(57)【要約】【課題】地下水移行経路並びに移行時間の精度高める地下水起源解析方法、地下水起源解析システム、地下水起源解析プログラム及び記録媒体を提供する。【解決手段】地下水起源解析方法は、複数地点の水のイオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を、水の特長を示す複数の指標に基づいて判定した結果を該指標を座標軸とする空間に配置される点として示し、該点間の距離に応じて地下水起源を判定することとする。【選択図】図３５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数地点の水のイオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を、水の特長を示す複数の指標に基づいて判定した結果を該指標を座標軸とする空間に配置される点として示し、該点間の距離に応じて地下水起源を判定する
ことを特徴とする地下水起源解析方法。
【請求項２】
前記指標は、
水が母岩と反応した度合いを示す母岩反応度、酸化還元性に応じた値、又は、同位体比に応じた値のいずれかとする
ことを特徴とする請求項１に記載の地下水起源解析方法。
【請求項３】
前記複数の指標に基づいた判定は、
前記イオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を変量とし、前記指標を主成分に設定された主成分分析によって行われる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の地下水起源解析方法。
【請求項４】
前記指標を座標軸として示される点間の距離に基づいた判定は、
前記主成分分析の結果に基づいてクラスター分析を行うことによって判定する
ことを特徴とする請求項３に記載の地下水起源解析方法。
【請求項５】
前記複数地点の河川水及び地下水から、
前記母岩反応度と前記同位体比に応じた値を座標軸とする平面に射影された前記河川水の分布に対し、前記母岩反応度の軸方向に分布する前記地下水の分布を補間する直線が交差する地点の河川水を該地下水の起源として判定する
ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の地下水起源解析方法。
【請求項６】
前記判定された地下水起源に基づいて生成される水理モデルに基づいて、
浸透水量に基づく水頭値の分布から導かれる地下水の移行経路並びに移行時間を算出する
ことを特徴とする請求項２又は請求項５のいずれかに記載の地下水起源解析方法。
【請求項７】
複数地点の水のイオン濃度情報におけるイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出する工程と、
前記複数地点の水の同位体比の情報における同位体比の一致度から涵養高度を算出する工程と、
前記イオン濃度情報と同位体比の情報を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定し、該判定結果を該複数地点に対応し該指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定する工程と、
を含むことを特徴とする地下水起源解析方法。
【請求項８】
記憶部に記憶された複数地点の水のイオン濃度情報におけるイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出するイオン濃度判定処理部と、
記憶部に記憶された複数地点の水の同位体比の情報における同位体比の一致度から涵養高度を算出する同位体比判定処理部と、
前記イオン濃度情報と同位体比の情報を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定し、該判定結果を該複数地点に対応し該指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定する判定部と、
を含むことを特徴とする地下水起源解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星画像データを用いて地下水起源解析方法及び地下水起源解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水起源解析とは、降雨（降水）によって地表水となった水が地面に浸透し、地下水となる地域（以下、「涵養（かんよう）地点」という。）を算出し、その水が移行して離れた地点の地下水となっていることを算定することをいう。その算出は、涵養地点から離れた地点の地下水となるまで、いずれの経路をたどって流れ着いたかを算出することによって行われる。このような地下水起源の算定は、地下水の品質を管理する上で重要視されている。このような地下水起源解析では、複数の水系に渡って分析する必要があるため、広い範囲を対象とした調査が行われ、扱われる情報の量も膨大な量となる。また、対象地域の地形を３次元モデルなどで示し、そのモデルに基づいて算出処理を行うときには、条件設定を変えた処理を繰り返し行うために、演算処理の簡素化などを目的として近似処理が行われている。（例えば、非特許文献１参照）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】富山  他、「宮崎県富高鉱山における降水浸透と坑内水流出モデル」、日本地下水学会２００６年秋季講演会講演要旨集、２００６年．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地下水起源解析に用いられる情報を入手する際には、限られた条件のもとでできるだけ正確な情報を取得することが必要になる。その条件としては、浸透水量を定量的に測定することが困難であること。また、蒸発散量は、植生の状況、地表面の状況によって変化すること。そして、広い地域の情報が必要とされることなどがあげられる。そのため、近似して求められるモデルの正確さをいかに高められるかが正確な算出処理を行ううえでの鍵となる。
しかしながら、非特許文献１による地下水起源解析では、浸透水量は、経験に基づく予め定められた比率を降雨量に一律に乗算することによって得られる値を浸透水量の近似値とすることによって算出されていた。同じ量の降雨があっても、実際には土地の利用状況などにより浸透する量は異なっている。そのため、実際の浸透水量の近似値が、実際の値を近似しきれずに、近似精度が算出結果に影響するという問題がある。
