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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。
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