特定のストレージ

水文地質学の分野では、貯留特性とは、帯水層が地下水を放出する能力を特徴付ける物理的特性のことです。これらの特性は、貯留能 (S)、比貯留量 (Ss)、比湧出量 (Sy) です。Freezeと Cherry (1979) によるGroundwaterによると、飽和帯水層の比貯留量[m ⁻¹ ] は、水頭の単位低下時に帯水層の単位容積から貯留層から放出される水の量として定義されています。^[1]${\displaystyle S_{s}}$

これらは、多くの場合、フィールドテスト（帯水層テストなど）と帯水層物質サンプルの実験室テストを組み合わせて決定されます。最近では、これらの特性は、干渉合成開口レーダーから得られたリモートセンシングデータを使用して決定されるようになりました。^{[2] [3]}

貯留係数または貯留率は、帯水層の単位面積あたりの水頭低下当たりの貯留層から放出される水の量です。貯留係数は無次元量であり、常に 0 より大きくなります。

${\displaystyle S={\frac {dV_{w}}{dh}}{\frac {1}{A}}=S_{s}b+S_{y}\,}$

• ${\displaystyle V_{w}}$貯留層から放出される水の量（[L ³ ]）である。
• ${\displaystyle h}$水頭（[ L ]）
• ${\displaystyle S_{s}}$特定のストレージ
• ${\displaystyle S_{y}}$比収量
• ${\displaystyle b}$帯水層の厚さは
• ${\displaystyle A}$面積は（[L ² ]）

被圧帯水層または帯水層の場合、貯留率は垂直に統合された比貯留値です。比貯留とは、1 単位の落差で帯水層の 1 単位容積から放出される水の量です。これは、帯水層の圧縮率と水自体の圧縮率の両方に関係しています。帯水層または帯水層が均質であると仮定すると、次のようになります。

${\displaystyle S=S_{s}b\,}$

非閉じ込め帯水層の場合、比貯留量（ ）からの放出量は通常桁違いに少ない（ ）ため、貯留率は比湧出量（）とほぼ等しくなります。 ${\displaystyle S_{y}}$${\displaystyle S_{s}}$${\displaystyle S_{s}b\ll \!\ S_{y}}$

${\displaystyle S=S_{y}\,}$

比貯水量とは、帯水層が完全に飽和した状態で、帯水層の単位質量または単位体積あたり、水頭の単位変化あたりに、帯水層の一部が貯留層から放出する水の量です。

質量比貯留量とは、帯水層の質量あたり、水頭の単位低下あたりに 帯水層が貯留層から放出する水の質量です。

${\displaystyle (S_{s})_{m}={\frac {1}{m_{a}}}{\frac {dm_{w}}{dh}}}$

どこ

${\displaystyle (S_{s})_{m}}$は質量比貯蔵量（[L ⁻¹ ]）である。

${\displaystyle m_{a}}$水が放出される帯水層の部分の質量（[M]）である。

${\displaystyle dm_{w}}$貯留層から放出された水の質量（[M]）であり、

${\displaystyle dh}$水頭（[L]）の低下です。

容積比貯留量（または容積比貯留量）は、帯水層の容積あたり、水頭の単位低下あたりに 帯水層が貯留層から放出する水の量です（Freeze and Cherry、1979）。

${\displaystyle S_{s}={\frac {1}{V_{a}}}{\frac {dV_{w}}{dh}}={\frac {1}{V_{a}}}{\frac {dV_{w}}{dp}}{\frac {dp}{dh}}={\frac {1}{V_{a}}}{\frac {dV_{w}}{dp}}\gamma _{w}}$

