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最近の地下水調査について

最近の地下水調査について調べてみました。

1.はじめに
地下水に関連する問題は、理学.農学.工学.人文学の分野にわたり.きわめて幅広い分野にわたっています。
すなわち、
・地下水の産状や分布を探究する地質学
・水と岩帯や帯水層との相互関係を究明する地球化学
・水の循環から地表水と地下水の関連を解明する水文学
・潅概用水の量と土中水の関連を求める潅概工学
・地盤掘削の際の地下水処理工法を探究する地下水工学
・地下水の湧水地と都市の発展を考える人文地理学
等、多種.多様な社会的ニーズに対応した課題や研究テーマが地下水問題には含まれています。
これらのうち.理農工学における地下水に関連する諸問題を整理すると次の項目が挙げられます。
(1)広域地下水
 (a)水資源探査
 (b)地下水保全
 (c)地盤沈下
 (d)地下水汚染
 (e)温泉源
 (f)涵養源
(2)地盤および構造物の安定問題
 (a)掘削地の安定
 (b)堤体.ダムの安定
 (c)斜面の安定
 (d)トンネル.地下空洞の安定
 (e)凍上
 (f)地震時の液状化
(3)エネルギー問題
 (a)石油備蓄
 (b)天然ガス備蓄
 (c)圧縮空気の貯蔵
 (d)温水.冷水の帯水層貯蔵
 (e)地熱発電
 (f)放射性廃棄物の地層処分
(4)地球化学
 (a)地下水の年代測定
 (b)岩石中の水
上記のように、地下水に関する課題は.大きく4つのテーマに分けられます。.
ここでは.これらの諸問題の中に含まれる具体的な課題を考察し.その課題と地下水調査との関連について述べ、最近の新しい調査法や計測技術の動向について考えてみました。

2.地下水間題と調査の意義
2.1.広域地下水での課題
(1)水資源.涵養源
地下水と人類の関係は地下水を水源として利用しているところにあります。
地表水は処理しなければ飲料できませんが、大半の地下水は直接飲料水になります。
したがって水源としての地下水はきわめて重要な存在です。
.地下水の水源としての探査は.地下水調査の原点です。
地下に存在する見えない地下水脈を探査する方法として.昔は柳の枝を用いて調査したりしていましたが、その後.岩盤の破砕帯中の地下水や、水脈中の地下水を探査するために電気探査が用いられ、さらにRIを探査することによって地下水脈を測定する方法、そして.地下水温.比抵抗トモグラフィーなどが用いられ、3次元の水みち探査が可能になりつつあります。
また、きわめて広域の地下水調査法としてリモートセンシングも有力な方法となっています。
地下水の涵養源の調査も水資源として、地下水を用いる場合にその量の把握のため重要な項目である、涵養された地下水がどのような経路をどのような速度で浸透して行くかを知るための一手法として、地下水の水質調査が行なわれています。
そして.地下水の同位体分析法がこの分野での有効な方法となってきています。
(2)地下水保全
地下水保全は、地下水の環境保全であり.水資源としての地下水の量および質の保全と地表の生物に対しての地表水の水源として地下水保全が考えられます。
したがって.地下水保全の中には地下水位(水頭)低下による地盤沈下防止や地下水汚染防止も含まれ、人為的な行為が地下水にどのような影響を与えるかを予測することを考えなければなりません。
このような地下水の量や質の変化を予測するためには、次のような項目が既知でなければなりません。.
(1)量の変化の予測
 (a)地盤の層構二成(帯水層問の連続性と層厚分布)
 (b)各層の飽和・不飽和浸透特性
 (c)境界条件
 (d)平面および鉛直方向の浸透特性の分布
 (e)平面および鉛直方向の地下水分布とその変動
 (f)年間降雨
 (g)地下水利用状況
 (h)河川および水路の水位変動と地下水位との関連
 (i)平面および鉛直方向の地下水の流向と流速分布
 (j)気圧変動
 (k)地表の土地利用状況とその変遷
(2)質の変化の予測
 (a)平面および鉛直方向の地下水の水質分布とその変動
 (b)地盤構成鉱物の組成分布
 (c)水質に関する境界条件
 (d)地中の物質移動に関する物性
 (分散係数.拡散係数.吸脱着係数)
 (e)地下水の浸透状況
この中の各項目は地下水調査.あるいは地下水を有する帯水層調査として従来より行なわれている項目もあります。
従来は、このような広域の地下水の調査結果より定性的な地下水挙動の説明のみが行なわれてきました。
.しかし、1970年代より開発されてきた数値解析によるシミュレーション技術により.広域地下水の調査結果より地下水の挙動をある程度.定量的に予測できるようになってきています。
また、逆に.地下水の水位(水頭)変動や水質分布から、帯水層の浸透特性や物質移動特性が推定できるようになり、地下水調査の重要性が一層高まっています。
地下水を保全するには.地下水の利用の規制だけではなく、地下水の涵養源の保全もきわめて重要であり、今後このような地下水の源から流末(海.湖.河川)までの一貫した調査が必要です。.
(3)地盤沈下
地下水の過剰利用により地下水位(水頭)が低下して、地盤沈下が発生しました。
.しかし、その後の地下水の揚水規制等により地下水位(水頭)が回復し、我国の地盤沈下は一部の地域を除いて消滅したと言えます。
しかし.揚水によって.どの程度の地盤沈下がどれほどの速度で生じるかを予測できるような正確な調査がなされた例は少ないと思います。.
また、たとえそのような調査がなされても三次元的な地下水の挙動と地盤(粘土層)の変形を予測する方法はそれほど一般的ではありません。
すなわち.帯水層と粘土層を含んだ広域的な三次元浸透解析と粘土層内での有効応力の増大による圧密解析とを連成させる
必要があります。
その際の調査として.粘土層を対象にした圧密試験を室内で行ないますが、これも層全体に対しての代表値を求めることは困難です。
地盤沈下の速度を予測するためには、圧密に対する原位置調査法の確立とともに、簡易な解析手法の開発が必要となります。
(4)地下水汚染
地下水汚染は、地下水の水質保全のところで触れましたが、汚染の現状を調査するだけでも大変な課題です。
.しかし.地下水の汚染の広がりや汚染源の推定あるいは除染の効果の予測を行なうため、汚染の実態調査だけでなく.その移動に関係する物性の調査方法を確立しなければなりません。
すなわち.汚染原因の発生直後に影響のみられない飲料用の井戸水に.数日あるいは数年後.汚染が生じる可能性もあるために動的な調査が必要となります。

