JP2007072753A

JP2007072753A - 陸水汚染の危険度の算定方法

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Publication number: JP2007072753A
Application number: JP2005259011A
Authority: JP
Inventors: Koji Mori; 康二森; Kazuhiro Tada; 和広多田; Hiroshi Ito; 洋伊藤; Satoru Nishioka; 哲西岡
Original assignee: GEOSPHERE ENVIRONMENTAL TECHNO; GEOSPHERE ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CORP
Current assignee: GEOSPHERE ENVIRONMENTAL TECHNO; GEOSPHERE ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY CORP
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】流域の水環境管理に資することができる陸水汚染の危険度の算定方法を提供する。
【解決手段】対象流域の水循環モデルをコンピュータ上に構築し、該水循環モデルにより流域の水循環状態を再現し、汚染物質が排出される地点あるいは地域から、流下地域までの流動経路を地表水・地下水系の連続した流線として再現し、陸水汚染の危険度を解析的に評価する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ある地点（例えば、農地や廃棄物投棄場など）の土地から流出する汚染・汚濁物質が他の地点（例えば、河川、湖沼、遊水池、地下水揚水場など）を汚染する危険度を算定する方法、すなわち、陸水汚染の危険度の算定方法に関するものである。

一般に、図３に示すように、水循環系を説明することができる。この水循環系のうち陸水系は、地表水循環系と地下水循環系に分けられる。この地表水循環系は、地上に降り注いだ水（降水）の一部が地表面や河川など通じて低い所に流れたり湖沼などに貯留され、その途中で、地下に浸透したり蒸発し、残りの水は海域に至る。蒸発した水は雲となって、やがて地表にも降り注ぐ。一方、上記地下水循環系は、地上に降り注いだ水の一部が地下に浸透し、地下水流となって下流に移動し、その一部は、再び地表に流出する。

ところで、地表での農薬散布・施肥や地下での廃棄物などの汚染源があり、その汚染物質が水に溶け込んだり混入して汚染水となる。例えば、図３に示すように、地上に不法投棄がなされていたり、地下に廃棄物が埋設されている場合には、降水にこれらの汚染物質が溶け込んだり混入して、地表面を流出したり地下水流となって、下流の河川・湖沼や土地を汚染する恐れがあり、これらの汚染物質の移動メカニズムの解明が急務となっている。

従来の河川・湖沼の汚染・汚濁の予測手段としては、一次元の指数関数式を用いて濃度変化を表現するような数式モデル、あるいは地表流を物理法則で表現し、その流動系を再現した物理モデルがあった。前者は、比較的に簡便な数式で表現されるが、仮定条件が多く、流動方向も一定となるため、膨大なデータを蓄積しての処理や確率論を用いるなどの処理が必要であり、そのために、汚染物質の移動メカニズムの解明という目的には問題があった。
また、ＭＩＫＥ−１１（オランダ）に代表される物理モデルは、基本的に河川・表流水を追跡するものであり、地下水を経由するプロセスは考慮されていないか、簡易な仮定（タンクモデル）を取り入れているだけで、解明には満足すべきものではなかった。
さらに、地下水のみの汚染物質の拡散を取り扱える物理モデルは、多くあるがいずれも地下水に限定されているものであった。

以上のように、従来技術では、排出段階から物理法則のみで移動・拡散し、地表流出、地下浸透、湧出、河川流入・流出などを経て、湖沼・大河川に流入するプロセスそのものを表現できるものがなかった。従って、実際には汚染物質の移行過程や滞留時間、流達量の算出は、多くの過程やデータによる推定、一部プロセスの削除によって実施されてきていた。そのため、対象評価地点でのデータの蓄積がなければ、予測精度は乏しいものとなり、また、その精度を上げるには膨大な時間と費用を必要としていた。

