地下水の水質の違い


こんにちは!

井戸おやじこと、アサノ大成基礎エンジニアリングの杉山明です。

東京ではすでに暑い日差しが
注いでいることとは思いますが、
ここ札幌では時に寒いくらいの日もあるのですが、
徐々に温かい日差しも増えており、
北海道が一番にぎわう、ホテルの予約が取れない
夏本番を迎えようとしています。

画像①
【取れたての夏の塩水ウニ(雲丹)はおいしいですよ!】

ところで最近は水処理技術(膜ろ過)の進歩によって、
水質の悪い水でも濾過できるようになったので、
処理前の水(原水)の水質にこだわりが少なく
なってきたようですが、処理設備の維持管理上の
メンテナンスも考えれば、やはり原水の水質が良い
に越したことはありません。

そこで今回は「地下水の水質」の話題を
取り上げてみたいと思います。

地下水の水質に良い水悪い水があるのは、
場所による違いもありますが、
同じ場所でも深さによって違いがあります。

その違いは地層の堆積環境
地下水の供給源の違いが主な原因です。

地下水は平野部などでは、
砂や砂礫といった地層の中に
層状に帯水しており、
下の模式図に示すように
何枚かの帯水層を形成しています。

画像②

一番上の第1帯水層は大気と接する
不圧(自由)地下水となっており、
その下の粘土層で隔てられた
第2帯水層は上の粘土層で加圧されて、
被圧地下水となっています。
以下、何枚かの帯水層が繰り返し分布
する帯水層構造を形成しています。

第1帯水層は地表に近く、
降水が直接浸透するので、
場所によっては地表からの
汚染が進んでいることも多く、
水道水源として利用する際は、
汚染されやすい第1帯水層をなるべく
避けて、第2帯水層以深から採水する
ようにすることが多いです。

粘土層で区切られている各帯水層は
それぞれ水質が異なることも多く、
水質の良い水悪い水に分けられます。

したがって、
深度の異なる井戸の水質を比較して、
水質の良い帯水層から採水する井戸
を掘るようにしています。

しかし、同じ帯水層の中であれば、
同じ水質かというと
必ずしもそうならないので困ります。

過去に経験した浅井戸の事例を紹介します。
次の図はその時の地盤断面図です。
画像③
[地盤断面図の一例]

この内、地下水は上図の3層、
As層(砂層)、Ag1層(砂礫層)、
Ag2層(砂礫層)に存在しています。
この3層の間には粘土層を挟んでいないので、
一枚の帯水層とみなすこともできます。

この地盤で掘削した穴の中に
電気検層をかけて、
地層の比抵抗を測定すると、
Ag1層Ag2層は同じ比抵抗を示し、
ひとつの帯水層に区分されました。

ここで、
各層別に揚水試験を実施したところ、
最下部のAg2層
水量は一番多かったのですが、
鉄分の多い水質でした。
この層はN値も大きく締った砂礫層であり、
沖積世の基底礫層に相当し、
周辺への広がりも大きいことがわかりました。

一方、As層Ag1層は、
水量がAg2層に比べると少なかったのですが、
鉄分はほとんどなく、極めて良好な水質でした。

どうもAg2層の堆積した時代と
AsAg1層の堆積した時代の
間には時間差があり、両層の層境は
地質学でいう不整合の関係にあるようで、
Ag2層の上面10cmほどの薄い層は、
一度、地上に現れて風化作用を受け、
粘土化しているように思えます。

As層Ag1層は、
同時代の堆積物で、旧河道沿いに礫が多く、
河道から離れたところに
砂が堆積したようです。

Ag2層の上面には
上位のAsAg1層とを隔てる
明瞭な粘土層はないものの、
前述した薄い粘土化層によって、
両者は水質からみても違う帯水層を形成しており、
細かくみると水の流れも異なっているようです。

一般的には、帯水層毎に水が区分され
水位(水圧)、水質、水量が違っている
と考えられますが、水みち的流れも含め、
帯水層を区分する時には注意が必要です。

また、汲み上げ量によっても
地下水の影響範囲が異なることから、
大規模揚水では、
遠くの地下水を引っ張ってくるので、
帯水層を区切る粘土層の広がりがない場合には、
当然、上と下の帯水層はつながってしまいます。

自然界はなかなか複雑で、
モデル化した教科書的な説明では
判断を誤ることもあります。
柔軟な頭が大切です。

もっともおやじは頭が柔軟すぎて、
何かあるとすぐにススキノに逃げてしまうと、
お叱りを頂くことも多いので難しいところですが。

今回もお読みいただきありがとうございました。

井戸おやじへのご質問はこちら 

by井戸おやじでした。

 

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温泉の泉質のはなし


こんにちは!

