わかりやすい地質百科

水みち調査

地盤の一部に透水性の高い箇所が存在し、相対的に速い地下水の流動速度を有する区間を地下水流動区間(≒水みち)と言います。水みちの存在を把握することで、河川やため池堤体の健全性評価、土木工事における作業の安全性・経済性評価、地下水保全対策及び地下水汚染対策等に役立てることが出来ます。

水みちの深さ方向の位置を比較的簡便に検出する手法として、トレーサー(地下水と電気抵抗あるいは温度の異なる水)による地下水流動層検層があります。

トレーサーによる地下水流動層検層

  1. ボーリング孔内にトレーサー(食塩水、温水等)を投入します。
  2. トレーサーの濃度・温度の経時変化を定期的(3分後、5分後、10分後、15分後、30分後、60分後、90分、120分後等)に測定します。
  3. トレーサーの濃度・温度(希釈の速さ)の違いより、水みちの存在を検出します(下図参照)。


地下水流動検層結果例
(地盤調査の方法と解説より)


検層機器の例

トレーサーによる地下水流動層検層により、水みちの有無の確認に加え、その水みちの孔内流速の推定が可能となります。

その他の水みち調査手法

  • 他の計測器(孔内流向・流速計、孔内カメラ等)を用いることで、流下方向や実際の流速等、さらに詳細な水みちの情報を得ることが可能です。
  • 調査対象範囲が広域な場合、トレーサー試験、高密度電気探査(別途掲載)及び水質分析等が水みちの存在の絞り込み(初期調査)に際して有効な手法と考えられます。但し、これらの手法の採用にあたっては、事前に現地調査を行い、地盤・地質構造を十分に把握した上で現地調査計画を立案する必要があります。

「株式会社エイト日本技術開発 高津 順」

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電気伝導度・p.H観測

電気伝導度

電気伝導度は電気の通りやすさを示す指標であり、溶液中に含まれるイオンが電気を運ぶ役割を担うので、これに含まれる電解質の濃度が高くなれば値は高くなります。しかし、伝導率の欠点でもあり長所でもあることは、電荷をもたない物質(ケイ酸)はいくら水に溶け込んでいても伝導率には影響しないことです。1mg/lについての伝導率は、陸水の主成分のうち、最小がHCO3-、最大がMg2+であり、同じmg/lであっても、塩類組成によって伝導率は異なります(表-1参照)。

よって、電気伝導度観測は以下の点で役立ちます。

  1. 流域の大まかな水文地質特性
  2. 地下水系統の異なる水の判定
  3. 水質変化の監視
  4. 異種の水塊における混合等の把握
表-1 主要イオン1mg/lについての伝導率(第3版 水質調査法より引用)
イオン 当量伝導率(25度) 1g当量 1mg/lについての伝導率
Na+ 50.1 23.00 2.18×10-3
K+ 73.5 39.10 1.88×10-3
Mg2+ 53.1 12.16 4.36×10-3
Ca2+ 59.5 22.00 2.78×10-3
Cl- 76.4 35.46 2.15×10-3
SO42- 80.0 48.03 1.67×10-3
CO32- 72.0 30.01 2.40×10-3
HCO3- 44.5 61.02 0.73×10-3
NO3- 71.4 62.01 1.15×10-3

pH

p.H観測は、地下水の性質が塩基性か中性か酸性かを把握する上で重要な水質項目となります。

地下水は、地質、土壌中の二酸化炭素の影響、植物の炭酸同化作用およびバクテリアによる生物体の分解、海水の影響、人為的影響等の因子によって水の性質が変化します。

一般的に、p.Hの指標は、日本各地の観測傾向から、河川中のp.Hで6.6~7.2、浅層地下水で5.6~6.6、深層地下水で6.7~8.0を示すことが言われてます。

p.Hは次に示す種々の条件で値が左右されます。

  1. p.Hの異なる水の混合
  2. 二酸化炭素放出によるpHの上昇
  3. 植物の炭酸同化作用によるp.Hの上昇
  4. 有機物の分解・二酸化炭素の酸化によるp.Hの低下
  5. 硫化物の酸化によるp.Hの低下

観測とデータの整理

写真-1 電気伝導度・p.H観測状況
写真-1 電気伝導度・p.H観測状況

写真-2 左:電気伝導度計:16.28mS/m
右:p.H計:6.34
写真-2 左:電気伝導度計 右:p.H計

図-1 平成13年度の降水量と地下水位、電気伝導度、p.Hの季節変化(Bor.No.B)
図-1 平成13年度の降水量と地下水位、電気伝導度、p.Hの季節変化(Bor.No.B)

