琉球石灰岩帯水層における浸透水の挙動特性

• 担当機関: （独）農業・食品産業技術総合研究機構 農村工学研究所
• 研究期間: 2006～2008
• 研究担当者: 吉本周平; 今泉眞之; 石田 聡; 土原健雄
• 発行年度: 2007
• 要約: 琉球石灰岩帯水層においては、豪雨時に浸透水が短時間で地下水面に達するかん養経路が存在し、地下水中の溶存物質濃度を低下させる。地表からの浸透水は帯水層内で地下水と混合した後水平方向に流動する。
• キーワード: トリチウム、硝酸態窒素、琉球石灰岩、地下水、地下ダム
• 背景・ねらい: 沖縄県及び鹿児島県の琉球石灰岩地域においては、農業用水確保のため地下ダムが建設されている。このような地域における地下水中の硝酸態窒素濃度は、飲料水基準値（10mg/l）以下ではあるが高い値を示している。地下ダム事業等で水質を保全しつつ、地下水を有効に利用していくためには、負荷源と地下水質との関係を明らかにする必要があるが、帯水層は透水性が高く、亀裂や溶食が発達しているので、浸透水の帯水層内での挙動（浸透水と地下水の混合状態・降雨イベント時の水質変動）は一般的な浸透理論で説明できない場合が多い。このため、琉球石灰岩帯水層が分布する沖縄県宮古島内の観測井戸において深度5m毎の地下水中のトリチウム濃度、水質測定等を行い、降雨による水質の変化、島内の負荷源の推移と地下水中の硝酸態窒素濃度の対比により、浸透水の挙動特性を解明する。

成果の内容・特徴

1. 宮古島東部白川田水盆内の浸透水は地下水と混合した後、水平方向に流動している。流域内2箇所の観測孔における地下水のトリチウム濃度の鉛直方向の変化が小さいことは，地下水の滞留時間が深度によらず一定で，よく混合されていることを示す（図１）。2孔のトリチウム濃度平均値の差から求められる地下水の水平流速は900m/年である。
2. 砂川地下ダム流域内においても、地表から琉球石灰岩を浸透して地下水面に達した水は鉛直方向に浸透し、特定の硝酸態窒素濃度の領域を形成した後、水平方向に流動している。流域内観測孔11箇所において深度毎に採取した地下水の水質分析結果（延べ66点）によると、地下水中の硝酸態窒素濃度は深度による変化は小さく、水平方向の濃度差は大きい（図２）。
3. 豪雨（台風通過）時には、硝酸態窒素濃度の著しい希釈が生じる。地下ダム流域上流部では台風通過後１ヶ月以内に濃度の低下が見られ、中流部・下流部では１ヶ月程遅れて濃度が低下する（図３）。また、地下水中の硝酸態窒素濃度は、島内の負荷源（例：サトウキビの栽培面積）と高い相関を持つ（図４）。
4. 琉球石灰岩地域の地下水質分布を再現し将来予測を行うためには、地下水面に達した硝酸態窒素等の負荷は鉛直方向に完全混合すること、降雨→溶脱→地下水汚染という経路以外に、豪雨時に濃度の希釈を生じさせるような速い浸透をもたらすかん養経路が存在することを考慮する必要がある。

成果の活用面・留意点

1. 本研究成果は琉球石灰岩地域の地下ダム事業における水質保全施策策定のための、地下水流動モデル構築への活用が期待される。
2. 速い浸透をもたらすかん養経路が浸透量全体にどの程度寄与するかは明らかにされていない。降雨と地下水質との関係をより詳細に把握するため、浸透試験等を実施することが望ましい。

• カテゴリ: さとうきび