2.2.地盤および構造物の安定問題
(1)掘削地の安定
地下水位(水頭)の高いところでの掘削工事では、地下水をどのように処理するかが工事の成功.不成功を支配すると言っても過言ではありません。
掘削地への湧水量あるいは地下水位(水頭)を低下させるための揚水量を予測することは、今日では数値解析によってきわめて簡単になっているため、解析には、それに対応した調査が必要です。
調査の内容は広域地下水の調査法とほぼ同じですが、.地下水位(水頭)低下のための揚水井の揚水能力や地下水位(水頭)を維持するための復水井の復水能力を調査したり、井戸干渉、井戸効率等を定量的に把握しておく必要があります。
掘削地近傍では地下水が山留めを迂回浸透するため.水平方向の透水係数だけでなく鉛直方向の透水係数も知っておく必要があります。
また、広域地下水に関連する問題ですが、完成した地中構造物が地下水の流況を阻害する可能性や、そのような地下水災害を防ぐための地下水保全工法の効果などを確認する調査法も必要となってきています。
(2)堤体.ダムおよび斜面の安定
堤体.ダムおよび人工斜面の浸透水に対しての安定評価は、現時点ではまだまだ正確には行われていません。
堤体内に水が浸透して堤体のせん断強度が弱くなるために破壊が生じますが、堤体内の浸透を支配する浸透特性の中で不飽和浸透特性を原位置で測定する方法が確立されていない.現在では、盛土の飽和透水係数を測定する方法だけが用いられています。
.これは.ダムや人工斜面についても同じです。
安定を論議するための力学に関する調査は皆無に等しく、室内で締め固めた試料のせん断試験だけが行われているのが現状です。
また.堤体や斜面の構造上の弱点を調査するために浅層のレーザートモグラフィーが利用されつつあります。
(3)トンネル.地下空洞
トンネルや地下空洞への漏水や空洞の安定に関する地下水圧を対象とした地下水調査として.地山内の地下水圧分布と岩盤を対象とした透水試験が用いられています。
岩盤は土のような多孔質媒体とは異なり、亀裂や破砕層が存在するため、不均質で異方性に富んだ場を有しています。
このような岩盤の特性を調査して.浸透特性の中に考慮しようとする研究もなされていますが、まだまだ一般的ではありません。.
トンネル内への地下水の挙動は3次元浸透現象であり、3次元の飽和・不飽和浸透解析(西垣,他,1990)が適用されますが、正確なモデルを作成するまでの詳細な地盤調査が行われた例があまりありません。
しかし.詳細な調査技術が開発されると、トンネル掘削以前に揚水量や、地下水位(水頭)の低下状況、あるいは水抜き孔の効果等が予想できるようになり、今後それに従ってトンネルの設計.施工がなされるようになると考えられています。