表-2 平成13年度における各観測項目の調査概要(Bor.No.B)
観測項目 地下水位標高(m) 電気伝導度(mS/m) p.H
年最大値 96.44 20.5 6.9
年最小値 95.84 12.5 5.4
年較差 0.60 8.0 1.5
年平均 96.12 14.8 6.1

定期的に地下水位、電気伝導度、p.Hの一斉観測を実施し、気象条件による地下水の水質の把握および地下水の涵養・流動的機構を解明します。工事着手前は、年最大値、年最小値、平均値に関する経年変化をグラフで表し、長期的な傾向を考察します。工事中は事前に取得したデータと比較して地下水の汚染実態を評価します。

「株式会社宇部セントラルコンサルタント 植田敏史」

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温泉調査

温泉調査とは、対象地域に分布する地質やその構造、および熱源などの存在を科学的方法によって詳細に調べ、温泉の有無やその開発方法(主にボーリング)を明らかにする調査のことです。

調査を行う場合、まず・熱、・水、・通り道(あるいは入れ物)の存在を考えなければなりません。温泉は特殊なものではなく、この条件を満たせば、どこにでも存在する普通の地下資源(地熱資源)です。しかし、このうちの1つでも欠けると、温かい温泉を得ることはできません。

地下を深く掘れば、場所によって程度の差はありますが、地温は次第に上昇していきます。このため、地下深部まで地下水が循環するような規模の大きな割れ目、たとえば断層や破砕帯などが主に温泉開発の対象になります。

調査では、地表に分布する地質を調べることが最も重要です。しかし、これだけでは地下深部の断層や破砕帯の様子などはわかりません。そのため、電気探査(図-1)や放射能探査(図-2)など(物理探査)を行ったり、水銀ガスや二酸化炭素などの土中ガス濃度あるいは湧水などの水質を調べたりして(地科学調査)、温泉開発の可能性を探ります。

温泉は浴用ばかりに目がいきますが、実は資源の少ない日本にあとっては重要なクリーンエネルギーの1つなのです。地熱資源は、その利用方法や技術的な面で、最も進んでいる新エネルギーでもあります。このような観点で、温泉の有効利用を進めていくことが、今後増々重要になっていくものと考えられます。

電気探査(比抵抗2次元探査)の測定風景と解析図
電気探査(比抵抗2次元探査)の測定風景写真電気探査(比抵抗2次元探査)の解析図

放射能探査(ガンマ線スペクトル法)の測定風景と解析図
放射能探査(ガンマ線スペクトル法)の測定風景写真放射能探査(ガンマ線スペクトル法)の解析図

「株式会社シマダ技術コンサルタント 岩田 昭夫」

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地質汚染

人間が環境中に放出している廃棄物や廃液には有害物質が含まれています。

それらの大部分は最終的に地質圏(地下)に浸透し、地下水を汚染します(地下水汚染)。また地層粒子を汚染し、地層状の有害人工地層として固定されます(地層汚染)。

さらに、汚染地層や汚染地下水からは有害ガスが発生することもあり、地下空気を汚染させます(地下空気汚染)。

地層汚染(土壌汚染を含む)、地下水汚染、地下空気汚染をまとめて、地質汚染といいます。これら3つの汚染は、互いに関連しながら進行していきます。

汚染現場周辺の正確な地質構造・水理地質構造を調べ、汚染物質の浸透と拡散など汚染機構とその過程を明らかにして対策を講じる必要があります。

地質汚染の調査・対策の手順は、その現場と社会の実状にあわせて、いかに効率よく地層汚染や地下水汚染、地下空気汚染をなくすかが基本となります。

調査・対策現場では、汚染被害の事前調査と対策→汚染機構解明→診断・予測と対策の決定→汚染物質除去対策→監視(モニタリング)、の流れ図に沿って行うのが合理的です。

地質汚染の原因を地質調査や各種の分析調査で明らかにし、その知見を地球環境の保全に生かしていくことは、ジオ・ドクターとしての重要な社会的役割の一つです。

地質汚染の概念図

地質汚染機構解明調査の手順

  1. 既存資料の収集解析+サイトマップの作成
  2. 地下空気汚染調査
  3. 地層汚染調査
  4. 地下水汚染調査
  5. 地質汚染機構の解明

地質汚染浄化の手順

  1. 地質汚染機構解明調査
  2. 汚染浄化のための精査
  3. 最適な場所と技法の選択
  4. 完全浄化

「第一コンテク株式会社 駒崎友晴」

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