株式会社レアックス
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水文調査

水質調査

地下水観測孔からの採水の例
一般に水質分析とは、対象とする降水、河川水、地下水(湧水も含む)などを現地から採水し、室内で分析することをいいます。水質分析の目的は、大きく分けて以下の2つがあります。
 
  • 利用目的(飲用、工業用など)に対しての適否を判断する
  • 広域の地下水流動系を把握する
 
レアックスでは、主に2番目の目的に対する調査を行っています。
広域地下水流動系の把握を目的とした水質分析には、イオン成分分析と同位体分析(安定同位体分析、放射性同位体分析)があります。レアックスでは、これらの分析結果をもとに、地下水の流動状況の把握や供給源の推定、年代の推定などの検討を行っています。

イオン成分分析

地下水は、その流動系の地質状況などに影響を受け、様々な化学物質を溶かし込んでいます。イオン成分分析では、その水の化学組成を明らかにすることで、地下水の供給源の推定や地下水の経路などの情報を得ることが期待されています。
化学組成の分類に利用されるイオン成分は、主にナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、塩素イオン、硫酸イオン、炭酸水素イオンの7成分です。

同位体分析

原子には、原子量、質量数が異なる同位体が存在します。同位体には、安定同位体と放射性同位体があります。安定同位体の原子核は壊変することなく安定しています。一方、放射性同位体の原子核は時間のみに依存して規則正しく壊変し、その数を減少させます。これらの両同位体の性質から、安定同位体は地下水の涵養源や流動中の混合状況の推定などに利用され、放射性同位体は地下水の年代の推定に利用されます。
レアックスでは、2H(=D:重水素)と18Oの安定同位体分析、3H(=T:トリチウム)と14Cの放射性同位体の分析結果をもとに、水理地質構造の検討などを行っています。

湧水点調査

湧水は、降水などが地下に浸透し、様々な経路を通って再度地表上に現れたものです。
湧水点調査とは、調査地の現地踏査を行い、湧水地点の分布状況や湧水の量、湧水の水質などを把握する調査です。湧水点調査は、トンネル建設で問題となる割れ目からの湧水の事前検討、地すべり・斜面崩壊の原因の一つである地下水位分布調査、地下水の保全や管理を目的とした地域の水循環把握の基礎調査など、様々な目的で実施されています。

湧水点調査とは

台地と湿原の際からの湧水
湧水は、降水などが地下に浸透し、様々な経路を通って再度地表上に現れたものです。
 
湧水点調査とは、調査地の現地踏査を行い、湧水地点の分布状況や湧水の量、湧水の水質などを把握する調査です。

湧水点の分布(位置情報)

湧水点は、地下水が地表に現れた地点ですので、その地点に地下水面があるということになります。湧水点では、GPSなどを使って平面位置(北緯・東経)と標高を記録します。この湧水点の位置情報は、調査地周辺の地下水面等高線図を作成する基礎データとなります。

湧水の量

湧水量の測定例
湧水の量は、降水の変化や地下水の汲み上げなどで変動します。湧水の量を経年的に調査すると、周辺の環境変化を推測できる場合があります。
また、湿原の縁辺の台地では、湿原と台地の際から湧出し、直接湿原に注ぐのがよく見られます。湿原を含む調査地で水収支の解析をする場合、これらの湧水の量は重要な情報になります。

湧水の水質

湧水は、湧出するまでの経路において形成された水質を持っています。湧水の水質を形成する要素としては、地下の地質の分布状況や表層の土地利用の状況、生活廃水の混入など様々なものが考えられます。各湧水点で測定した水質を比較することで、調査地周辺の地下水の流動を把握できる場合があります。
水質の測定には、湧水を採水して室内で分析する方法と、簡易測定機器を使用して現地で測定する方法があります。調査地での詳細な地下水の流動を把握するには室内分析が必要ですが、現地簡易測定でも概略の地下水流動を推測できる場合があります。現地でできる水質の簡易測定項目には、水温・pH・EC(電気伝導度)などがあります。