2.3エネルギー問題
エネルギーに関連する地下水問題は、近年重要な研究課題になっており、この分野での調査法はめざましい進歩をとげています。
岩盤を対象とした地下水調査では.深度500m~2000mの深部岩盤を対象とした透水性や水質の調査が行なわれようとしています。.
検討事項と調査項目を整理すると下記のようになります。
(1)検討項目
 (a)石油の漏洩防止
 (b)天然ガスの漏洩防止
 (c)圧縮空気の漏洩防止
 (d)地盤の保温性
 (e)熱の回収性
 (f)廃棄物の漏洩防止
(2)調査項目
 (a)岩盤の透水性
 (b)非混合流体の挙動
 (c)圧縮気体と地下水の共存による挙動
 (d)地盤の透気性
 (e)地盤の熱伝導性
 (f)2相混合流体の挙動
 (g)密度差のある2相流体の挙動
 (h)移流.拡散係数の計測
 (i)割れ目の目詰め方法
 (j)岩盤割れ目内の物質移動特性
 (k)岩盤割れ目の分布
備蓄のための空洞掘削の際の湧水量の予測と地下水圧(水頭)低下工法の設計には、地山の浸透特性と境界条件.初期の地下水位分布などが必要となります。.
また、備蓄した石油やガスの漏洩のコントロールを地下水によって行なっているため.岩盤の透水性をきわめて正確に把握しなければなりません。
.また.岩盤の透水係数が大きいところでは、泥水などにより透水係数を低下させる方法を用いますが、その効果を定量的に評価して水封機能を満足することが必要です。
放射性廃棄物の地層処分では.マクロな岩盤の割れ目の評価に電磁波トモグラフィーや比抵抗トモグラフィーの技術が応用されています。
また、この分野での岩盤の調査技術が.一般の土木・建設に応用されるようとしています。

3.新しい地下水調査・計測技術の動向
(1)水源調査
地下水調査の中で水源調査(探水調査)に関してはリモートセンシングによる技術がきわめて大きく進歩しています。
この技術により砂漠の中の400m以深の古代の地下水源が発見されたりしています。
また、狭い地域での地下水の流動調査法としては.1m深地温測定.比抵抗.電磁波によるトモグラフィー技術によって「水みち」を調査するようになってきています。
このように.地下水の調査は.Darcyの法則のような平均的な地下水の流動の調査ではなく、地盤(帯水層)をマスとして見て.その中のどこを地下水が浸透しているかを調べる技術へと移行しています。
これは.多くの調査データーがコンピューターにより処理され、系統的に図化できるようになってきたことと関係があります。
(2)地下水位(水頭)調査
地下水位(水頭)の調査も、観測井を設けていた調査から観測井内に高精度の間隙水圧計を深さ方向の複数点に設置し、多層地盤内の各層の水位(水頭)変動を経時的に収録できるようになってきました。(猪瀬,他,1990).
これは.間隙水圧計の精度が良くなったことと、マイクロコンピュータによる膨大なデータ収録が可能になったことによるものです。また.観測井内で地下水の流向流速が計測できるようになり、地下水位の等水位曲線の精度が一層良くなってきました。
この単孔を用いた地下水の流向流速の計測は我国独特の調査技術であると思われます。.
(3)帯水層調査
地下空間利用が計画され.50m以深の地下掘削が設計施工される際に、帯水層は一層ではなく複数層存在することが多く見られます。
このような複数層の浸透特性を計測する技術が必要となり、確立されようとしています。
また、帯水層の層厚の算定に比抵抗トモグラフィーが併用され、帯水層内の透水係数の異方性を測定する方法も開発されてきました。
また、揚水試験にもマイクロコンピュータと間隙水圧計が用いられ、試験中に結果が判定できるようになってきています。
単孔式透水試験法の技術も岩盤を対象として確立され、種々の高度なテクニックが未固結地盤の調査にも適用され.1.0×10"icm/secのような大きな透水係数も計測できるようになってきました。
また.山留めの止水効果の確認のために揚水試験を行って.地下水にインパクトを与えて.その反応を観測井で計測して、その水位の分布より逆解析を行う調査が実施されています。(福原,他,1988).
この方法は薬液注入の止水効果の確認にも応用できる方法です。
また、工事中の地下水低下防止や地中構造物による流況阻害防止のための復水工法の設計のための帯水層調査も行われようとしています。
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地下水利用の歴史について

