JP2022114126A - Underground water level fluctuation detection method - Google Patents

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JP2022114126A JP2021010283A JP2021010283A JP2022114126A JP 2022114126 A JP2022114126 A JP 2022114126A JP 2021010283 A JP2021010283 A JP 2021010283A JP 2021010283 A JP2021010283 A JP 2021010283A JP 2022114126 A JP2022114126 A JP 2022114126A
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Inventor
裕臣 中里
Hiromi Nakazato
聡 石田
Satoshi Ishida
克志 白旗
Katsushi Shirahata
健雄 土原
Takeo Tsuchihara
周平 吉本
Shuhei Yoshimoto
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National Agriculture and Food Research Organization
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National Agriculture and Food Research Organization
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Abstract

To provide an underground water level fluctuation detection method capable of removing noise of short-term diurnal variation close to a ground surface due to a rainfall and an air temperature change and also accurately detecting an underground water level fluctuation in a labor saving manner.SOLUTION: An underground water level fluctuation detection method includes: an electrode interval determination step S1 for determining an electrode interval (a) of four electrodes; an electrode arrangement step S2 for arranging the electrodes at the electrode interval (a) determined in the electrode interval determination step S1; and a measurement step S3 for measuring a time-sequence apparent specific resistance value to be obtained from the electrodes at places arranged in the electrode arrangement step. In the electrode interval determination step S1, the electrode interval (a) is defined as a shallow layer dead electrode interval where a measurement value is not changed even when a surface layer specific resistance is changed, and an underground water level fluctuation is detected from the time-sequence apparent specific resistance value measured in the measurement step S3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、地表電気探査の時系列測定を行うことで地下水位変動を検知する地下水位変動の検知方法に関する。 The present invention relates to a groundwater level fluctuation detection method for detecting groundwater level fluctuations by performing time-series measurements of ground surface electrical prospecting.

沿岸域では海岸から内陸に向かって伝播する地下水位の振動成分の振幅比もしくは位相差を観測孔で観測し、観測孔間の帯水層の水頭拡散率、透水量係数、透水係数、貯留係数等の水理学的性質が推定されている(非特許文献1)。特許文献1では、この手法を応用して地下ダム止水壁の透水性を評価する手法を提案している。
例えば特許文献1の方法では、観測孔による地下水位の観測が必要であるが、特に地下ダム止水壁の透水性評価では止水壁の下流側に適当な観測孔がない場合があり、沿岸域地下水調査においても海水の存在が卓越する海岸付近では観測孔が設置されない場合がある。観測孔が設置されていない場合には、簡易に海岸付近の地下水位の振動成分を把握する手法が求められている。
一方、地盤の比抵抗を測定することで地下構造を推定する電気探査では、地下水面の上下の飽和度の違いによる比抵抗差を利用して地下水位の深度や地下水位の深度変化が推定されてきた。
非特許文献2では、地表に配置した探査電極の間隔を変化させ、水平多層構造を仮定して深度方向の比抵抗構造を求める1次元探査を繰り返し行い、地下水面と推定される比抵抗層境界の深度変化を求めている。非特許文献3では、地表に等間隔に多数の電極を配置した測線において、測線地下の断面の比抵抗構造を求める2次元探査を繰り返して行い、潮汐変動に対応した地下水面付近の比抵抗変化を明らかにしている。
In coastal areas, the amplitude ratio or phase difference of groundwater level vibration components propagating inland from the coast is observed at observation holes, and the head diffusivity, permeability coefficient, permeability coefficient, and storage coefficient of the aquifer between observation holes are determined. Hydraulic properties such as are estimated (Non-Patent Document 1). Patent Literature 1 proposes a technique for evaluating the water permeability of a subsurface dam cut-off wall by applying this technique.
For example, in the method of Patent Document 1, it is necessary to observe the groundwater level through observation holes. Even in regional groundwater surveys, observation holes may not be installed near the coast where the existence of seawater is dominant. In the absence of observation holes, there is a demand for a simple method of grasping the vibrational components of the groundwater level near the coast.
On the other hand, in the electric prospecting, which estimates the underground structure by measuring the resistivity of the ground, the depth of the groundwater level and the change in the depth of the groundwater level can be estimated by using the resistivity difference due to the difference in saturation above and below the groundwater table. It's here.
In Non-Patent Document 2, changing the interval of the exploration electrodes placed on the ground surface, repeating one-dimensional exploration to find the resistivity structure in the depth direction assuming a horizontal multilayer structure, and resistivity layer boundaries estimated to be the groundwater table We are looking for the depth change of In Non-Patent Document 3, in a survey line in which a large number of electrodes are arranged at equal intervals on the ground surface, a two-dimensional survey is repeatedly performed to obtain the resistivity structure of the cross section of the underground survey line. is clarified.

特許第6368014号公報Japanese Patent No. 6368014

白旗克志、吉本周平、土原健雄、石田聡著、「卓越潮汐に合わせ最適化した周波数分離法を組み合わせた潮汐応答法による沿岸域帯水層の水理定数推定」農業農村工学会論文集、1991年6月、No.308、p.I_51-I_60Katsushi Shirahata, Shuhei Yoshimoto, Takeo Tsuchihara, Satoshi Ishida, "Estimation of Hydraulic Constants of Coastal Aquifers by Tidal Response Method Combined with Frequency Separation Method Optimized for Prevailing Tides", Transactions of the Society for Agricultural and Rural Engineering, June 1991, No. 308, p. I_51-I_60 高倉伸一著、「比抵抗法による地下水位変化のモニタ リングの試み」物理探査、1991年、第44巻、p.227-231Shinichi Takakura, "A trial to monitor changes in groundwater level using the resistivity method," Geophysical Exploration, 1991, Vol. 44, p. 227-231 中里裕臣、黒田清一郎、井上敬資、竹内睦雄、汪振洋著、「比抵抗モニタリングによる地下水の潮位変動の可視化」、物理探査、2007年、第60巻、第6号、p.501-506Hiroomi Nakazato, Seiichiro Kuroda, Takashi Inoue, Mutsuo Takeuchi, Shinyo Wang, "Visualization of tide level fluctuations in groundwater by resistivity monitoring", Geophysical Exploration, 2007, Vol. 60, No. 6, p. 501-506

