閉鎖性地下水系の都市周辺地下水の複数涵養域の特定と流動経路の解明

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14550542
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 中屋 眞司 信州大学, 工学部, 助教授 (70313830)
• 研究分担者: 中屋 晴恵(益田) 大阪市立大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (70183944)
• キーワード: 地下水 / 涵養源 / 流動経路 / 水質 / 同位体 / 地球統計学 / 断層 / 硝酸性窒素

研究概要

本研究は閉鎖性地下水系の1つである松本盆地南半部地域の地下水の涵養源・流動経路・混合メカニズム・汚染の拡大状況を明らかにし,地下水の有効利用と保全のありかたを検討するために計画した。本研究では、松本盆地のおよそ100箇所の3年(2000-2002)にわたる調査と取水サンプルから地下水の主要溶存成分の水質組成や酸素と水素・窒素の同位体を測定し、地球化学データに基づいて流動経路を解明した。地球化学データに地球統計学を導入し、溶存化学成分の3次元空間分布を数学的に推定した結果、各成分に空間的相関構造が存在し、その相関距離が浅層系(4,000m〜6,000m)に比べ深層系(2,500m〜4,500m)の方が短くなることを明らかにした。これは、深層系の地下水流動速度が浅層系に比べ遅いことを示唆している。さらに、推定した各化学成分とその空間占有率の関係からグループ分けを試み、各成分の各グループの平面上の空間分布から、地下水の複数の流動経路が浅層系と深層系について定量的に見出せることを示した。見出した流動経路から、伏在する推定断層が地下水の流動をコントロールしていることもつきとめた。これらの結果は、複数の流動経路が考えられる広域な地下水流動場の環境保全と利用に基礎データを提供すると共に有用な示唆を与えるものである。また、調査地点100地点中、2002年夏で3地点、2002年冬で3地点、2001年で8地点、2000年で2地点が硝酸性窒素の環境基準10ppmを上回っていた。硝酸濃度の高い地域は鎖川・田川流域に分布しており、汚染源は畑地帯と宅地・工場地帯である。地下水中の窒素のδ^<15>Nと主要溶存成分から硝酸の起源は水田・畑地帯では化学肥料、宅地・工場地帯では生活排水による有機物の分解による影響が大きいことが分かった。さらに低高度で涵養した地下水ほどNO_3、-Nが大きくなる傾向が見出された。

研究成果

• [文献書誌] Nakaya, S., T.Yoshida, N.Shioiri: "Percolation conditions in binary fractal fracture networks : applications to rock fractures, and active and seismogenic faults"J. Geophysical Research-Solid Earth. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] Nakaya S., A.Ikeuchi, I.Ohmiya, H.Komiya, H.Masuda, M.Kusakabe: "Field investigation of groundwater contamination on nitric acid in Matsumoto Basin, Nagano, Japan"Proceedings of the International Symposium on Groundwater Problems related to Geo-Environment, Okayama, Japan. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] 小宮洋行, 中屋真司, 益田晴恵, 日下部実: "酸素および水素同位対比と水質から見た長野県松本盆地中・南部地域の広域地下水流道系"日本地下水学会誌. 45(2)(印刷中). (2003)
• [文献書誌] Nakaya S., T.Yohmei, A.Koike, T.Hirayama, T.Yoden, M.Nishigaki: "Determination of anisotropy of spatial correlation structure in a three-dimensional permeability field accompanied by shallow faults"Water Resources Research. 38(8). 35-1-35-14 (2002)
• [文献書誌] Nakaya S., T.Hashimoto: "Temporal variation of multifractal properties of seismicity in the region affected by the mainshock of the October 6, 2000 Western Tottori Prefecture, Japan, earthquake (M=7.3)"Geophysical Research Letters. 29(10). 133-1-133-4 (2002)
• [文献書誌] Nakaya S., T.Yohmei, A.Koike, T.Hirayama, T.Yoden, M.Nishigaki: "Spatial correlation structure in the three-dimensional permeability field accompanied by shallow faults"Proceedings of the International Groundwater Symposium /LBNL, Berkeley, California/USA. 98-102 (2002)