地下水利用の歴史について調べてみました。

河川の源を尋ねると多くの場合湧泉に出会います。
「こんな所に水田が」と不思議に思える谷地田の水源も多くは湧泉ですが、,地下水の自然の露頭である湧泉が人に係った歴史はかなり古いと言われています。
谷地田(やちだ)とは、台地が開析されてできた谷間の低地すなわち谷地に分布する水田のことで、谷津田(やつだ)とも呼んでいます。
一般に湿地で古く開発されたのですが、豊かな水源に恵まれないため、それらの多くは天水田となり、雨水やわずかな湧水を貯留して水稲作が営まれました。
このような事情から谷地田では、水稲の作付け期間以外でも排水を行うことができず、人為的に湿田となっている所が多く見られます。
常時湛水(たんすい)下におかれる湿田土壌は、還元状態が発達するため、水稲の生育には不適で収量は概して低いくなります。

原人の人骨化石の多くは石灰岩の洞穴や、段丘の砂礫層などの湧泉の多いところで発見されており、縄文時代の遺跡も湧泉の多いところにあります。
現在でも扇状地の末端や丘陵地と平地の境界には、湧泉利用の集落が多く、中には斜面災害の危険性よりも湧泉利用を優先させたのかとも思えるような急崖直下の集落もあります。
近年名水として販売されるものもほとんど湧泉の水ですが、地表水とほぼ同質の安山岩類からの湧水より、若干ミネラルの入った花嵐岩類からの湧水が喜ばれるようです。
中には富士西麓の猪之頭湧泉のように日量50万m3もの大湧泉もあり、現在でも農業用や都市用として広く使用されています。
静岡県登呂遺跡の井戸跡のように,人工的に井戸を掘って地下水を利用したのは、日本では弥生時代からのようです。
古墳時代の池溝の中には,地下水を多量に使用するための集水池とみられるものがあり、現在でも干ばつ対策として多くの井戸が新設されることがありますが、農耕が始まって以来、似たような形で潅漑用の井戸が発達してきたようです。
地下水位が深いところでは、当ブログでも紹介した「まいまいず(かたつむり)井戸」のように、地下水面近くまで水汲みに降りられる、らせん状の道のついた構造のものができました。
また、岩盤地帯や砂礫層のあるところでは、水平方向に掘る横井戸が掘られたましたが、これは,水を自然流下で利用できる利点がありました。
現在でも、横井戸だけでなく、垂直の井戸でも、高低差を利用してのサイホンの原理で、ポンプを使わない井戸もあります。
江戸中期には、これまでの浅井戸で不圧地下水を利用するのとは異なる、被圧地下水を自噴させる掘抜き井戸がはじまり、「上総掘り」と呼ばれる本格的な深井戸の工法に発展し、地下数百mの深さまでも掘れるようになりました。
「上総掘り」については、やはり当ブログで紹介していますが、永海(1940)、菱田(1955)、大島(1982)、の研究があり、明治35年にはインドでKazusa Systemとして紹介されています。
大正2年には、アメリカ製ロータリー機により東京下落合に深井戸第1号が掘られました。
揚水も入力から動力に変わり、ポンプも初期のエアリフトポンプやピストンポンプから,シャフトのあるボアホールポンプ(昭和3年にアメリカから初輸入)へ,さらに戦後の水中ポンプ(昭和29年に西ドイツから初輸入)へと変わり,大口径の深井戸からの大量揚水が各地で広く行われるようになりました。

反面、従来東京や大阪の工業地帯のみであった地盤沈下現象が、新潟平野、濃尾平野、筑後平野などにも発生したそうです。
そのほか、海岸近くでの地下水の塩水化,酸欠空気(地下水がなくなると地中の二価鉄が空気の酸素を奪って三価鉄になるため)の噴出等の地下水公害が多発しました。
このため、地下水の採取を規制する工業用水法(1956年,改正強化1962年),建築物用地下水の採取の規制に関する法律(通称ビル用水法1962年)が制定され、さらに地方公共団体の条例による規制も増え、利用者による自主規制も行われるようになりました。
また昭和60年には、地盤沈下対策要綱が閣議決定され、特に地盤沈下の激しい関東、濃尾、筑後地域で一体的な地下水保全を図ることになりました。
このような現状の中で地下水利用を全面的に否定する考えもありますが、過剰な利用にならないように十分配慮すれば、一般に水質もよく、水温の変化も少なく、干ばつ時の水量の減少も地表水に比べて少ないこともあり、利用の利便性もよいことから、地下水は長期的にも重要な水資源です。