特許文献1の方法では観測孔を設置した上で地下水位の観測が必要である。
また、非特許文献2及び非特許文献3の方法によって地下水位変動を推定するためには、電極及び電線を設置し、更に電極及び電線を移動して探査測線を設置するために、多くの資材と労力を必要とする。測定には数10分から数時間を要することから、時間と共に変化する地下水位変動に起因する比抵抗変化を高頻度で求めることが困難であり、比抵抗変化の振動成分の周期や潮汐変動との位相差を正確に評価することができない。
これらの問題点に対し、必要最低限の4本の電極を定点に設置し、数分から10分間隔程度の高頻度の時系列測定によって得られる応答電位又は見かけ比抵抗の変化から、地下水位の振動成分を評価することが考えられる。
しかし、降雨や気温変化により地表付近の比抵抗が変化し、測定値に影響を及ぼすことから実施された例は無い。
In the method of Patent Literature 1, it is necessary to install an observation hole and then observe the groundwater level.
In addition, in order to estimate groundwater level fluctuations by the methods of Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3, it is necessary to install electrodes and electric wires, and move the electrodes and electric wires to install survey survey lines. and labor. Since the measurement requires several tens of minutes to several hours, it is difficult to obtain the resistivity change caused by the groundwater level fluctuation that changes with time at high frequency. The phase difference cannot be evaluated accurately.
In order to solve these problems, a minimum of four electrodes were installed at a fixed point, and changes in the response potential or apparent resistivity obtained by high-frequency time-series measurements at intervals of several minutes to ten minutes were used to determine the groundwater level. It is conceivable to evaluate the vibration component.
However, rainfall and temperature changes change the resistivity near the ground surface, which affects the measured values.

本発明は、降雨や気温変化による地表付近の短期的な日変化のノイズを除去することができ、省力的に精度よく地下水位変動を検知することができる地下水位変動の検知方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a groundwater level fluctuation detection method capable of removing short-term daily fluctuation noise near the ground surface due to rainfall and temperature changes, and capable of detecting groundwater level fluctuations with high precision and labor-saving. With the goal.

請求項1記載の本発明の地下水位変動の検知方法は、4本の電極を用いた地表電気探査の時系列測定を行うことで、地下水位変動を検知する地下水位変動の検知方法であって、4本の前記電極の電極間隔aを決定する電極間隔決定ステップS1と、前記電極間隔決定ステップS1で決定した前記電極間隔aで前記電極を設置する電極設置ステップS2と、前記電極設置ステップS2で設置した場所で前記電極から得られる時系列見かけ比抵抗値を計測する計測ステップS3とを有し、前記電極間隔決定ステップS1では、前記電極間隔aを、表層比抵抗が変化しても測定値が変化しない浅層不感電極間隔とし、前記計測ステップS3で計測した前記時系列見かけ比抵抗値から前記地下水位変動を検知することを特徴とする。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載の地下水位変動の検知方法において、前記電極間隔決定ステップS1では、前記電極間隔aを、表層Dの比抵抗変化層厚と平均地下水位とを用いて決定することを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項2に記載の地下水位変動の検知方法において、前記電極間隔決定ステップS1では、前記電極間隔aの決定にあたっては、更に地下水面Xの上下での比抵抗コントラストを用いることを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の地下水位変動の検知方法において、前記電極設置ステップS2では、前記電極を構成する一対の電流電極11、12を地表下に埋設することを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項4に記載の地下水位変動の検知方法において、前記電極を構成する一対の電位電極13、14も前記地表下に埋設することを特徴とする。
The groundwater level fluctuation detection method of the present invention according to claim 1 is a groundwater level fluctuation detection method for detecting groundwater level fluctuations by performing time-series measurement of surface electric prospecting using four electrodes, , an electrode spacing determination step S1 for determining the electrode spacing a of the four electrodes, an electrode installation step S2 for installing the electrodes at the electrode spacing a determined in the electrode spacing determination step S1, and the electrode installation step S2. and a measurement step S3 for measuring the time-series apparent resistivity value obtained from the electrodes at the place installed in step S3, and in the electrode spacing determination step S1, the electrode spacing a is measured even if the surface layer resistivity changes. It is characterized in that the groundwater level fluctuation is detected from the time-series apparent resistivity value measured in the measurement step S3, with the shallow layer insensitive electrode interval having a value that does not change.
According to a second aspect of the present invention, in the method for detecting groundwater level fluctuations according to the first aspect, in the electrode interval determination step S1, the electrode interval a is determined from the thickness of the resistivity changing layer of the surface layer D and the average groundwater level. is determined using
According to a third aspect of the present invention, in the method for detecting groundwater level fluctuations according to the second aspect, in the electrode interval determination step S1, when determining the electrode interval a, the specific resistance above and below the groundwater table X is further determined. It is characterized by using contrast.
The present invention according to claim 4 is the method for detecting a groundwater level fluctuation according to any one of claims 1 to 3, wherein in the electrode installation step S2, a pair of current electrodes 11 constituting the electrodes, 12 is buried under the ground surface.
According to a fifth aspect of the present invention, in the groundwater level fluctuation detection method according to the fourth aspect, a pair of potential electrodes 13 and 14 constituting the electrodes are also buried under the ground surface.