本発明が解決しようとする課題は、流域内の環境影響評価において、Ａ地点の汚染排出源からＢ地点の地表水・地下水の水質汚染・汚濁に与える環境影響を連続した流動経路を基に定量的に算定し、Ｂ地点を基準とした汚濁負荷寄与地目・地域のハザードマップを作成し、流域の水環境管理に資することができる陸水汚染の危険度の算定方法を提供することにある。
また、総合的な目的としては、Ｂ地点に流入する汚染物質・汚濁物質の発生源であるＡ地点との関係・負荷の度合いなどを定量的に把握することによって、発生源の重点的対策立案や対策の効果を予測し、合理的な方策立案・実施・モニタリングを実現することができる陸水汚染の危険度の算定方法を提供することにある。

本発明の請求項１の陸水汚染の危険度の算定方法は、対象流域の水循環モデルをコンピュータ上に構築し、該水循環モデルにより流域の水循環状態を再現し、汚染物質が排出される地点あるいは地域から、流下地域までの流動経路を地表水・地下水系の連続した流線として再現し、陸水汚染の危険度を解析的に評価することを特徴とする。また、本発明の請求項２の対象流域の地表水と地下水を完全に一体化した三次元水文・水理地質構造モデルを構築し、流域の自然状態での水循環状態を解析的に再現して、汚染水の排出負荷から対象地点への流達負荷までの量的収支を評価することを特徴とする。なお、上記請求項２において、Ａ点から他のＢ点への、（１）地表流動経路、（２）地表水と地下水の混合経路、（３）地下水経路、の各経路を区別することなく、Ａ地点流達量と滞留時間を算定し、陸水汚染の危険度を解析的に評価することもできる。また、Ａ点における地表面流動量（流出量）・方向（地表流出、地下浸透）とＢ点への滞留時間から、簡易的に発生源（Ａ点）が流下目標地点（Ｂ点）に与える汚染・汚濁負荷の危険度を予測することもできる。さらに、対象流域の地表水と地下水を完全に一体化した流域の水循環状態を再現して、その水循環動態に汚染・汚濁物質が溶解し拡散する状況を描き、排出地域と流達対象地との相互の関係、特に流達地域から見た排出地域の関与の度合い、および水を媒体とする流域全体の環境負荷を得て、土地、河川・湖沼等の総合的環境整備の観点から評価することを特徴とする。

本発明の陸水汚染危険度の算定方法によれば、発生源と流達負荷の関係が定量的に明確になることから、発生源での排出抑制量を明示することができる。その結果、汚染源であるＡ地点での対策を合理的に実施することができる。また、Ａ地点に対して、明確な収支を提示できることにより、合意形成も容易となる。

図１は、陸水汚染危険度を算定しようとするモデル地域における汚染経路の再現イメージ図であって、汚染源から地下浸透あるいは地表流出した汚染物質が、地下水流動経路あるいは地表流動経路を辿り、最終的に評価対象地点（例えば、湖沼）に到達する。流動経路は、水循環の再現の中で、地形・地質・土地利用などと自然の物理法則によって決定される。地下水中の汚染物質の濃度から排出負荷量と到達した地点での流達負荷量を算出することにより、これまで完全な収支を保障する形では算出されなかった流達率を得ることができる。

図２は、上記モデル地域における地表水流と地下水流を解析するための解析フロー図であって、まず、解析に必要なデータを収集して入力する。必要なデータとしては、標高や河川地形などの地形データ、降水量、大気圧、気温、日照時間、潮位などの気象データ、河川流量、水系マップ、沢水流量、湧水などの水文データ、三次元地質構造モデル構築のための土壌・地質データ、流体粘性係数、比重、絶対浸透率、有効空隙率、毛細管圧力曲線、２相（水−空気）流パラメータなどの基礎物性データ、地下構造物、貯水池、井戸分布、揚水などの人工系データ、植生、マニングの粗度係数などの土地利用分布図データ、水位、水質、水温などの観測情報データ、がある。以上のデータは公開情報あるいは現地調査・室内試験等により得る。

次に、上記地形データおよび土壌・地質データに基づいて三次元地質構造モデルを構築すると共に、三次元格子システムを作成する。該三次元格子システムは、まず、上記地域の平面格子を作成し、この平面格子を深度方向に引き伸ばすことにより作成する。