地下水の基本的性質について

地下水の基本的性質について調べてみました。

地下水は広義に解釈すると、古い地質時代に地層中に閉じ込められて動かなくなった化石水(Fossil water)や、マグマに含まれる水もその範疇に入れることができますが、,通常は岩盤の割れ目や地盤の間隙の中の水を総称したものをさす場合が多いと思います。
したがって、
①層状水(Stratum water)・・・・未固結の沖積層や洪積層中を流れる地層中の地下水
②裂か水(Fissure water)・・・・岩石の割れ目を流れる水
③空洞水(Cavern water),石灰岩地帯の地下の空洞を流れる水
が主な地下水です。
大量の地下水が貯留されているすぐれた帯水層である沖積層と洪積層は総称して第四紀層と呼ばれていますが、第四紀層はそれが形成された地質時代における海進や海退あるいは,地盤の隆起や沈降などの影響を反映し、非常に複雑な層相を呈しています。
水や氷,あるいは風などの作用で運搬・沈積した堆積物や、溶岩などの火山岩が積重なってできた層を地層(Stratum)と呼んでいますが、このような複雑な地層は,、
・砂や礫を主体とした透水性のよい地層
・粘土やシルトなどを主体とした透水性の悪い地層
とが何段にも互層を成している場合が多いのが特徴です。
地下水学では水の流れやすさによって地層を分類しており、
①透水層(Pervious layer)・・・・砂礫層などのような透水性が高い地層
②半透水層(AquitardあるいはSemipervious layer)・・・・シルト層などのような中ぐらいの地層
③難透水層(Aquiclude)・・・・粘土層などのような低い地層
④不透水層(AquifugeあるいはImpervious layer)・・・・固結岩盤などのような水を通さない地層
に区分されます。
ここでは、粘土を難透水層と区分しましたが、これはあくまでも一つの例です。
つまり、透水性がほとんどない粘土であれば、それは不透水層になります。
また、砂礫層が主体であってもマトリックスに粘土が付着し、透水性の低い地層は難透水層になることもあります。
そして、一般に透水層のうち飽和したものを,帯水層(Aquifer)と呼んでいます。

比較的地表に近い浅層地下水は不飽和部の土壌を通じて大気と接しており、地表からの浸透水(地下水を補給するという意味で涵養水とも呼んでいます)や揚水の影響を受けて、その水面は自由な形状を持つことができます。
こように自由地下水面(Phreaticsurface、Free surface)または、単に地下水面(Water table)と呼ばれる水面がその上部境界となるような帯水層を不圧帯水層(Unconfined aquifer、Watertableaquifer、Phreatic aquifer)と呼んでおり、自由地下水面が地表面に出ると湧泉(Spring)となります。
一方,帯水層の上部にシルト層や粘土層などの半透水層やあるいは難透水層がある場合、地下水は水面形を形成することができず、圧力を受けます。
このような帯水層は被圧帯水層(Confined aquifer)と呼んでいます。
このように帯水層中の地下水を被圧させる役目を果たす半透水層や難透水層は制限層あるいは加圧層(Confining layer)と呼ばれています。
そして、上下部が帯水層で挾まれ、その帯水層中に存在する地下水の水圧に差があるときには、制限層を通して水圧の高い帯水層から水圧の低い帯水層へ漏水が生じることになります。
このような帯水層を漏水性帯水層(Leaky aquifer)と呼んでいます。
もし制限層の上下の帯水層で急激な地下水の揚水があると、帯水層中の水の移動だけでは水の補給が間に合わなくなり、制限層中の地下水が絞り出されて制限層が収縮し、地盤沈下が発生することになります。

被圧帯水層や不圧帯水層中の地下水は広域的に分布しているのに対して、局所的に分布する粘土層などの上に,レンズ状に地下水帯が形成されることがあります。
このような連続性のない半透水層あるいは難透水層上に形成される小規模な地下水帯を宙水(Perchedwater)と呼び、その下部に大規模な地下水帯、すなわち本水(Main water)が形成されます。
被圧帯水層に井戸を掘ると、地下水は被圧しているため、井戸水面はその圧力に等しい高さまで上昇することになります。
このような井戸をたくさん掘って、その水面をつないだ仮想上の水面を,被圧地下水面あるいはピエゾメータ水頭面(Piezometric surface)と呼んでいます。
愛媛県では、西条市のように、被圧地下水面が地表面よりも高くなるような地域で井戸を掘ると、地下水が自噴する現象が見られ
ます。
このような帯水層(Artesian aquifer)中の井戸は自噴井(Artesian well)と呼んでいます。
一方、海に接する帯水層では密度の大きな塩水が淡水の下に潜り込み、いわゆる塩水くさび(Salt water wedge)が形成されることになります。

