プレスリリース
(研究成果) 潮の満ち引きを利用した地下ダム機能監視手法の開発

沖縄・奄美などの南西諸島には、雨水がすぐに浸透する地層が広く分布していて河川ができず、水資源を地下水に頼る地域があります。そのうち、地質構造などの条件が適した地域では、地下水がある地層の中にその流れを遮るコンクリート製などの壁(地下止水壁)を造って地下水資源を貯める「地下ダム」が建設されています。南西諸島には貯水量数十万トンから数百万トンの大規模な地下ダムが10基あり、貴重な農業用水源として利用されています。

沿岸域の海に接する地層中に造られた地下ダムの止水壁は、海側の地下から海水が内陸に浸入するのを防ぐことで淡水である地下水資源を塩水化から守っています。大地震などで地下ダムの止水壁に亀裂や穴が出来るとその機能が損なわれ、海水が止水壁の内陸側に浸入して地下水資源が塩水化する可能性があります(図1)。

地下ダムの止水壁は、地下に埋設してあるため直接見たり触れたりして状態を知ることができません。従来このような地下ダムの止水機能の点検方法として、地下水の塩分濃度の目安となる電気伝導率を測定する機器を携行し、現場に設けられた地下水調査用の直径数cmの縦穴(地下水観測孔)に長いケーブル付きセンサーを挿入して深さごとに地下水の電気伝導率を測定することが行われています(図2)。この測定を多数地点で行うことでその時点の地下水の塩水化の有無や範囲が分かりますが、作業者が現地に赴いて行うこの調査は労力的に年数回が限度で、連続的な監視に利用することは困難でした。

農研機構では、これまで、潮の満ち引きを利用して地層の水の通りやすさを推定する技術を開発していました(発表論文等1)。これは沿岸域の地下水資源の利用可能量の検討に役立つ技術です。この技術は、地下水を含む地層が水を通しやすい性質であるほど、地下水位の周期的振動が地層中を伝わるときに減衰しにくいことを利用していました。それを地下ダムの止水壁に応用する着想が、新たな手法開発の契機となりました。

止水壁を挟んで地下水位の周期的振動が伝わるときに大きく減衰することは、止水壁が水を通しにくい性質であることの表れであり、「地下水の流れを遮る」という機能が保たれていることの証拠になります(発表論文等2)。なお地下の壁を挟んで設置した観測機器で得られたデータを用いて水の流れに関わる壁の性質を推定することは、農研機構が特許を取得しています(発表論文等3)。

• 地下止水壁を挟む海側と内陸側の地下水観測孔に地下水位を自動で連続観測し記録する機器(自記水位計)を設置して得られるデータを利用します(図3)。両地点の水位観測データについて、フーリエ解析³⁾と呼ばれる方法を応用して、潮の満ち引きの影響による特定周期の振動の大きさを分析します。
• 止水機能が正常に保たれていることが分かっている地下ダム止水壁の結果と比較して、内陸側の地下水位の潮の満ち引きによる振動の幅が明らかに大きい(図4)などの結果が得られれば、止水機能が損なわれている可能性があると判断します。その場合は、さらに詳細な調査や補修対策の必要性を検討することが推奨されます。
• 開発した手法は、これまで難しかった、地下水を塩水化から守る地下ダムの機能の連続的な監視を可能にするものです。大地震など不測の事態が起きた後の地下ダムの機能の点検にも使えます。

• 今回開発した手法は、①塩水浸入阻止型と②貯留型のうち主に①の地下ダムの機能監視に用いられるものですが、②の地下ダムであっても、止水壁の海側の地層が海に接し、地下水位が潮の満ち引きの影響で振動していれば本手法が適用できる可能性があります。
• 既に水源として利用されている地下ダムだけでなく、建設中の地下ダムの機能の確認に用いることも考えられます。地下ダム建設開始前から自記水位計による観測を始めれば、建設中の地下ダムの止水機能が発現していく状況をリアルタイムにモニタリングできる可能性があります。
• 今後は開発手法を説明した技術資料の公表、地下ダムの管理に関わる方々への説明会の開催を計画しています。