本発明の地下水位変動の検知方法によれば、降雨や気温変化による地表付近の短期的な日変化のノイズを除去することができ、省力的に精度よく地下水位変動を検知することができる According to the groundwater level fluctuation detection method of the present invention, it is possible to eliminate short-term daily fluctuation noise in the vicinity of the ground surface due to rainfall and temperature changes, and to detect the groundwater level fluctuation with high precision and labor-saving.

本発明の一実施例による地下水位変動の検知方法を説明する概念図FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a method for detecting groundwater level fluctuations according to an embodiment of the present invention; 表層厚0.1mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフGraph showing the change rate of the measured value when the resistivity changes at a surface layer thickness of 0.1 m 表層厚0.2mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフGraph showing the change rate of the measured value when the resistivity changes at a surface layer thickness of 0.2 m 表層厚0.5mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフGraph showing the change rate of the measured value when the resistivity changes at a surface layer thickness of 0.5m 表層厚1mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフGraph showing the change rate of the measured value when the resistivity changes at a surface layer thickness of 1m 表層厚2mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフGraph showing the change rate of the measured value when the resistivity changes at a surface layer thickness of 2m 表層厚と浅層不感電極間隔との関係を示すグラフGraph showing the relationship between surface layer thickness and shallow layer dead electrode spacing 平均地下水位が1mにおける地下水面より上位を100Ωmとし地下水面下を50Ωm(淡水地下水を想定)とした場合の電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフA graph showing the change rate of the apparent resistivity value due to the electrode spacing when the average groundwater level is 1 m and the upper part of the groundwater level is 100 Ωm and the lower part of the groundwater level is 50 Ωm (assuming fresh groundwater). 平均地下水位が2mにおける同電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフGraph showing the rate of change in apparent resistivity with the same electrode spacing at an average groundwater level of 2m 平均地下水位が5mにおける同電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフGraph showing the rate of change in apparent resistivity with the same electrode spacing at an average groundwater level of 5m 平均地下水位が10mにおける同電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフGraph showing the rate of change in apparent resistivity with the same electrode spacing at an average groundwater level of 10 m 平均地下水位が1mにおける地下水面より上位を100Ωmとし地下水面下を1Ωm(塩水地下水を想定)とした場合の電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフA graph showing the change rate of the apparent resistivity value due to the electrode spacing when the average groundwater level is 1 m and the upper part of the groundwater level is 100 Ωm and the lower part of the groundwater level is 1 Ωm (assuming salt water groundwater). 平均地下水位が2mにおける同電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフGraph showing the rate of change in apparent resistivity with the same electrode spacing at an average groundwater level of 2m 平均地下水位が5mにおける同電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフGraph showing the rate of change in apparent resistivity with the same electrode spacing at an average groundwater level of 5m 平均地下水位が10mにおける同電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフGraph showing the rate of change in apparent resistivity with the same electrode spacing at an average groundwater level of 10 m 図8から図15に示す平均地下水位と浅層不感電極間隔との関係を示すグラフGraphs showing the relationship between the average groundwater level and shallow dead electrode spacing shown in FIGS. 8 to 15 地下水面より上位を100Ωmとし地下水面下を1Ωm(塩水地下水を想定)とし、表層Dの比抵抗変化層厚を変えた場合の平均地下水位と浅層不感電極間隔との関係を示すグラフGraph showing the relationship between the average groundwater level and the interval between the shallow layer dead electrodes when the resistivity change layer thickness of the surface layer D is changed, with 100 Ωm above the groundwater level and 1 Ωm below the groundwater level (assuming salt water groundwater). 埋設電極と地表電極による見かけ比抵抗変化率を示すグラフGraph showing change rate of apparent resistivity by buried electrode and surface electrode 本実施例による地下水位変動の検知方法の検証結果を示すグラフGraph showing verification results of groundwater level fluctuation detection method according to the present embodiment

本発明の第1の実施の形態による地下水位変動の検知方法は、4本の電極の電極間隔を決定する電極間隔決定ステップと、電極間隔決定ステップで決定した電極間隔で電極を設置する電極設置ステップと、電極設置ステップで設置した場所で電極から得られる時系列見かけ比抵抗値を計測する計測ステップとを有し、電極間隔決定ステップでは、電極間隔を、表層比抵抗が変化しても測定値が変化しない浅層不感電極間隔とし、計測ステップで計測した時系列見かけ比抵抗値から地下水位変動を検知するものである。本実施の形態によれば、降雨や気温変化による地表付近の短期的な日変化のノイズを除去することができ、省力的に精度よく地下水位変動を検知することができる。 The groundwater level fluctuation detection method according to the first embodiment of the present invention includes an electrode spacing determination step of determining the electrode spacing of the four electrodes, and an electrode installation step of installing the electrodes at the electrode spacing determined in the electrode spacing determination step. and a measurement step of measuring time-series apparent resistivity values obtained from the electrodes at the place where they are installed in the electrode installation step. The groundwater level fluctuation is detected from the time-series apparent resistivity value measured in the measurement step, with the shallow layer insensitive electrode interval having no change in value. According to the present embodiment, it is possible to remove short-term daily variation noise near the ground surface due to rainfall and temperature changes, and to detect groundwater level fluctuations with high accuracy while saving labor.

本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態による地下水位変動の検知方法において、電極間隔決定ステップでは、電極間隔を、表層の比抵抗変化層厚と平均地下水位とを用いて決定するものである。本実施の形態によれば、精度よく地下水位変動を検知することができる。 According to a second embodiment of the present invention, in the groundwater level fluctuation detection method according to the first embodiment, in the electrode spacing determination step, the electrode spacing is determined using the thickness of the resistivity change layer of the surface layer and the average groundwater level. It is determined by According to the present embodiment, groundwater level fluctuation can be detected with high accuracy.