地下水・土壌汚染について

地下水・土壌汚染について調べてみました。

地下水・土壌汚染が発生するには、まず汚染源が存在しなければならないのですが、同じ汚染物質でも、環境への放出の仕方や量、そして場の条件により、汚染の様相はかなり異なってきます。
汚染物質の地中(土壌層と地下水層,あるいは不飽和帯と飽和帯)での挙動を決める要因は
・汚染源の特徴(環境への放出形態など)
・汚染物質の物理化学的特性(環境中での分解性も含む)
・水文・地質条件(土壌層・帯水層の物理化学的特性,水理条件など)
です。
今回は、地下水・土壌汚染の中で、病原性微生物などによるものと、重金属類によるものを調べてみました。

(1)病原性微生物など
細菌,原虫,ウイルスなどが、1970年頃までの主要な地下水汚染原因で、赤痢,コレラ,チフス,そして近年では腸管出血性大腸菌O157などの細菌による事例が報告されています。
発生事例は激減したものの、一般に個人所有の浅井戸は必ずしも衛生状態がよいとは言えない面があるので、注意が必要となります。
特に、非常災害用井戸として指定されている浅井戸は多く、井戸周辺の維持管理は重要です。
また、学校や飲食店などでの発生が年間数件の割で報告されていますが、基本的に未消毒である場合や、消毒装置の不備や故障が主な原因となっていることが多いのが特徴です。
近年注目されているのが、原虫あるいは寄生虫であるジアルジア(鞭毛虫)、クリプトスポリジウム(胞子虫類)、エキノコックス(多節条虫)などです。
これらの原虫は現行の塩素消毒レベルではほとんど不活性化されず、病原細菌に比べて感染力も強いことから重大な問題になりつつあります。
ジアルジアでは、ビーバー、エキノコックスではキタキツネが宿主としてあげられているように、動物(人間を含め)を媒介して広がります。
地下水中で広範囲に拡散していくことはないようで、地下水汚染事例では、井戸への下水・汚水,表流水の混入が主要な原因で、家庭用や専用水道の井戸の場合が多いようです。
しかし、1996年に埼玉県越生町で発生したクリプトスポリジウムの集団感染事例では水道水源となっていた伏流水が汚染され、水道水を介し大きな被害となりました。
ウイルスは、細菌より小さく、消毒剤に対する抵抗性もあり、肝炎ウイルスなどが地下水汚染事例として多く報告されています。

(2)重金属類
重金属は、金属のうち、比重が4~5以上のものでありますが、ここではカドミウム,鉛,クロム,水銀の4元素のほか、砒素,セレン,フッ素,ホウ素などを含めて重金属類とします。
重金属は公害の主原因で、
・足尾鉱山による渡良瀬川流域の銅,カドミウム
・イタイイタイ病として知られる神通川のカドミウム
・土呂久鉱山の砒素
・水俣病の水銀
などが挙げられます。
鉱山関係のものは一般に土壌汚染、地下水を含めた水系汚染を下流一帯に発生させています。
規模は小さいのですが、過去に頻繁に地下水汚染を引き起こしたのが、メッキ工場からの六価クロムやシアンです。
また、汚染事例の多い金属製造業関係では、複数の金属類が同時に検出される例が多くみられます。
重金属はpHや酸化還元状態に挙動が左右され、一般に水への溶解度が低く、土壌に吸着されやすく、通常のpHでは不溶性の水酸化物を形成するなど移動性は大きくないものが多いため、土壌汚染が発生した場合でも、地下水汚染にまで拡大する場合は多くありません。
ただし、クロムや砒素など、価数の違いにより挙動が異なることもあります。
メッキ工場での六価クロムは、Cr2O72-の陰イオンとして排出されるので、地下水汚染を引き起こしてきました。
重金属類の場合、自然由来で汚染が発生することも多々あります。
すなわち、自然界の土壌・岩石・地層に含まれる有害物質が高濃度に溶出し、地下水汚染となる場合があります。
これらの物質は、必須微量元素であったり、濃縮していれば資源でもあり、温泉水の主要成分となったりしています。
この自然由来の地下水汚染は頻度も高く、深刻な場合もあり、2010年に施行された改正土壌汚染対策法では自然由来と考えられる場合でも法の対象となりました。
代表的な自然由来の汚染物質としては砒素,フッ素,鉛,ホウ素,水銀,カドミウム,セレンなどが挙げられます。
特に、砒素はバングラデシュなど世界各地で問題となっており、海成堆積物中に多く存在し、地下水開発(揚水)により、地下環境が変化することで誘発されていることが多くなっています。
また、砒素は硫化鉱物に含有されることも多く、そこから溶出し汚染となることもあります。
フッ素は班状歯の原因となる物質ですが、近畿・中国・四国地方では主に花崗岩類を起源とし、九州および中部・関東・東北・北海道では火山・温泉起源とし、汚染は全国的に発生しています。
地下水・土壌汚染の関連の年表は下記の通りです。