また、求められた算出結果によって示される涵養地点の妥当性の判定が、一つの算出によって得られた結果から導かれていて検証できないという問題がある。
また、モデルを定めるための解析が、情報ごとに別々の処理で判定されていたことから、得られる情報が限られるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、地下水移行経路並びに移行時間の精度を高める地下水起源解析方法、地下水起源解析システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題を解決するために、本発明は、複数地点の水のイオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を、水の特長を示す複数の指標に基づいて判定した結果を該指標を座標軸とする空間に配置される点として示し、該点間の距離に応じて地下水起源を判定することを特徴とする地下水起源解析方法である。
【０００７】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記指標は、水が母岩と反応した度合いを示す母岩反応度、酸化還元性に応じた値、又は、同位体比に応じた値のいずれかとすることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記複数の指標に基づいた判定は、前記イオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を変量とし、前記指標を主成分に設定された主成分分析によって行われることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記指標を座標軸として示される点間の距離に基づいた判定は、前記主成分分析の結果に基づいてクラスター分析を行うことによって判定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記複数地点の河川水及び地下水から、前記母岩反応度と前記同位体比に応じた値を座標軸とする平面に射影された前記河川水の分布に対し、前記母岩反応度の軸方向に分布する前記地下水の分布を補間する直線が交差する地点の河川水を該地下水の起源として判定することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記判定された地下水起源に基づいて生成される水理モデルに基づいて、浸透水量に基づく水頭値の分布から導かれる地下水の移行経路並びに移行時間を算出することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、複数地点の水のイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出する工程と、前記複数地点の水の同位体比の一致度から涵養高度を算出する工程と、前記イオン濃度の比と同位体比を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定し、該判定結果を該複数地点に対応し該指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定する工程と、を含むことを特徴とする地下水起源解析方法である。
【００１３】
また、本発明は、記憶部に記憶された複数地点の水のイオン濃度情報の一致度から地下水起源を算出するイオン濃度判定処理部と、記憶部に記憶された複数地点の水の同位体比の一致度から涵養高度を算出する同位体比判定処理部と、前記イオン濃度情報と同位体比を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定し、該判定結果を該複数地点に対応し該指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定する判定部と、を含むことを特徴とする地下水起源解析システムである。
【００１４】
さらに、上記問題を解決するために、本発明は、記憶部に記憶された植生域の衛星画像データに基づいて算出する蒸発散量の算出値によって補正される浸透水量を算出し、前記浸透水量に基づく水頭値の分布から地下水の移行経路並びに移行時間を算出することを特徴とする地下水起源解析方法である。
【００１５】
また、本発明は、イオン濃度判定処理部が記憶部に記憶された複数地点のイオン濃度データにおけるイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出する工程と、同位体比判定処理部が記憶部に記憶された複数地点の同位体比データにおける同位体比の一致度から涵養高度を算出する工程と、蒸発散量演算部が記憶部に記憶された植生域の衛星画像データにおける地域ごとの蒸発散量を算出する工程と、降雨涵養量演算部が前記蒸発散量と記憶部に記憶された降水量の値から浸透水量を算出する工程と、圧力水頭０ｍ設定部が記憶部に記憶された河川域を示す衛星画像データから前記地域ごとの地下水位０ｍの位置を算出する工程と、全水頭演算処理部が前記浸透水量と各地点の標高情報とから前記地域の水頭値を算出する工程と、地下水移行経路・移行時間演算処理部が前記水頭値の分布から地下水移行経路並びに移行時間を算出する工程と、を含むことを特徴とする地下水起源解析方法である。
【００１６】
また、本発明は、記憶部に記憶された複数地点のイオン濃度データにおけるイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出するイオン濃度判定処理部と、記憶部に記憶された複数地点の同位体比データにおける同位体比の一致度から涵養高度を算出する同位体比判定処理部と、記憶部に記憶された植生域の衛星画像データから地域ごとの蒸発散量を算出する蒸発散量演算部と、前記蒸発散量と記憶部に記憶された降水量の値から浸透水量を算出する降雨涵養量演算部と、記憶部に記憶された河川域を示す衛星画像データから前記地域ごとの地下水位０ｍの位置を設定する圧力水頭０ｍ設定部と、前記浸透水量と各地点の標高情報とから前記地域の水頭値を算出する全水頭演算処理部と、前記水頭値の分布から地下水移行経路並びに移行時間を算出する地下水移行経路・移行時間演算処理部と、を備えることを特徴とする地下水起源解析システムである。
【００１７】