本発明の第3の実施の形態は、第2の実施の形態による地下水位変動の検知方法において、電極間隔決定ステップでは、電極間隔の決定にあたっては、更に地下水面の上下での比抵抗コントラストを用いるものである。本実施の形態によれば、更に精度よく地下水位変動を検知することができる。 According to a third embodiment of the present invention, in the groundwater level fluctuation detection method according to the second embodiment, in the electrode spacing determination step, when determining the electrode spacing, the resistivity contrast above and below the groundwater table is further calculated. It is used. According to this embodiment, it is possible to detect groundwater level fluctuations with higher accuracy.

本発明の第4の実施の形態は、第1から第3の実施の形態による地下水位変動の検知方法において、電極設置ステップでは、電極を構成する一対の電流電極を地表下に埋設するものである。本実施の形態によれば、電極間隔を浅層不感電極間隔より小さくしなければならない場合には、降雨や気温変化による地表付近の短期的な日変化のノイズの影響を受けるため、一対の電流電極を地表下に埋設することで日変化のノイズを除去して、省力的に精度よく地下水位変動を検知することができる。 According to a fourth embodiment of the present invention, in the groundwater level fluctuation detection method according to the first to third embodiments, in the electrode installation step, a pair of current electrodes constituting the electrodes are buried under the ground surface. be. According to the present embodiment, if the electrode spacing must be smaller than the shallow layer dead electrode spacing, short-term diurnal noise near the ground surface due to rainfall and temperature changes will affect the noise. By burying the electrodes under the ground surface, it is possible to eliminate daily noise and detect changes in the groundwater level with high accuracy and labor-saving.

本発明の第5の実施の形態は、第4の実施の形態による地下水位変動の検知方法において、電極を構成する一対の電位電極も地表下に埋設するものである。本実施の形態によれば、一対の電位電極も地表下に埋設することで、更に精度よく地下水位変動を検知することができる。 According to a fifth embodiment of the present invention, in the groundwater level fluctuation detection method according to the fourth embodiment, a pair of potential electrodes constituting the electrodes are also buried under the ground surface. According to this embodiment, by also burying the pair of potential electrodes under the ground surface, it is possible to detect groundwater level fluctuations more accurately.

以下本発明の一実施例による地下水位変動の検知方法について説明する。
図1は本実施例による地下水位変動の検知方法を説明する概略図であり、図1(a)は電気探査器の設置概念を示し、図1(b)は地下水位変動の検知方法の処理流れを示している。
図1(a)に示すように、本実施例による地下水位変動の検知方法に用いる電気探査器は、一対の電流電極11、12と一対の電位電極13、14とからなる4本の電極10を用い、電流電極11と電流電極12との間に電流I(A)を流し、電位電極13と電位電極14とで検出される電位差V(V)を用いて抵抗値R(Ω)を算出する。
電位電極13と電位電極14との間の電極間隔をaとすると地下を均質と仮定したときの見かけ比抵抗は下記式となる。
見かけ比抵抗(Ωm)=2πaR
A method for detecting groundwater level fluctuation according to an embodiment of the present invention will be described below.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the detection method of groundwater level fluctuation according to the present embodiment, FIG. 1(a) shows the installation concept of the electric probe, and FIG. 1(b) shows the processing of the groundwater level fluctuation detection method. showing the flow.
As shown in FIG. 1(a), the electric probe used in the method for detecting groundwater level fluctuations according to the present embodiment has four electrodes 10 consisting of a pair of current electrodes 11 and 12 and a pair of potential electrodes 13 and 14. is used to flow a current I (A) between the current electrodes 11 and 12, and the potential difference V (V) detected between the potential electrodes 13 and 14 is used to calculate the resistance value R (Ω). do.
Assuming that the electrode gap between the potential electrode 13 and the potential electrode 14 is a, the apparent specific resistance when the underground is assumed to be homogeneous is given by the following formula.
Apparent resistivity (Ωm) = 2πaR

図1(b)に示すように、本実施例による地下水位変動の検知方法は、電極間隔決定ステップ(S1)と、電極設置ステップ(S2)と、計測ステップ(S3)とを有し、S3における計測ステップで計測した時系列見かけ比抵抗値から地下水位変動を検知する。
S1における電極間隔決定ステップでは、4本の電極10の電極間隔aを決定する。S2における電極設置ステップでは、電極間隔決定ステップ(S1)で決定した電極間隔aで電極10を設置する。S3における計測ステップでは、電極設置ステップ(S2)で設置した場所で電極10から得られる時系列見かけ比抵抗値を計測する。
S1における電極間隔決定ステップでは、電極間隔aを、表層比抵抗が変化しても測定値が変化しない浅層不感電極間隔とする。
As shown in FIG. 1(b), the method for detecting groundwater level fluctuations according to this embodiment includes an electrode interval determination step (S1), an electrode installation step (S2), and a measurement step (S3). Groundwater level fluctuations are detected from the time-series apparent resistivity values measured in the measurement step in .
In the electrode spacing determination step in S1, the electrode spacing a of the four electrodes 10 is determined. In the electrode placement step in S2, the electrodes 10 are placed at the electrode spacing a determined in the electrode spacing determination step (S1). In the measurement step in S3, time-series apparent resistivity values obtained from the electrode 10 are measured at the place where the electrodes are installed in the electrode installation step (S2).
In the electrode spacing determination step in S1, the electrode spacing a is set to a shallow layer insensitive electrode spacing in which the measured value does not change even if the surface layer resistivity changes.