1948 農薬取締法 水質汚濁防止小委員会(資源調査会)
1951 水産資源保護法
1953 水俣病
1955 イタイイタイ病(神通川) 水道普及率上昇
1956 工業用水法
1957 水道法(→水質基準の省令化,1958)
1958 下水道法,工場排水の規制に関する法律
公共用水域の水質の保全に関する法律
1959 トリクロロエチレン生産急増
1962 建築物用地下水の採取の規制に関する法律
1964 毒物及び劇薬取締法改正 第2 水俣病(阿賀野川)
1965 テトラクロロエチレン生産増加,クリーニング業急増
1966 水道水の水質基準改正(陰イオン活性剤,六価クロムの追加)
1967 公害対策基本法 合成洗剤ABS → LAS 切り替え
1970 水質汚濁防止法(直罰規定,上乗せ基準)
玉川浄水場取水停止
廃棄物の処理及び清掃に関する法律
農用地の土壌の汚染防止等に関する法律
(特定有害物質:カドミウム,銅(1972),砒素(1975))
1971 環境庁発足
有機塩素系農薬の販売の禁止及び制限を定める省令
1973 化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律
(PCB,DDT,BHC 使用禁止)
1974 水質基準に水銀,カドミウム追加
地盤凝固剤問題化(アクリルアミド系など使用禁止)
1975 秦野市地下水の保全及び利用の適正化に関する要綱
(地下水利用協力金)
六価クロム汚染表面化(日本化学工業クロム鉱滓)
1978 水質汚濁法等改正(総量規制) ラブカナル事件(アメリカ)
レッカーケルク事件(オランダ)
1981 シリコンヴァレーの地下水汚染問題化(アメリカ)
1982 地下水汚染実態調査(環境庁) 
トリクロ3 物質問題化(ハイテク汚染)
1983 浄化槽法
1984 トリクロロエチレン等の水道水暫定水質基準
湖沼水質保全特別措置法
1986 化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律改正
(トリクロロエチレン等の第二種特定化学物質追加)
チェルノブイリ原子力発電所事故
1988 津市水道水源保護条例 ゴルフ場農薬問題
1989 千葉県地下水汚染防止対策指導要綱
水濁法改正(地下浸透禁止,常時監視) 
地下水質評価基準(11 項目)
1990 千葉県ゴルフ場等の開発事業に関する指導要綱
(農薬使用禁止)
ゴルフ場使用農薬の暫定水質目標(21 種類,厚生省),
同排水の暫定指導指針(環境庁)
熊本県地下水質保全条例
1991 土壌の汚染に係わる環境基準(25 項目)
1992 長野県水源保護条例
水道水質基準の見直し
(厚生省,1993 年12 月施行,26 → 46 項目)
水質環境基準の見直し
(環境庁,9 → 23 項目,+要監視項目25)
1993 環境基本法
地下水評価基準の改定(23 項目) 要監視項目の設定(25 項目)
秦野市地下水汚染の防止及び浄化に関する条例
ヒ素による地下水汚染(バングラデシュ)
1994 水道原水水質保全事業促進法・水道水質保全特別措置法
重金属等に係わる土壌汚染調査・対策指針
有機塩素系化合物に係わる土壌・地下水汚染調査・対策暫定
指針
1995 水濁法改正(浄化措置命令)
1996 社団法人土壌環境センター設立
1997 地下水の水質汚濁に係わる環境基準(23 項目)
環境影響評価法
1999 地下水の水質汚濁に係わる環境基準に硝酸性窒素・ホウ素・
フッ素追加
持続性の高い農業生産方式の導入の促進に関する法律
(持続農業法)
家畜排せつ物の管理の適正化及び利用の促進に関する法律
(家畜排せつ物法)
2000 ダイオキシン類の環境基準
浄化槽法改正(単独処理浄化槽の禁止)
2001 環境省設置
硝酸性窒素及び亜硝酸性窒素に係る土壌管理指針
2002 水質汚濁防止法改正
土壌汚染対策法
東京都豊洲新市場予定地における土壌汚染の確認
2003 化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律改正
(生態系影響審査の追加)
茨城県神栖市における有機ヒ素化合物
(ジフェニルアルシン酸)による地下水の汚染
2004 水道水質基準の見直し
(基準項目50,管理目標設定項目27,要検討項目40)
残留性有機汚染物質(POPs)に関するストックホルム条約発効
2006 東京都北区豊島五丁目地域ダイオキシン類土壌汚染
2009 地下水の水質汚濁に係わる環境基準に塩化ビニルモノマー,
1,4- ジオキサン,1,2- ジクロロエチレン追加
化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律改正
(国際条約との整合性の確保)
2010 水道水基準の見直し
(基準項目50,管理目標設定項目27,要検討項目44)
土壌汚染対策法改正(自然由来の土壌汚染も対象)
2011 東北地方太平洋沖地震・福島第一原子力発電所事故
東京都土壌汚染対策アドバイザー派遣制度開始
2012 熊本県地下水保全条例改正(地下水利用に許可制導入)
印刷会社で胆管癌が多発
(1-2,ジクロロプロパンおよびジクロロメタン?)

