白黒版 - 共生システム理工学類

11.地下水汚染
環境の科学03
「水資源開発と環境問題」
福島大学 共生システム理工学類
環境システムマネジメント専攻
柴崎 直明
1
地下水汚染シミュレーション結果の例
2
地下水の水質の特徴
ゆっくりと流れる地下水
日本では、一般的に地下水はおいしい
一般に、自然状態では1日数m程度の
スピード
地下水の水温は10~15℃で安定
福島盆地では、
良好な水質、適度な成分
水頭差が90m、流動距離が11.2km、
平均的な透水係数が0.6m/day、有効
間隙率が0.10であるので、
濁りがない、きれい
3
真の通過時間=約636年
4
単純な地下水盆の地下水流動
地下水盆の基本概念
地形面
下流側
〔J. Toth(1963)による〕
上流側
A層
B層
水位等高線
地下水流動方向
5
局所的流動系域
広域的流動系域
中間的流動系域
地下水流動方向
6
1
なぜ、地下水はおいしいのか?
断面二次元モデルによる再現
地下にしみ込んだ水は、地層中の複雑
な間隙の中を、ゆっくりと移動
その過程で、土壌や微生物等の働き
で不純物がろ過・浄化される
+
適度なミネラル分や炭酸ガス
が溶け込む
8
7
新潟県三条市の緩速濾過
この原理を応用した技術
「緩速ろ過」
古くから水道の浄化方法として世界
各地で利用されてきた
薬品を大量に使う「急速ろ過」
技術に比べて、おいしく安全
な水をつくることができる
9
三条市大崎浄水場
10
地下水汚染とは…
自然・人工の汚染物質で、地下水が
汚染されること
英語では、
Groundwater Contamination
あるいは
Groundwater Pollutionという
11
12
2
地下水中の物質移動の基礎
移流(Advection)
地下水中の溶存物質の移動は、
流動する地下水の流れに沿って物質が移
動すること (= Convective Transport)
拡散、移流、分散、吸着など、
いくつものプロセスが複合した現象。
y
地下水とともに流れる溶存物質の移動
t = t2
移流・分散方程式であらわされる
t = t1
x
13
分散(Dispersion)
14
移流分散(Advection-Dispersion)
間隙の不規則な形状や地下水流速の変化等
により、溶存物質の濃度が拡がること
移流と分散が組み合わさったもの
縦方向分散
y
y
横方向分散
t = t2
t = t1
t = t2
t = t1
x
15
地下水中における
汚染物質の拡がり
(藤縄(1990) 「汚染される地下水」共立出版より)
x
16
流動地下水中のトレーサの分散
17
(藤縄(1990) 「汚染される地下水」共立出版より)
18
3
ミクロスケールでの
力学的分散機構
マクロスケールでの力学的分散機構
(Fried(1975)を改編、 「地下水資源・
環境論」共立出版より)
19
(Freeze・Cherry(1979)による、 「地下水資源・環境論」共立出版より)
20
帯水層中における非混合流体の移動
帯水層中における非混合流体の移動
石油の場合
有機溶剤の
場合
(「地下水資源・環境論」共立出版より)
(「地下水資源・環境論」共立出版より)
21
地層汚染と地下水汚染
22
バングラデシュにおける
地下水ヒ素汚染問題
Dhaka
Location of
Bangladesh
Calcutta
(楡井原図、「地下水資源・環境論」共立出版より)
23
24
4
アジアの地下水砒素汚染
バングラデシュの
ヒ素による
地下水汚染状況
飲料用に使われていた池
(アジア砒素ネットワーク, 2005)
汚染された井戸水を使う村人
27
人力で容易に掘削できる井戸
28
ヒ素中毒患者【Arsenicosis Patients】
(Arsenical Melanosis)
29
30
5
ヒ素中毒患者
(Arsenical Melanosis)
ヒ素中毒患者の手
(Arsenical Keratosis)
31
ヒ素中毒患者の足裏
(Arsenical Keratosis)
32
ヒ素(Arsenic)の有害性
無機ヒ素が危険
As3+, As5+
バングラデシュの飲料水基準:
0.05 mg/L
WHO 飲料水ガイドライン値:
0.01 mg/L
33
34
35
36
ヒ素のフィールド・テスト・キット
6
地下水位観測記録
(Samta, Bangladesh)
Influence of GW
Pumping
37
38
39
40
かんがい用の浅井戸
断面二次元モデルによるシミュレーション結果
汚染源を除去した場合の計算結果
After 1 year 2 years 5 years 10 years 20 years 30 years 40 years 50 years
After
After
After
After
After
After
10
15
20
180
3511years
years
day
year
days
41
42
7
それでは、また来週!!
43
8