図2から図7を用いて浅層不感電極間隔について説明する。
図2は表層厚0.1mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフ、図3は表層厚0.2mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフ、図4は表層厚0.5mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフ、図5は表層厚1mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフ、図6は表層厚2mにおける比抵抗変化時の測定値の変化率を示すグラフ、図7は表層厚と浅層不感電極間隔との関係を示すグラフである。
The interval between shallow layer dead electrodes will be described with reference to FIGS. 2 to 7. FIG.
FIG. 2 is a graph showing the rate of change in the measured value when the resistivity changes at a surface layer thickness of 0.1 m, FIG. 3 is a graph showing the rate of change in the measured value when the resistivity changes at a surface layer thickness of 0.2 m, and FIG. Graph showing the change rate of the measured value when the resistivity changes at a thickness of 0.5 m, FIG. 5 is a graph showing the change rate of the measured value when the resistivity changes at a surface layer thickness of 1 m, and FIG. 6 shows the resistivity change at a surface layer thickness of 2 m. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the surface layer thickness and the shallow layer dead electrode interval.

図2から図6では、電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示しており、比抵抗100Ωmの均質地盤において、気温変化や降雨により比抵抗の増減が生じる表層D(比抵抗変化層)の層厚を変化させている。なお、地盤モデルは、比抵抗100Ωmの均質地盤の表層Dの比抵抗がプラスマイナス30%(70Ωm、90Ωm、100Ωm、110Ωm、120Ωm、130Ωm)変化するとき、比抵抗100Ωmの均質地盤を初期値として電極間隔a(見かけ探査深度)毎の見かけ比抵抗値の変化率をモデル計算している。
図2から図6に示すように、均質地盤の場合、表層比抵抗が変化すると電極間隔aが小さい領域では測定値は表層比抵抗と同じ方向に変化するが、電極間隔aを拡げると変化率は小さくなり、さらに拡げると表層比抵抗と逆の方向に変化し、その間には表層比抵抗が変化しても測定値の変化率が小さい浅層不感電極間隔があることが分かる。浅層不感電極間隔は、比抵抗が変化する表層Dの層厚が大きいほど大きくなる。
このように、表層比抵抗が変化しても測定値が変化しないという、浅層不感電極間隔が存在することを見出せたことで、電極間隔aを浅層不感電極間隔で設置することで、降雨や気温変化による地表付近の短期的な日変化のノイズを除去することができ、省力的に精度よく地下水位変動を検知することができる。
Figures 2 to 6 show the rate of change in apparent resistivity depending on the distance between electrodes. changing the layer thickness. In the ground model, when the specific resistance of the surface layer D of the homogeneous ground with a specific resistance of 100 Ωm changes plus or minus 30% (70 Ωm, 90 Ωm, 100 Ωm, 110 Ωm, 120 Ωm, 130 Ωm), the homogeneous ground with a specific resistance of 100 Ωm is used as the initial value. A model calculation is performed on the change rate of the apparent resistivity value for each electrode interval a (apparent exploration depth).
As shown in Figs. 2 to 6, in the case of homogeneous ground, when the surface layer resistivity changes, the measured value changes in the same direction as the surface layer resistivity in the region where the electrode spacing a is small. becomes smaller, and if it is further expanded, it changes in the opposite direction to the surface layer resistivity, and there is a shallow layer dead electrode gap between which the change rate of the measured value is small even if the surface layer resistivity changes. The interval between the shallow layer dead electrodes increases as the layer thickness of the surface layer D where the resistivity changes increases.
In this way, it was found that there is a shallow layer insensitive electrode interval that does not change the measured value even if the surface layer resistivity changes. It is possible to eliminate short-term diurnal noise near the ground surface due to temperature changes and to detect groundwater level fluctuations with high accuracy and labor-saving.

図7は、図2から図6に示す表層厚と浅層不感電極間隔との関係を示すグラフである。
図7に示すように、表層Dの比抵抗変化層厚が大きいほど、浅層不感電極間隔は大きくなるという関係がある。
従って、電極間隔aは、表層Dの比抵抗変化層厚を用いて決定することができる。
しかし、地下水面Xがある場合には、飽和度の違いにより地下水面Xの上下で地盤の比抵抗が変わることから、地下水面Xより上位を100Ωmとし、地下水面X下が50Ωm(淡水地下水を想定)と、地下水面X下が1Ωm(塩水地下水を想定)とについて、表層Dの比抵抗変化層厚を0.5mとし、地下水面Xが平均地下水位からプラスマイナス0.5mで変化する場合についてモデル計算を行った。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the surface layer thickness shown in FIGS. 2 to 6 and the shallow layer dead electrode interval.
As shown in FIG. 7, there is a relationship that the greater the thickness of the variable resistivity layer of the surface layer D, the greater the interval between shallow layer dead electrodes.
Therefore, the electrode spacing a can be determined using the resistivity change layer thickness of the surface layer D. FIG.
However, if there is a groundwater table X, the specific resistance of the ground changes above and below the groundwater table X due to the difference in saturation. ) and 1 Ωm below the groundwater level X (assuming salt water groundwater), the resistivity change layer thickness of the surface layer D is 0.5m, and the groundwater level X varies by plus or minus 0.5m from the average groundwater level. A model calculation was performed for

図8から図15では、平均地下水位を初期値とし、地下水位が平均地下水位からプラス0.5m変化した場合、及び地下水位が平均地下水位からマイナス0.5m変化した場合に、表層Dの比抵抗がプラスマイナス30%(70Ωm、80Ωm、90Ωm、110Ωm、120Ωm、130Ωm)変化するとき、電極間隔a(見かけ探査深度)毎の見かけ比抵抗値の変化率を示している。 8 to 15, the average groundwater level is the initial value, and when the groundwater level changes from the average groundwater level by plus 0.5m and when the groundwater level changes from the average groundwater level by minus 0.5m, the surface layer D When the resistivity changes plus or minus 30% (70 Ωm, 80 Ωm, 90 Ωm, 110 Ωm, 120 Ωm, 130 Ωm), the change rate of the apparent resistivity value for each electrode interval a (apparent exploration depth) is shown.

