下水/地圏熱利用が地圏の物質・熱循環および微生物動態に及ぼす影響を評価するためのツールを構築する.具体的には,研究グループ@は,[1]での継続的な環境微生物動態観測結果と室内試験での微生物分析から,地圏の熱環境変化による地下水中の微生物叢活動変化の評価手法を構築する.また,研究グループBは,地下水/地圏熱利用時の地盤の力学的特性(沈下)を考慮した物質・熱連成シミュレーションモデルを構築し,[1]で得た長期観測データを用いて検証する.物質・熱連成シミュレーションモデルには,研究代表グループが構築する物質・熱輸送係数モデルを組み込む.

[4] 地圏熱エネルギーを考慮した地下水管理指針の提案(担当:研究代表グループ)

 本研究プロジェクトを通して構築する高効率地圏熱利用システムならびに地圏熱/地下水利用時における地圏/地下水における環境アセスメントツールを統括する.地圏中の物質・熱動態や微生物環境への影響を最小限に抑えるための,環境に配慮した持続的地圏熱/地下水利用・管理法に関するガイドラインを作成する.


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