アフリカ大陸の地下水

アフリカ大陸の地下には膨大な量の地下水が眠っているそうです。

これは、イギリスの地質学調査機関とロンドン大学ユニバーシティー・カレッジ(UCL)の研究により判明したそうです。
この記事によれば、乾燥した大地として知られているアフリカ大陸は、地下に膨大な量の水を蓄えた貯水池の上に
横たわっているようなものだと研究者たちは言っています。
この研究者たちにによれば、アフリカの地下にある水の量は、アフリカ大陸の表面にある水量の100倍だそうです。
淡水の川や湖は、アフリカで生きる人たちや農家の人たちの生活を制限させる、季節性の洪水や干ばつに影響されています。
事実、現在アフリカでは耕地のたった5%しか灌漑されていません(水の供給が整備されていないのが現状です)。
その為、雨や雪が降っても、そのうち多くは川に流れていくか、植物や作物を潤す為にしか使われていません。
また他の水は土壌の下にある岩石層にぽたぽたと落ちていっています。
そして、これらの地下水は、岩石と相互に連結した狭い空間や、砂岩の中の個々の砂粒の中に閉じ込められています。
これらの地下水は帯水層と呼ばれていますが、地下水は帯水層の中で動かないのではなく、重力や、その上にある水の量によって押し引きされています。
と帯水層の中で地下水が動くと、そこで多くの不純物が取り除かれるので、地下水は地上の水よりもきれいになります。

数世紀に渡る気候変動により、サハラの地域は砂漠になったのですが、その地下の帯水層は5000年以上前の水で満たされているそうです。
大量の砂漠の地下水を使えば、砂漠を緑あふれる土地に回復させることも難しくはないのかも知れません。
サハラ砂漠の深層地下水は、氷河期にまだサハラ一帯が草原や森林地帯だった頃の水だと言われています。
1万年以上前の雨水が地層の中に閉じ込められたもので、この水は「化石水」と呼ばれています。
いくつかの資料によると、にサハラ砂漠には300m~1200m辺りから地下水があるようです。

07662.png 
アフリカ大陸で、ボーリング掘削中に水脈が見つかりました。
水温は65℃です。
水源が深いので水は地熱で加熱されています。
サンドストーンという砂岩に閉じ込められて眠っていた水ですが、写真は、ポンプで汲み揚げて、人工のオアシスになっています。
また、水が自然に湧いて出るオアシスもあるそうです。

07663 
衛星の地下探索レーダで広大な地下水源が見つかりました。
写真で、水色の部分がそうですが、サハラ砂漠の地下にはアマゾン川流域の水資源に相当する地下水が含まれていると言われています。
水源は、だいたい地下300~1200mにあり、フランスの国土と同じ面積があるそうです。
ボーリングして水を汲み上げれば砂漠を緑地化できるかも知れません。
でも、大量に汲み上げると、数百万年かけて蓄えられた水も数百年で枯渇すると思います。
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