井戸おやじ こと、アサノ大成基礎エンジニアリングの杉山明です。

いよいよ4月、新年度が始まりました。
気持ちを新たに、この1年をスタートしましょう!
東京などはもう桜が散り葉桜ときいておりますが
北海道の桜はこれから満開を迎えます。

毎日新たな気持ちを維持している方は別ですが、
ややもすると、おやじのようにマンネリと惰性に流
されてしまいがちな方も多いのではないでしょうか。

区切りの4月は、いい機会ですので、
ここはひとつ一念発起してみましょう!

社内でも社員一人ひとりの成長を大事に考え、
その成長のためには何が必要か?
キーワードに出会い・変化・選択・覚悟・行動
取り上げています。

ブログを読んでいただいた方には、
すでにお分かりとは思いますが、
おやじも懲りない性格はなかなか変えられず、
寄る年波もあり、新しいことにチャレンジする
気持ちが足りないかなと。
若い方には失敗を恐れずに
行動していってほしいと思っています。

そこで、おやじも・・・・・・・

断酒・禁煙宣言を!!

 

すみません・・・
これはもう少し先にさせて下さい!

今回も北海道のおいしい料理でごまかします??

4月①
【厚岸産生牡蠣の旬は12~2月ですがまだ】

ところで今回は、弊社の得意とする温泉に関する
話題としてその泉質について取り上げてみました。

4月②
【泉温50℃×毎分200㍑×その泉質は?】

泉質のおはなし~

泉質のお話しの前に、温泉とはどのようなものを
指すのか見てみましょう。

■温泉の定義
温泉法第2条で「温泉」とは、地中から湧出する温水、
鉱水及び 水蒸気 その他のガス(炭化水素※1を主成分とする
天然ガスを除く) で別表に揚げる温度又は物質を有するもの。
と定義されています。
※1:炭素原子と水素原子で構成された化合物の総称で最も
構造の単純なものはメタン:CH

ここで、温泉法から別表を示します。
4月③
別表から、温泉源から採取された時の温度が25℃以上あれば、
成分に関係なく温泉となります。
この定義は、昭和23年(1948年)に温泉法が制定されてから
変わっていません。

温泉の分析方法は、「鉱泉分析法指針:環境省自然環境局」
によって定められています。
同書では、温泉法による温泉は
「鉱泉の他、地中より湧出する水蒸気及びその他のガスを
包含する定義」
であるとして、鉱泉という言葉を使っています。

そして、その定義は…

「鉱泉とは、地中から湧出する温水及び鉱水の泉水で、
多量の固形物質、またはガス状物質、もしくは特殊な物質を含むか、
あるいは、泉温が源泉周囲の年平均気温より著しく高いもの」
としています。

また、鉱泉と常水の区分は先に示した温泉法による別表に従う
としていますので、温泉と鉱泉は、あまり変わらないようですが、
「鉱泉分析法指針」を参考とする本ブログは、「鉱泉」という
単語を使います。
鉱泉の分類には、① 泉温の分類。② 液性の分類、③ 浸透圧の
分類があります。

以下にその内容を示します。

①泉温の分類
鉱泉が、地上に湧出した時の温度、または採取したときの温度を
泉温といい、泉温から次表のように分類されます。
4月④

②液性の分類
鉱泉の液性を湧出時のpH値から次のとおり分類されます。
4月⑤

③浸透圧の分類
鉱泉の浸透圧を、溶存物質(ガス性のものを除く)または
凝固点(氷点)により次のように分類します。
4月⑥

上記による分類は、成分分析により、「療養泉」と判定されると
泉質名とともに併記され、
例えば
泉温43℃
PH値7.1
溶存物質9,000㎎/㎏
の鉱泉ですと、「等張性 中性 高温泉」となります。