どこ

${\displaystyle S_{s}}$は体積比貯蔵量（[L ⁻¹ ]）である。

${\displaystyle V_{a}}$帯水層から水が放出される部分の体積である（[L ³ ]）。

${\displaystyle dV_{w}}$貯留層から放出される水の量（[L ³ ]）である。

${\displaystyle dp}$圧力の低下（N・m ⁻²または[ML ⁻ 1T ⁻² ]）である。

${\displaystyle dh}$水頭（[L]）の低下と

${\displaystyle \gamma_{w}}$水の比重（ N・m ⁻³または[ML ⁻ 2T ⁻² ]）である。

水文地質学では、質量比貯留よりも体積比貯留の方がはるかに一般的に使用されています。したがって、比貯留という用語は、通常、体積比貯留を指します。

測定可能な物理的特性の観点から、比貯蔵は次のように表される。

${\displaystyle S_{s}=\gamma _{w}(\beta _{p}+n\cdot \beta _{w})}$

どこ

${\displaystyle \gamma_{w}}$水の比重（N・m ⁻³または[ML ⁻ 2T ⁻² ]）

${\displaystyle n}$材料の多孔度（ 0から1の間の無次元比）

${\displaystyle \beta_{p}}$は帯水層物質全体の圧縮率（m ² N ⁻¹または [LM ⁻¹ T ² ]）であり、

${\displaystyle \beta_{w}}$水の圧縮率（m ² N ⁻¹または [LM ⁻¹ T ² ]）

圧縮率の項は、応力の特定の変化と体積の変化 (ひずみ) を関連付けます。これら 2 つの項は次のように定義できます。

${\displaystyle \beta _{p}=-{\frac {dV_{t}}{d\sigma _{e}}}{\frac {1}{V_{t}}}}$

${\displaystyle \beta _{w}=-{\frac {dV_{w}}{dp}}{\frac {1}{V_{w}}}}$

どこ

${\displaystyle \sigma_{e}}$有効応力（N/m ²または [MLT ⁻² /L ² ]）

これらの式は、単位体積あたりの印加応力（有効応力または間隙水圧）の変化あたりの総量または水量（または）の変化を関連付けます。圧縮率（および S _{s ）は、}土質力学の圧密理論（カール・テルツァギによって開発）を使用して、実験室での圧密試験（コンソリデメーターと呼ばれる装置を使用）から推定できます。 ${\displaystyle V_{t}}$${\displaystyle V_{w}}$${\displaystyle \sigma_{e}}$${\displaystyle p}$

帯水層試験解析では、通常近くの井戸からの汲み上げによって誘発される応力に対する井戸の水位の低下と回復の反応を調べることで、帯水層システムの貯留係数を推定します。 ^[4]

弾性および非弾性の骨格貯蔵係数は、ライリーが開発したグラフィカル手法によって推定できます。^[5]この方法では、加えられた応力（水頭）をy軸に、垂直ひずみまたは変位（圧縮）をx軸にプロットします。これらの圧縮ヘッドの軌跡の主な線形傾向の逆勾配が骨格貯蔵係数を示します。応力ひずみ曲線を作成するために使用される変位は、伸縮計、^{[5] [6]} InSAR ^[7]または水準測量によって決定できます。^[8]

実験室での圧密試験では、非弾性範囲内での圧密係数の測定値が得られ、垂直透水係数の推定値が得られます。^[9]サンプルの非弾性骨格比ストレージは、垂直透水係数と圧密係数の比を計算することによって決定できます。

地盤沈下のシミュレーションには、帯水層システムの貯留量と透水係数のデータが組み込まれています。これらのモデルを較正することで、貯留係数と垂直透水係数の最適な推定値を得ることができます。^{[8] [10]}

比湧出量 は、排水可能空隙率とも呼ばれ、有効空隙率以下の比率であり、重力の力によって帯水層からすべての水が排出された場合に、特定の帯水層が帯水層全体の体積に対して生み出す体積分率を示します。

${\displaystyle S_{y}={\frac {V_{wd}}{V_{T}}}}$

どこ

${\displaystyle V_{wd}}$排水された水の量であり、

${\displaystyle V_{T}}$岩石または物質の総量

これは主に非圧帯水層に使用されます。弾性貯留成分 は比較的小さく、通常は寄与がわずかであるためです。比降伏強度は有効多孔度に近くなる可能性がありますが、この値を見かけよりも複雑にする微妙な要素がいくつかあります。排水後も地層内には常に水が残ります。地層内の砂や粘土の粒子に付着しているからです。また、不飽和流によって引き起こされる複雑な問題のため、比降伏強度の値は長期間完全には実現されない可能性があります。不飽和流に関連する問題は、比降伏強度の推定を必要とするRichards 方程式の数値解、または比降伏強度の推定を必要としない土壌水分流速方程式の数値解を使用してシミュレートされます。 ${\displaystyle S_{s}}$

• 帯水層テスト
• 土質力学
• 地下水流動方程式は、地下水流動問題を解く文脈でこれらの用語がどのように使用されるかを説明します。

• Freeze, RA および JA Cherry。1979 年。 「地下水」。Prentice-Hall, Inc.、ニュージャージー州イングルウッドクリフス。604 ページ。
• Morris, DA および AI Johnson。1967 年。「米国地質調査所水文学研究所が 1948 年から 1960 年にかけて分析した岩石および土壌材料の水文学的および物理的特性の概要」。米国地質調査所給水論文 1839-D。42 ページ。
• De Wiest, RJ (1966)「地下水貯留係数と地下水流動方程式について」Journal of Geophysical Research, 71(4), 1117–1122.

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