続いて、三次元格子システムに気象データ、基礎物性、人工系、土地利用などのデータを入力して、降雨と水循環のバランスを取る解析をして初期化しておく。

上記初期化状態において、現在の降雨データやダムオペレーションなどの情報を入力して、対象地域の地表水・地下水の流動場を現況再現する。再現された流動場は、河川流量や地下水位と比較検討し、検証を行う。

次に、汚染源から汚染物質が排出される物質の種類、量、濃度、期間など諸量を入力し、その後の移動経路を再現（あるいは予測）する。

その結果出力（一次出力データ、飽和率、ポテンシャル、流速、濃度など）から、流動経路、滞留時間、流達負荷量といった情報に変換し、評価を行うことができる。

上記統合型シミュレーションシステムの特徴は下記の通りである。
１）基本的に公開情報（地形、土地利用、地質、気象データ、水文データ等）から得られる情報をベースに三次元モデルを構築することができる。なお、地形・地盤物性・地質等に関しては、現地調査・土質試験等を行って、データの精度を高めることが望ましい。
２）三次元地表水・地下水解析の出発点では、水循環を形成する領域（分水界）を取り、降雨条件のみで地表水と地下水の流動バランスを得ることができる。人為的な境界条件の設定は極力行わない。
３）目的とする期間の実降水量を入力して、現況再解析を行うことができる。解析結果は、河川流量や地下水位、沢水湧水などの情報と比較し、整合性を検討する。満足できるレベルに達した段階でまず流動場を得ることができる。
４）流動場の再現解析結果の検証では、河川流量や地下水位といった明確な観測データと解析結果を直接比較することができる。
５）汚染物質の移行では、人為的な加工・モデル化・分配といった要素は全く介入せず、地形・地質・土地利用といった自然の情報と自然の物理法則によって、汚染物質の移動を追跡することができる。
６）汚染物質の移動経路では、陸水のすべてが含まれていることから、水収支・物質収支を確保することができる。これまでのシミュレーションでは、地表水と地下水を同時に取り込むことができなかったため、流達負荷量は不足分を仮定せざるを得ない。
７）汚染物質は、水溶性の物質（重金属、塩類、窒素など）のみではなく、非水溶性（ガソリン、揮発性有機化合物など）の物質の移行・拡散を取り扱うことができる。また、揮発性有機化合物から発生したガスなど、あらゆる汚染物質を取り扱うことができる。
８）汚染物質の移行における拡散、分散、移流、吸着（非線形非定常モデルまで可能）、消滅・減衰・物質変換などの物理特性も組み込まれている。

本発明は、上記実施例の汚染・汚濁水の追跡評価に限定するものではなく、水循環の実態を総合的に把握することによって、豪雨災害メカニズムの解析・予防や、自然環境保持等の用途にも適用することができる。

陸水汚染危険度を算定しようとするモデル地域における汚染経路の再現イメージ図である。モデル地域における地表水流と地下水流を解析するための解析フロー図である。一般の水循環系の説明図である。降水汚染や汚濁のメカニズムを示す説明図である。

Claims

対象流域の水循環モデルをコンピュータ上に構築し、該水循環モデルにより流域の水循環状態を再現し、汚染物質が排出される地点あるいは地域から、流下地域までの流動経路を地表水・地下水系の連続した流線として再現し、陸水汚染の危険度を解析的に評価することを特徴とする陸水汚染の危険度の算定方法。
対象流域の地表水と地下水を完全に一体化した三次元水文・水理地質構造モデルを構築し、流域の自然状態での水循環状態を解析的に再現して、汚染水の排出負荷から対象地点への流達負荷までの量的収支を評価することを特徴とする請求項１に記載の陸水汚染の危険度の算定方法。
対象流域の地表水と地下水を完全に一体化した流域の水循環状態を再現して、その水循環動態に汚染・汚濁物質が溶解し拡散する状況を描き、排出地域と流達対象地との相互の関係、および水を媒体とする流域全体の環境負荷を得て、土地、河川・湖沼等の総合的環境整備の観点から評価することを特徴とする請求項１または２に記載の陸水汚染の危険度の算定方法。
上記排出地域と流達対象地との相互の関係が、流達地域から見た排出地域の関与の度合いであることを特徴とする請求項３に記載の陸水汚染の危険度の算定方法。