療養泉」とは何でしょう。

鉱泉分析法指針によると、
「鉱泉のうち、特に治療の目的に供し得るものを療養泉とし、
下表より定義する。」とされています。
4月⑦
温泉の分析表には、成分などが記載される「温泉分析書」
と禁忌症や適応症が記載された「温泉分析書別表」があります。
この別表は、すべての温泉に出るものではなく
上記の「療養泉」となった温泉にのみ出されるもので、
いわゆる「効能書き」です。

「浴用・飲用の禁忌症、適応症」、「浴用・飲用の一般的注意事項」
などが記載されています。
それでは、療養泉にはどのような種類があるのでしょう。
主なものを下表に示します。
4月⑧
(鉱泉分析法指針より抜粋)

温泉法第18条では、「温泉を公共の浴用・飲用に供する者は、
施設内の見やすい場所に、温泉成分、禁忌症、入浴又は飲用上の
注意及び入浴又は飲用上必要な情報として環境省が定めるものを
掲示しなければならない。」としています。

見やすい場所とのことで脱衣所に掲示している
施設が多いようです。
いつも行く温泉の泉質を確かめてみてはいかがでしょう。

参考:温泉法
鉱泉分析法指針(平成26年改訂版)

今回もお読みいただきありがとうございました。

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by井戸おやじとその愉快な仲間達でした。

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地中熱ヒートポンプを活用した省エネについて


こんにちは!

井戸おやじこと、アサノ大成基礎エンジニアリング の杉山明です。

東京ではそろそろ桜の便りも話題になる頃ですが、
札幌はまだまだ雪の中です。
3月は卒業式や転勤移動のシーズンでもあり、
別れと共に新しい土地で頑張っていこうとされる方も
多いのではないでしょうか。

おやじの周りでも毎年、何人かの方が転勤辞令が下り、
東京や大阪に行かれます。
というわけで、3月は送別会も多く、飲み会のシーズンです。

・・・なんだ?・・おやじはただ飲みたいだけかも?

おやじももう少しまじめに「仕事」にエネルギーを注げば良いのですが、
やっぱり、「すすきの」にエネルギーが漏れてしまいます。
相変わらず懲りない性格は変わらないかなぁ・・?
画像①
【活イカのお刺身で一杯・また今夜も~?】

ところで、先月の雪まつりの大雪像でも取り上げられましたが、
今月の2016年3月26日に、
いよいよ北海道新幹線が開業します。

今はとりあえず函館までですが、その先のニセコ、
さらには札幌までの延伸が計画されています。
おやじも札幌~東京間の新幹線に乗れるでしょうか?
何とか元気で乗りたいものです。

新幹線建設による経済効果は、北海道経済を支える事業の
ひとつとなっていますが、おかげさまで弊社でも
現在、札幌延伸までのルートでお仕事を
させていただいております。

今回は、弊社でも温泉熱地熱利用と並んで、
取り組んでいる地中熱について取り上げてみました。

地中熱とは
  地中熱とは地下の恒温層以深から得た熱エネルギーのことで、
  これを冷房や暖房に利用することから政府のエネルギー基本計画
  において再生可能エネルギーとして認められています。
  ここで、恒温層とは何でしょう?
  恒温層は、だいたい地表から10m~15mの深さに見られます。
  気温等の影響を受けず、年間を通して地温の変化がほとんどなく一定です。
  そして、その地温は地域の平均気温にほぼ等しいとされます。
  (井戸水が、夏は冷たく冬は暖かく感じる理由です。)
   画像②
        環境省地中熱パンフレットより

最近では、羽田空港新国際線ターミナル、
東京スカイツリーおよびJPタワーなどにも
地中熱システムが導入されています。

それでは、なぜ地中熱が取り上げられるのでしょうか?