図8から図11は、地下水面より上位を100Ωmとし地下水面下を50Ωm(淡水地下水を想定)とした場合の電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフであり、図8は平均地下水位が1mの場合、図9は平均地下水位が2mの場合、図10は平均地下水位が5mの場合、図11は平均地下水位が10mの場合である。 8 to 11 are graphs showing the change rate of the apparent resistivity value depending on the electrode spacing when 100 Ωm above the groundwater table and 50 Ωm below the groundwater table (assuming fresh groundwater), and FIG. 8 shows the average groundwater. Fig. 9 shows the case of the average groundwater level of 2m, Fig. 10 shows the case of the average groundwater level of 5m, and Fig. 11 shows the case of the average groundwater level of 10m.

図8に示すように、地下水面Xが1m±0.5mで変化するときには、電極間隔aを3m程度とすると、表層Dの比抵抗変化の影響を受けずに、地下水面Xの変化による見かけ比抵抗変化を10%程度の変化率で検知することができる。なお、地下水面Xが1.5mに下がると電極間隔aが3~10mでは測定値が増加するが、電極間隔aが3mより狭くなっていくと表層Dの比抵抗変化の影響が大きくなっていく。 As shown in FIG. 8, when the groundwater table X changes by 1 m ± 0.5 m, if the electrode interval a is set to about 3 m, the apparent A change in resistivity can be detected at a rate of change of about 10%. When the groundwater table X falls to 1.5 m, the measured value increases when the electrode spacing a is 3 to 10 m. go.

また、図9に示すように、地下水面Xが2m±0.5mで変化するときには、電極間隔aを4m程度とすると、表層Dの比抵抗変化の影響を受けずに、地下水面Xの変化による見かけ比抵抗変化を10%程度の変化率で検知することができる。
また、図10に示すように、地下水面Xが5m±0.5mで変化するときには、電極間隔aを6m程度とすると、表層Dの比抵抗変化の影響を受けずに、地下水面Xの変化による見かけ比抵抗変化を5%程度の変化率で検知することができる。
また、図11に示すように、地下水面Xが10m±0.5mで変化するときには、電極間隔aを10m程度とすると、表層Dの比抵抗変化の影響を受けずに、地下水面Xの変化による見かけ比抵抗変化を2%程度の変化率で検知することができる。
Further, as shown in FIG. 9, when the groundwater table X changes by 2 m±0.5 m, if the electrode interval a is set to about 4 m, the change in the groundwater table X It is possible to detect the apparent resistivity change due to the change rate of about 10%.
Further, as shown in FIG. 10, when the groundwater table X changes by 5 m±0.5 m, if the electrode interval a is set to about 6 m, the change in the ground water table X is not affected by the change in the resistivity of the surface layer D. It is possible to detect the apparent resistivity change due to the change rate of about 5%.
Further, as shown in FIG. 11, when the groundwater table X changes by 10 m±0.5 m, if the electrode interval a is set to about 10 m, the change in the groundwater table X is not affected by the change in the resistivity of the surface layer D. It is possible to detect the apparent resistivity change due to the change rate of about 2%.

図12から図15は、地下水面より上位を100Ωmとし地下水面下を1Ωm(塩水地下水を想定)とした場合の電極間隔による見かけ比抵抗値の変化率を示すグラフであり、図12は平均地下水位が1mの場合、図13は平均地下水位が2mの場合、図14は平均地下水位が5mの場合、図15は平均地下水位が10mの場合である。 12 to 15 are graphs showing the rate of change in the apparent resistivity value depending on the electrode spacing when 100 Ωm above the groundwater level and 1 Ωm below the groundwater level (assuming salt water groundwater), and FIG. 12 shows the average groundwater. Fig. 13 is for the average groundwater level of 2m, Fig. 14 is for the average groundwater level of 5m, and Fig. 15 is for the average groundwater level of 10m.

図12に示すように、地下水面Xが1m±0.5mで変化するときには、電極間隔aを2m程度とすることにより、図13に示すように、地下水面Xが2m±0.5mで変化するときには、電極間隔aを2.5m程度とすることにより、図14に示すように、地下水面Xが5m±0.5mで変化するときには、電極間隔aを4.5m程度とすることにより、図15に示すように、地下水面Xが10m±0.5mで変化するときには、電極間隔aを7m程度とすることにより、表層Dの比抵抗変化の影響を受けずに、地下水面Xの変化による見かけ比抵抗変化を検知することができる。 As shown in FIG. 12, when the groundwater level X changes by 1 m±0.5 m, by setting the electrode interval a to about 2 m, the ground water level X changes by 2 m±0.5 m as shown in FIG. By setting the electrode interval a to about 2.5 m when the As shown in FIG. 15, when the groundwater level X changes by 10 m ± 0.5 m, by setting the electrode interval a to about 7 m, the change in the ground water level X is suppressed without being affected by the change in the resistivity of the surface layer D. It is possible to detect the apparent resistivity change due to

図16は、図8から図15に示す平均地下水位と浅層不感電極間隔との関係を示すグラフである。
図16に示すように、平均地下水位が深いほど浅層不感電極間隔は大きくなるという関係があり、また、地下水面Xの上下での比抵抗コントラストが大きいほど同じ地下水位に対して浅層不感電極間隔は小さくなるという関係がある。
従って、電極間隔aは、平均地下水位を用いて決定することができる。
また、電極間隔aの決定にあたっては、更に地下水面Xの上下での比抵抗コントラストを用いることが好ましい。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the average groundwater level shown in FIGS. 8 to 15 and the interval between shallow layer dead electrodes.
As shown in FIG. 16, there is a relationship that the deeper the average groundwater level, the larger the shallow-layer insensitivity electrode interval. There is a relationship that the electrode spacing becomes smaller.
Therefore, the electrode spacing a can be determined using the average groundwater level.
Further, it is preferable to use the resistivity contrast above and below the groundwater table X in determining the electrode spacing a.

