産業技術連携推進会議ー東北大学ー産業技術総合研究所合同セミナー

震災復興に向けての産学官連携の取り組み震災復興に向けての産学官連携の取り組み

震災復興のための地下水流動シミュレーション

産総研 地圏資源環境研究部門 地下水研究グル プ産総研・地圏資源環境研究部門 地下水研究グループ丸井 敦尚・越谷 賢・伊藤 成輝・

小原 直樹・内田 洋平・吉岡 真弓

デル フ ギモデル と フィギャー

誰もが知っている水の循環モデル：誰もが知っている水の循環モデル：

海水が蒸発して山に雨とな て降り海水が蒸発して山に雨となって降り、平野を流れて海へ出てゆく。だから海平野を流れて海 出てゆく。だから海の水は濃縮されてしょっぱくなる。

未曾有の大震災を受けた東北地方の東

○東北地方東海岸平野の地質は似ている未曾有の大震災を受けた東北地方の東

海岸沿いには多くの町が点在していた。海岸部の人口密集地はそのほとんどが海岸平野と言われる地形上にあり、地層が堆積平野と言われる地形上にあり、地層が堆積している平野であった。この平野は、海水準の変動や地盤の隆起などで形成されたものであり、地質学的に見て東北地方の東あり、 質学 見 東 方 東海岸域はほぼ同様の海水準変動を受けていることから、その地層（帯水層）の堆積状況は互いに似通っていると言える。その好例が、地表面下10～20ｍのところに粘土層

などの難透水性の地層があることで、これより上の帯水層は津波などにより塩分など

汚染 さらされ るが 深部（ よりの汚染にさらされているが、深部（30mより

も深いところ）は比較的守られているという状況が一般的である。

平野の特徴

人口

第四系 新第三系 合計 N/Q S55（1980）

H12(2000)

H17（2005）

8 津軽平野 993 33 6 0 112 0 252 0 363 2 256 242469 227161 211692

1km2当たりの地下水賦存量（×109m3/km2）

地方 ID 平野，盆地名面積

(km2)

海岸線長(km)

8 津軽平野 993 33.6 0.112 0.252 0.363 2.256 242469 227161 211692

9 三本木原 1,616 129.1 0.034 0.359 0.393 10.504 342845 350041 324782

10 能代，秋田平野 931 89.4 0.228 1.008 1.236 4.414 177164 180162 165241

11 横手盆地 764 0.010 0.195 0.205 19.435 97857 89056 84557

12 庄内平野 578 36.9 0.613 0.595 1.208 0.971 88986 84802 75771

13 新庄盆地 235 0.043 0.492 0.535 11.557 25779 24695 23703

14 石巻平野 1,054 24.0 0.000 0.007 0.007 235.073 231370 231124 201067

15 山形盆地 384 0 057 0 007 0 064 0 122 154684 168219 168249

東北

15 山形盆地 384 0.057 0.007 0.064 0.122 154684 168219 168249

16 仙台平野 372 45.0 0.029 0.192 0.221 6.730 282511 356504 363727

17 米沢盆地 415 0.028 0.098 0.126 3.464 59465 57611 55754

18 会津盆地 329 0.023 0.001 0.024 0.023 70592 70591 61751

東 東関東 19 関東平野 17,340 699.8 0.617 0.272 0.889 0.441 40529065 35450657 35946128

○水の需要

日本人は 日平均 の水を使用している 年間では日本人は1日平均300～400ℓの水を使用している。1年間では110m3使うことになる。また、日本列島の平均的な降水量は年間1600mmと言われている 降水はその半分が蒸発し 1/3が間1600mmと言われている。降水はその半分が蒸発し、1/3が河川へと流出するため、1/6しか地下水にならない。従って、1600mmのうち地下水になるのは270mmであり、110m3の地下水を得るには400m2の地域が必要になる。これと同様に工業や

商業にも業種によって原単位があり、それぞれが使う水の量を推定する とが きる 後背地ま 含めた流域 面積を勘案し推定することができる。後背地まで含めた流域の面積を勘案し、各地で使える水の量（流域にもたらされる総水量から人々が使う量を減じ 産業にどれだけの水が使えるかを考える）を把握しう量を減じ、産業にどれだけの水が使えるかを考える）を把握したうえで、地下水流動の観点からどの地域のどの深度で地下水が得られるかを把握する必要がある。

