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
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