図17は、地下水面より上位を100Ωmとし地下水面下を1Ωm(塩水地下水を想定)とし、表層Dの比抵抗変化層厚を変えた場合の平均地下水位と浅層不感電極間隔との関係を示すグラフである。表層Dの比抵抗変化層厚を、0.1m、0.5m、及び1mとし、それぞれの表層Dの比抵抗をプラスマイナス30%変化させた。
図17に示すように、表層Dの比抵抗変化層厚が大きいほど、浅層不感電極間隔は大きくなる。
FIG. 17 shows the relationship between the average groundwater level and the shallow layer dead electrode interval when the thickness of the resistivity change layer of the surface layer D is changed, with 100 Ωm above the groundwater level and 1 Ωm below the groundwater level (assuming salt water groundwater). It is a graph showing. The resistivity changing layer thicknesses of the surface layer D were set to 0.1 m, 0.5 m, and 1 m, and the resistivity of each surface layer D was changed by plus or minus 30%.
As shown in FIG. 17, the greater the thickness of the variable resistivity layer of the surface layer D, the greater the distance between the shallow layer dead electrodes.

以上のように、電極間隔aを浅層不感電極間隔とすることで、降雨や気温変化による地表付近の短期的な日変化のノイズを除去することができ、浅層不感電極間隔は、表層Dの比抵抗変化層厚、平均地下水位、及び地下水面Xの上下での比抵抗コントラストによって決定されるが、観測井や調査資料が十分でない場合には、これらのパラメータに基づいて浅層不感電極間隔を決定することが困難な場合がある。
しかし、海岸近くでは地下水位は標高0m付近であることから、例えば表層Dの比抵抗変化層厚が0.5mの場合には、浅層不感電極間隔を調査地点での標高とすることができる。また、非特許文献2に示されるように1次元探査を行い、地下水面深度を推定することも有効である。
なお、地下水面Xの深さ、表層Dの厚さ及び地下水面Xの上下の比抵抗コントラストが不明で、設定した電極間隔aによる時系列測定に表層Dの比抵抗変化による影響が出る場合がある。このような場合には、電極10を地表下に埋設することでその影響を軽減する。
As described above, by setting the electrode interval a to the shallow layer dead electrode interval, it is possible to eliminate short-term daily noise near the ground surface due to rainfall and temperature changes. The resistivity change is determined by the thickness of the layer, the average groundwater level, and the resistivity contrast above and below the groundwater table X, but if there are not enough observation wells or survey materials, shallow layer dead electrodes based on these parameters Determining the interval can be difficult.
However, since the groundwater level is around 0 m above sea level near the coast, for example, when the thickness of the resistivity change layer of the surface layer D is 0.5 m, the shallow layer dead electrode interval can be taken as the elevation at the survey point. . It is also effective to perform one-dimensional exploration as shown in Non-Patent Document 2 to estimate the depth of the groundwater table.
In addition, the depth of the groundwater table X, the thickness of the surface layer D, and the resistivity contrast above and below the groundwater table X are unknown, and there are cases where changes in the resistivity of the surface layer D affect the time series measurement based on the set electrode spacing a. be. In such a case, embedding the electrode 10 under the ground reduces the effect.

図18は埋設電極と地表電極による見かけ比抵抗変化率を示すグラフである。
図18では電極間隔aが5mで探査可能な深度5mより深い位置に地下水面Xがあり、図7における浅層不感電極間隔よりも電極間隔aが小さい場合に相当し、地表電極では気温の変動による日変化の影響を受けるが、埋設電極ではこのような日変化の影響が除かれる。
FIG. 18 is a graph showing apparent resistivity change rates for buried electrodes and surface electrodes.
In FIG. 18, the groundwater table X is at a position deeper than the depth of 5 m that can be explored with an electrode spacing a of 5 m, which corresponds to the case where the electrode spacing a is smaller than the shallow layer insensitive electrode spacing in FIG. However, implanted electrodes eliminate the effects of such diurnal changes.

図18では、4本の電極を全て埋設した場合と、電流電極だけを埋設した場合とを地表電極と比較した見かけ比抵抗変化率を示しており、電流電極11、12だけを埋設した場合であっても、日変化の影響が除かれる。
このように、電極間隔aを浅層不感電極間隔より小さくすることで、降雨や気温変化による地表付近の短期的な日変化のノイズの影響を受けるが、一対の電流電極11、12を地表下に埋設することで日変化のノイズを除去して、省力的に精度よく地下水位変動を検知することができる。
また、一対の電流電極11、12とともに一対の電位電極13、14も地表下に埋設することで、更に精度よく地下水位変動を検知することができる。
FIG. 18 shows the apparent resistivity change rates when all four electrodes are buried and when only the current electrodes are buried, compared with the surface electrodes. Even if there is, the influence of diurnal variation is excluded.
In this way, by making the electrode spacing a smaller than the shallow-layer dead electrode spacing, the pair of current electrodes 11 and 12 is placed below the ground surface, although it is affected by short-term diurnal noise near the ground surface due to rainfall and temperature changes. By burying it in the ground, it is possible to eliminate daily noise and detect groundwater level fluctuations with high accuracy and labor-saving.
In addition, by burying the pair of potential electrodes 13 and 14 together with the pair of current electrodes 11 and 12 under the ground surface, it is possible to detect groundwater level fluctuations more accurately.