地下水面等高線図

湧水量の測定例
 地下水面等高線は、地下水面の標高の等しい地点を結んだ曲線です。湧水点調査やボーリング調査などで得られた地下水面の標高データを用いて、地形図上に地下水面等高線を記入した図が地下水面等高線図です。
 
河川が高いところから低いところへ流れるように、地中では、地下水も高標高から低標高へ向かい流れています。作成した地下水面等高線図から、調査地周辺の地下水の流れを把握することができます。

浸透流解析

わが国で地中に構造物を建設する場合、地下水の問題を避けて通ることはできません。
 
例えば、ダムの建設では地山の透水性を評価しなければなりませんし、トンネルの建設では地山からの湧出量を推定したり、その対策工法の検討を行う必要があります。また、都市域の開発では、公園などの湧水が枯渇しないように配慮しなければなりません。
 
さらには、地下水位の低下に伴う地盤沈下の可能性を評価することも必要です。このように地下水が関係する問題は非常に多岐にわたっています。
 
しかしながら、地下水は地層の中を流れる水で、その動きを見ることは困難です。この目に見えない地下水の流れを再現し、将来の状態を予測評価する最適なツールに浸透流解析(地下水シミュレーション)があります。

水収支解析

 近年、地球温暖化に起因すると考えられる気候変動の兆候が各地で見られるようになってきました。
 
気候の変化はこれまでの雨や雪の量とその降り方を変え、気温の上昇(または降下)が蒸発散量を増加(減少)させるなど、我々の生活に不可欠な水環境に大きな影響を及ぼします。
 
この水環境の収支バランスを把握するために実施されるのが水収支解析です。
 
大切な水環境を保全し適切な管理のもとで水資源を有効活用するためにも、水収支解析は重要と考えられます。

水収支の概念

 水収支とは水についての質量保存則で、ある領域の水収支は以下の式で表現できます。
 
(流入量) - (流出量) = (貯留量の変化)
 
各項の内容は水収支を考える領域によって異なりますが、他から水が流入することがない閉じた流域では、次式のような簡単な水収支式に置き換えられます。
水収支概念図
P - E - Q = ΔS
 
P : 降水量
E : 蒸発散量
Q : 流出量(河川・地下水・揚水など)
ΔS: 貯留量変化
 
水収支解析ではこれら各項を既存資料や現地調査によって明らかにし、収支状況からその地域の水環境を評価します。また、モデルを用いて流入-流出の関係を表現すれば、将来の水収支を予測することもできます。

山地流域の水収支解析事例

調査地域概念図
 貯水池がある山岳地帯の下をトンネルによって貫く道路計画がありました。
 
このような道路計画では、工事によって貯水池に何らかの影響が生じ、その被害が甚大となる可能性があります。この為、十分な調査・解析を実施した上で慎重に施工計画を立てる必要があります。
 
そこで、まず現地の水文環境を把握するために実測データをもとに水収支解析を実施しました。
 
すると、ほぼ同一の地質分布であるにもかかわらす、ある一つの流域で流域以外からの地下水流入の兆候が捉えられました。
 
これは、貯水池とこの流域とを結ぶ形で砂岩帯が分布し、この砂岩帯を通して貯水池の水が漏れている可能性があることがわかりました。
 
このように、水収支解析を行うことで流域の水文特性を把握することができます。
タンクモデルによる河川流量の再現(水収支解析)

扇状地の水収支解析事例

豊平川扇状地
わが国は国土の3分の2が山地からなり、残り3分の1の比較的平坦な土地の上で大部分の人々が生活を営んでいます。
 
このような平坦地のひとつに扇状地があります。
 
レアックス本社が置かれている札幌市は市街地の中心部が扇状地上に完全にのっていますが、47都道府県庁所在地にはこのような都市が実に11箇所もあります。
扇状地水収支検討流域
現在でこそ都市部における上水道の発達によって、河川水や地下水を直接的に利用することは少なくなりましたが、都市は扇状地の河川水や地下水を利用して発展してきました。
 
地球温暖化が進行すると、扇状地の水環境も変化し我々の日常生活に影響が及ぶものと考えられます。
 
レアックスでは水収支解析によって現在の水環境を評価する取り組みを行っています。
水収支検討結果(自然流域)