それは、地中熱利用が二酸化炭素および冷暖房費の削減や
ヒートアイランド現象の低減に効果が望めるからです。

 

なぜでしょう。

 

上記のように地中熱は、温度変化の大きい空気熱ではなく、
温度変化の少ない恒温層以深の地下の熱を利用します。
画像③
環境省地中熱パンフレットより

すなわち、上図に示すように地中温度が15℃程度
(東京都の年平均気温:15.4℃)とすると、
夏季は室温を下げるのに30℃の外気ではなく
15℃の地中熱が活用できます。
また、冬季は0℃の外気ではなく
15℃の地中熱が活用できます。

それでは、地中熱を利用するには、どうすれば良いのでしょうか?
環境省では地中熱の利用形態として、以下の5つの方法を挙げています。

①ヒートポンプシステム
②空気循環
③熱伝導
④水循環
⑤ヒートパイプ

以下に詳細を紹介します。

①ヒートポンプシステム
エアコンにも使用されているヒートポンプの熱源として
空気熱ではなく地中熱を利用するもので、地中に埋めた管内の
不凍液を循環させるクローズドループと地下水を汲み上げて
利用するオープンループがあります。
 オープンループは地下水使用条件に左右されることもあって
 クローズドループの施工数が圧倒的に多いです。
画像④画像⑤
環境省地中熱パンフレットより

②空気循環
地中に埋設した熱交換パイプに外気を導入・通気し、
熱交換された空気を室内に取り込みます。
画像⑥
環境省地中熱パンフレットより

③熱伝導
土間床を介した利用方法で、地中から伝わる熱によって、
住宅内の保温を行います。
一般に、暖房や除湿につてはエアコンを併用します。
画像⑦
環境省地中熱パンフレットより

④水循環
 クローズドループは、地中熱交換井に熱交換器を挿入し、
これと路面に埋設した放熱管との間に不凍液等を循環させ、
路面融雪・凍結防止を行います。オープンループは、
地下水を揚水し、それを路面に埋設した放熱管に通水させる方式です。
画像⑧
環境省地中熱パンフレットより

⑤ヒートパイプ
冷媒の蒸発と凝縮で熱を流動させるシステムで、
深さ15m~20mの熱交換井に冷媒が封入されたヒートパイプを
数本挿入し、その上部を路面下に放熱管として埋設します。
降雪時など路面温度が低下すると冷媒が自然に液化と蒸発を繰り返します。
画像⑨
環境省地中熱パンフレットより

2013年末までの施工実績は、
①ヒートポンプシステム
②空気循環
④水循環
の3方法で全体の80%以上を占めています。
ここでは一般家庭でも比較的施工実績の多い
①ヒートポンプシステム(とくにクローズドループ
について詳細を述べます。

ヒートポンプとは、読んで字のごとく熱を移動させる
ポンプのことです。
画像⑩
画像⑪
環境省地中熱パンフレットより

冷房時と暖房時で回転方向が変わります。
それによって地中に放熱するか、採熱するかが決まります。
地中熱ヒートポンプを導入すると、冷暖房などの熱を交換する
システムが高効率化し、省エネルギーの効果が得られます。

これは、地中熱の温度が通年で安定しており、
地中熱と外気との夏冬の温度差があること、
また、熱源温度が同じ場合でも、同じ容積の空気に
対して水は約3500倍の熱を蓄える、
つまり小さな容量でより多くの熱を蓄えること等によります。

このことから、地中熱ヒートポンプは熱効率が高く、
従来の空気熱源ヒートポンプ(エアコン)と同等以上の
成績係数(COP)が期待できます。

特に、エネルギー消費量に占める割合が大きく、
かつ灯油、都市ガス等の燃焼熱を直接熱源として
使用することが多い暖房・給湯は、小さな電力量で済む
地中熱ヒートポンプを利用することで、
大きな省エネルギー効果を得ることができます。

地中熱、風力ほかいくつかの再生可能エネルギーは、
エネルギー利用の上で石油、石炭、原子力に比べれば、
まだまだ利用比率が低い存在です。

誰もが再生可能エネルギーは環境にやさしいエネルギーと
思えるのですが、なかなか利用が進みません。
国のエネルギー政策も細かいところで、
結構、早く見直しが行われるので、
これまでもらえていた補助金がもらえなくなるなど、
民間事業者の計画も途中で変更を迫られる
といった事例も見聞きします。

電力事業は発送電分離が叫ばれており、素人考えですが、
送電ネットワークがドイツのように整備され、
様々なエネルギーが補完し合って全体として
安定したエネルギーが供給されれば良いと思えるのですが。

・・・やっぱり、なかなか変わらないかなぁ・・・?

 

今回もお読みいただきありがとうございました。

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