図19は、本実施例による地下水位変動の検知方法の検証結果を示すグラフである。
図19では、琉球石灰岩帯水層の海岸において、電極間隔aを10mとした地表電極による時系列見かけ比抵抗測定結果を、近傍観測孔での地下水位変化と比較した。
図19に示すように、近傍観測孔での地下水位の上昇と下降に伴う見かけ比抵抗値の低下と増大が把握された。
FIG. 19 is a graph showing the verification result of the groundwater level fluctuation detection method according to the present embodiment.
In FIG. 19, the results of time-series apparent resistivity measurements by surface electrodes with an electrode interval a of 10 m on the coast of the Ryukyu limestone aquifer were compared with changes in the groundwater level at nearby observation holes.
As shown in FIG. 19, it was found that the apparent resistivity decreased and increased due to the rise and fall of the groundwater level at the nearby observation hole.

以上のように、本実施例による地下水位変動の検知方法によれば、4本の電極10を用いた地表電気探査の時系列測定を行うことで地下水位変動を検知することができるため、この検知方法を異なる2か所の場所で行うことで、又は他の場所での観測孔を用いた地下水位検知と組み合わせることで、異なる2点間の帯水層の水頭拡散率、透水量係数、透水係数、貯留係数等の水理学的性質を推定することができる。 As described above, according to the groundwater level fluctuation detection method according to the present embodiment, the groundwater level fluctuation can be detected by performing time-series measurement of the ground surface electrical prospecting using the four electrodes 10 . By performing the detection method at two different locations, or by combining with groundwater level detection using observation holes at other locations, the head diffusivity, permeability coefficient, Hydraulic properties such as hydraulic conductivity and storage coefficient can be estimated.

本発明による地下水位変動の検知方法によれば、特に海岸付近の地下水位の振動成分を簡易に把握することができる。 According to the groundwater level fluctuation detection method according to the present invention, it is possible to easily grasp the vibration component of the groundwater level especially near the coast.

10 電極
11、12 電流電極
13、14 電位電極
a 電極間隔
D 表層
E 不飽和層
F 飽和層
X 地下水面
S1 電極間隔決定ステップ
S2 電極設置ステップ
S3 計測ステップ
10 Electrodes 11, 12 Current Electrodes 13, 14 Potential Electrodes a Electrode Spacing D Surface Layer E Unsaturated Layer F Saturated Layer X Underground Water Level S1 Electrode Spacing Step S2 Electrode Installation Step S3 Measurement Step

Claims (5)

4本の電極を用いた地表電気探査の時系列測定を行うことで、地下水位変動を検知する地下水位変動の検知方法であって、
4本の前記電極の電極間隔を決定する電極間隔決定ステップと、
前記電極間隔決定ステップで決定した前記電極間隔で前記電極を設置する電極設置ステップと、
前記電極設置ステップで設置した場所で前記電極から得られる時系列見かけ比抵抗値を計測する計測ステップと
を有し、
前記電極間隔決定ステップでは、前記電極間隔を、表層比抵抗が変化しても測定値が変化しない浅層不感電極間隔とし、
前記計測ステップで計測した前記時系列見かけ比抵抗値から前記地下水位変動を検知する
ことを特徴とする地下水位変動の検知方法。
A groundwater level fluctuation detection method for detecting groundwater level fluctuations by performing time-series measurements of surface electrical prospecting using four electrodes,
an electrode spacing determination step of determining the electrode spacing of the four electrodes;
an electrode placement step of placing the electrodes at the electrode spacing determined in the electrode spacing determination step;
a measurement step of measuring the time-series apparent resistivity value obtained from the electrode at the place where the electrode is installed in the electrode installation step;
In the electrode interval determination step, the electrode interval is set to a shallow layer insensitive electrode interval in which the measured value does not change even if the surface layer resistivity changes,
A method for detecting groundwater level fluctuations, wherein the groundwater level fluctuations are detected from the time-series apparent resistivity values measured in the measuring step.
前記電極間隔決定ステップでは、
前記電極間隔を、表層の比抵抗変化層厚と平均地下水位とを用いて決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の地下水位変動の検知方法。
In the electrode spacing determination step,
2. The method for detecting groundwater level fluctuations according to claim 1, wherein the electrode spacing is determined using a resistivity change layer thickness of the surface layer and an average groundwater level.
前記電極間隔決定ステップでは、
前記電極間隔の決定にあたっては、更に地下水面の上下での比抵抗コントラストを用いる
ことを特徴とする請求項2に記載の地下水位変動の検知方法。
In the electrode spacing determination step,
3. The method for detecting groundwater level fluctuations according to claim 2, wherein a resistivity contrast above and below the groundwater table is further used in determining the electrode spacing.
前記電極設置ステップでは、前記電極を構成する一対の電流電極を地表下に埋設する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の地下水位変動の検知方法。
4. The method for detecting groundwater level fluctuations according to any one of claims 1 to 3, wherein in the electrode installation step, a pair of current electrodes constituting the electrodes are buried under the ground surface.
前記電極を構成する一対の電位電極も前記地表下に埋設する
ことを特徴とする請求項4に記載の地下水位変動の検知方法。
5. The method for detecting groundwater level fluctuations according to claim 4, wherein a pair of potential electrodes constituting said electrodes are also buried under said ground surface.
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