双葉断層

福島の地質図

福島第一原子力発電所

電子化した福島の地質情報

貫入岩

完新世

Q

堆積岩類 付　加　コ　ン　プ　レ　ッ　ク　ス 火　山　岩　類　　　　　　　　　岩石区分

　　地質時代

火砕流

第

H

深成岩類 変成岩類

主　と　し　て　堆　積　岩　類

火山岩類

深成岩類

アルカリ珪長質 苦鉄質 ﾐｸﾞﾏﾀｲﾄ類 低-中圧型

Q3（100） Q3（119）

高圧型　珪長質 苦鉄質珪長質 苦鉄質

非海成 海成 岩屑非アルカリ

苦鉄質

Q3（2）

H（1）Q3（84） Q3（96）

Q3

Q2 Q2（85） Q2（101） Q2（120）

Q1 Q1（86） Q1（102） Q1（121）

鮮新世

N2 N2（80） N2（116） N2（123）

（65）

PG1（11）

（69）

新生代

第四紀 更新世

Q3（2）

Q2（3） Q2（97）

Q1（4） Q1（98）

Q（79）

N3（122） N3（126） N3（141）

中新世N2（6） N2（88） N2（104） N2（127） N2（142）

N1

N3（87） N3（99） N3（103） N3（115）N3 N3（5）N2-3

（19）

N1（7）

m11〔K〕（154）

PG3（153）

PG2（131） PG2（146）

N1（128） N1（143）

PGb（70）

PG4（90） PG4（106） PG4（118）

N1（89） N1（105） N1（117） N1（124）

PG3（107） PG3（130） PG3（145）古第三紀

漸新世PG2-3

（64）

（66）

PG3 PG3（9）

PG2

c10

始新世

PG4（125） PG4（129）

PG3-4

PG4 PG4（8）

PG2-4

（20）PG3（91）

PG4（144）

新第三紀

PG2（10） PG2（92） PG2（108）l10

K-PG

（60）

b10

白亜

後期 K2 K2（22）K2

（56）K2b（71）

PG1（68）b9暁新世 （67）

K2（133） K2（148）K2（94） K2（110）

(59）

m10〔J-K1〕

K1-2

（ ）

K1-2（134） K1-2（149）

K2a（76）

K2（82）

m8〔J〕（155）

m9〔J〕（160）

PG1（147）PG1（81） PG1（93） PG1（109） PG1（132）

b7 l7 c7

（58）

（61） b8 l8 c8 （63）

（62）

前期 TR1

b l

K1（83） K1（95）J-K1b

（72）

J2-3

（44）中生代

紀

K1（23）

( ） 1

（164）（52） m7

〔-J〕（157）

K1（111） K1

（135）

K1

（136）

（155）

K1

（150）

K1

（151）K1

（48）

（57）

（55）b6

前期 K1K1

（12）

K1

（13）

J1

（25）J（137） J（152）

Jb（73）

Ja（77）

l6 c6

ジ

ュラ紀

後期 J3 J2-3

（14）中期 J2

J2-3

（24）J1-3

（40）

（53） （54）

m5

〔P〕（162）

（46）

m4

〔C-P〕（158）

（45） b4 l4 c4 （47）

TR3 TR2-3

（16）

J1-2

（36）

TR2-3

（26）

中期 TR2

m6

〔-J〕（161）

前期 J1J1

（15）

（50）b5 l5 c5

三畳紀

後期

P（32）

（42）

TR1-2

（27）

ペルム紀 P P（28）Pb

（74）Pa

（78）（37）（38）

（51）（41） b3 l3 c3 （43）

（49）P（138）

（34） b2 l2 c2 （39）

b1 l1 c1

S

O

カンブリア紀 C

石炭紀 C C（29）

S-D（30）

シルル紀

原生代 Pt

超苦鉄質m1

（159）

オルドビス紀 m2

（165）U（75）

m×11）

（156）古生代

（33） （35）C（139）

Pz（140）

m3

〔-C〕（163）

C（31）

デボン紀 D D（17）

３次元地下水流動解析モデル。地下水流動に影響を与

える堆積構造として，第四紀層と第三紀層をモデル内で区分した。透水係数は，第四紀層については，水平方向10‐4m/s，鉛直方向10‐6m/sとし，第三紀層については，10‐6m/sで等方とした。地下水流れの境界条件として，モデル全周の水位を標高で固定し 表層全域に / の涵養を与えた標高で固定し，表層全域に1mm/dayの涵養を与えた。

地下水ポテンシャル分布。第１帯水層の流動性

に富む地下水ポテンシャルの分布。浜通りは特に低いが、中通りなど 陸部 養を な がなど内陸部の地下水からの涵養を受けていないことが分かる。

浜通り周辺を解析するための詳細３次元モデル。45km×18kmのエリアを３次元的にモデル化している。地質も海底地形も単純なものであり、阿武隈山系からの一様な流動が想定される。

福島第１原発周辺の地下水流動解析結果。

図中の実線は30km圏を示す。北側では地下水の流れが30km圏

の内側に向いているが、南側は逆外向き な る とが分かに外向きになっていることが分か

る。いずれにしても最終的には海へ向かう方向に地下水は流動しているている。

ポ地下水ポテンシャル分布とダルシー流速分布（Ds層）＊Dsとは深部帯水層

福島第一原子力発電所

山側tm層

流速

地形勾配7/100

海域

0.01m/d

流速0.00001m/d

地形勾配2/100

5m

20

Dm層

0.00001m/d

流速

20m

Ds層

流速0.0001m/d

200m

浜通りの代表的な地下水流動モデル（断面図）浜通り 代表 水流動 （断面図）

流れの方向

拡大図

志津川湾

石巻市奥羽山脈

仙台市牡鹿半島石巻湾

石巻市

蔵王山

仙台市

仙台湾

流れの方向

奥羽山脈

宮城県の水理ポテンシャル（↑）

石巻市脈

蔵王山 仙台市と地下水流動分布（→）

標高-10mにおける全水頭分布標高 10mにおける全水頭分布と流速ベクトル

仙台湾周辺の標高-10mにおける地下水の実流速分布地下水の実流速分布

標高-50mにおける地下温度分布標高 50 における地下温度分布

おわりに

モデルを構成するデータ支配的要素支配的要素：水理ポテンシャルと連続の式

フィギャーとなるデータフィギャ となるデ タ連成的要素：温度・水質・水面位置

都市計画、インフラ整備、工業・農業・商業地域の設定、等 何を必要としますか？

我々は、東北東海岸の地質モデルと地下水流動モデルを公開しています

等 何を必要としますか

地下水流動モデルを公開しています。