2017 Fiscal Year Research-status Report
会津盆地における地中熱利用のための地下変温層の温度変化に関する研究
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16K00646
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| Research Institution | Fukushima University |
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Principal Investigator |
柴崎 直明 福島大学, 共生システム理工学類, 教授 (70400588)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 地下水温 / 地中温度 / 地下変温層 / 地下水位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2016年度に掘削した地下水観測孔（井戸口径：50 mm，VP管）5地点（GW-1，GW-2，GW-3，GW-4，PF-5）および地中温度計埋設孔3地点（GT-1，GT-2，GT-3）において，引き続き地下水温，地中温度をそれぞれ30分間隔で測定している．また，地下水観測孔5地点では，地下水位の連続観測も30分間隔で行っている．2017年11月19日からは表層付近の地中温度（地表面からの深度およそ5cm程度）を地中温度計埋設孔3地点において30分間隔で測定を開始した．これらの測定結果のとりまとめや解析を行い，2件のポスター発表（日本地下水学会；2017年春季講演会，地学団体研究会；第71回地学団体研究会総会）を行った．前者では，2017年3月下旬までの地下水位，地下水温および地中温度の測定結果をとりまとめた．後者では，現地での測定結果のとりまとめに加え，測定した地中温度と解析解で得られる地中温度とを比較した．また，現在，国内誌（日本地下水学会）に論文を投稿中である．この論文では2018年3月までのデータをとりまとめ，喜多方市北部において水田地帯での地下変温層中の温度変化の特徴を明らかにした．地下水温と地中温度とを比較したところ，スクリーン設置深度付近でその温度差が大きくなった．スクリーンを通る井戸内での地下水の流動が影響していると考えられ，季節変動層では，必ずしも地下水温の測定で地中温度が代表されるわけではないことが見出された．また，2017年3月の雪解け水による地下水位上昇の際には地中温度が上昇した一方で，2017年5月の灌漑による水位上昇では温度が低下した深度がみられた．季節変動層中の地中温度は，表層の温度変動だけではなく，地下水位の変動や地下水体に付加される水の温度の影響を受けている可能性が考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2017年度はおおむね計画通りに進んでいる．2016年度から実施している地下水位・地下水温・地中温度の連続観測を継続している．測定した地中温度と1次元熱伝導方程式の解析解から得られる地中温度とを比較したところ，前者の方が変動幅は大きいことが確認された．これにより現地での地中温度は，地下水の流動の影響を受けていることが確認された．FEFLOWを用いて3次元地下水流動・熱輸送モデルを構築し，非定常計算を行った．この計算では，透水係数，地下水位，地下水涵養量の3項目を変化させて地中温度への影響を検討した．これらの項目を変化させた結果，地中温度の変動幅や絶対値，温度変動の極値の遅れなどに影響を与えることが確認された．当初は3次元モデルを用いて，実測値をもとに熱に関するパラメータ（熱伝導率や熱拡散率）を推定する予定であったが，地下水流動に関するパラメータを決定する必要が今回の非定常計算で確認された．また，既存の研究の解析解を用いて，降雨に応答した地中温度の変化を用いて熱に関するパラメータの推定を試みたが，その温度上昇幅が大きかったため，値を決定するにはまだ課題がある．この理由としては，温度測定地点は，観測孔掘削時のスライム観察で砂礫層のみで構成されているため，表層からの水が地下に浸透しやすいことが考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までと同様に，地下水位・地下水温・地中温度の連続観測を継続し，地下水温と地下水位の時系列的な変化を明らかにする．これまでの調査から，地中温度変動から熱伝導率を推定するためには，地下水流動に関するパラメータを先に設定する必要がある．地下水観測孔5地点において，水中モーターポンプ等を用いて簡易揚水試験を行い透水係数の推定を行う．また，地点による透水係数の違いがあるかについても検討する．次にタンクモデルを作成し，地下水涵養量を推定する．これらのデータをモデルに入力し，熱に関するパラメータの推定を行う．3次元地下水流動モデルを，温度測定を実施している喜多方市北部の水田地帯を中心に構築する．実測値（地下水位および地中温度）と計算値が近づくように，モデルの検証計算を行う．その後，検証されたモデルに，将来の冬水田んぼの運用条件や周辺部の地下水利用条件等を入力して，冬水田んぼの効果と影響の将来予測計算を行う．また，構築・検証されたモデルを用いて非定常的に地中熱ポテンシャルを検討する予定である．具体的には，夏（冬）に涵養された温かい（冷たい）地下水が，冬季（夏季）にはどの地点・深度に移動するかを把握する．水田で涵養された地下水を有効的に活用できる地域や範囲を明らかにして，効率的な浅層部地中熱利用方法の検討を行う．とくに，冬水田んぼの効果や影響を踏まえたうえで，効率的で地下水の水位や水温への影響が少ない地中熱利用方法を提案する予定である．
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| Causes of Carryover |
旅費を少なく抑えることができたことと，人件費・謝金を使用しなかったことから，次年度使用額が生じた。観測を行っている地中温度計の一部の測定精度悪化が懸念されるため，それを入れ替える計画である。
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