また、本発明は、地下水起源解析システムにおけるコンピュータに、記憶部に記憶された複数地点のイオン濃度データにおけるイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出するステップと、記憶部に記憶された複数地点の同位体比データにおける同位体比の一致度から涵養高度を算出するステップと、記憶部に記憶された植生域の衛星画像データから地域ごとの蒸発散量を算出するステップと、前記蒸発散量と記憶部に記憶された降水量の値から浸透水量を算出するステップと、記憶部に記憶された河川域を示す衛星画像データから前記地域ごとの地下水位０ｍの位置を設定するステップと、前記浸透水量と各地点の標高情報とから前記地域の水頭値を算出するステップと、前記水頭値の分布から地下水移行経路並びに移行時間を算出するステップと、を実行させることを特徴とする地下水起源解析プログラムである。
【００１８】
また、本発明は、地下水起源解析システムにおけるコンピュータに実行させる上記に記載のプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、地下水起源解析方法は、複数地点の水のイオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を、水の特長を示す複数の指標に基づいて判定した結果を該指標を座標軸とする空間に配置される点として示し、該点間の距離に応じて地下水起源を判定することとする。
これにより、複数地点の水のイオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を、異なる指標によって示される座標軸に展開することにより、情報を有効に分離して示すことができ、地下水起源の判定が容易となり、判定された地下水起源の情報に基づいて地下水移行経路並びに移行時間の算定を行うことにより、算定結果の精度を高めることが可能になる。
【００２０】
また、本発明によれば、地下水起源解析システムは、イオン濃度判定処理部が、記憶部に記憶された複数地点の水のイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出する。同位体比判定処理部が、記憶部に記憶された複数地点の水の同位体比の一致度から涵養高度を算出する。判定部が、イオン濃度の比と同位体比を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定し、該判定結果を該複数地点に対応し該指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定することとする。
これにより、判定部は、イオン濃度の比と同位体比を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定することにより、判定結果を複数地点に対応させて、定められた指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定することが可能になる。そして、判定された地下水起源の情報に基づいて地下水移行経路並びに移行時間の算定を行うことにより、算定結果の精度を高めることが可能になる。
【００２１】
また、この本発明によれば、地下水起源解析方法は、植生域の衛星画像データに基づいて算出する蒸発散量の算出値によって補正される浸透水量を算出し、浸透水量に基づく水頭値の分布から地下水の移行経路並びに移行時間を算出することとする。
これにより、直接測定することが困難な浸透水量を植生域の衛星画像データに基づいて設定することにより、蒸発散量において、植生の状況、地表面の状況による変化によって生じる近似モデルとの偏差を低減できる。また、衛星画像データを用いることにより、広い地域の情報を得る。そして、地点ごとの状況に応じた補正を行うことにより、近似によって求められるモデルの正確さを高めることができ、正確な地下水移行経路並びに移行時間の算出処理を行うことが可能となる。
【００２２】
また、本発明によれば、地下水起源解析方法は、イオン濃度判定処理部が記憶部に記憶された複数地点のイオン濃度データにおけるイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出する。同位体比判定処理部が記憶部に記憶された複数地点の同位体比データにおける同位体比の一致度から涵養高度を算出する。蒸発散量演算部が記憶部に記憶された植生域の衛星画像データにおける地域ごとの蒸発散量を算出する。降雨涵養量演算部が前記蒸発散量と記憶部に記憶された降水量の値から浸透水量を算出する。圧力水頭０ｍ設定部が記憶部に記憶された河川域を示す衛星画像データから前記地域ごとの地下水位０ｍの位置を算出する。全水頭演算処理部が前記浸透水量と各地点の標高情報とから前記地域の水頭値を算出する。地下水移行経路・移行時間演算処理部が前記水頭値の分布から地下水移行経路並びに移行時間を算出することとした。
また、これにより、直接測定することが困難な浸透水量を植生域の衛星画像データに基づいて算出することにより、蒸発散量における植生の状況、地表面の状況によって変化によって生じる近似モデルとの偏差を低減できる。また、衛星画像データを用いることにより、広い地域の情報を得る。そして、地点ごとの状況に応じた補正を行うことにより、近似によって求められるモデルの正確さを高めることができ、正確な地下水移行経路並びに移行時間の算出を行うことが可能となる。また、地下水移行経路並びに移行時間の算出処理の算出結果によって示される涵養地点の妥当性の検証は、複数の工程で算出された結果を関連付けて検証することにより、求められた算出結果の信頼度を追認することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態による地下水起源解析システムを示すブロック図である。
【図２】同実施形態におけるイオン濃度分析に関する一例を示す図である。
【図３】同実施形態における水質分析を示す図である。
【図４】同実施形態における同位体比分析を示す図である。
【図５】同実施形態における同位体比分析の図（その１）である。
【図６】同実施形態における同位体比分析の図（その２）である。
【図７】同実施形態における同位体比分析の図（その３）である。
【図８】同実施形態における同位体比分析の図（その４）である。
【図９】同実施形態におけるリモートセンシング情報を示す図（その１）である。
【図１０】同実施形態におけるリモートセンシング情報を示す図（その２）である。
【図１１】同実施形態におけるリモートセンシング情報から求めた差分情報を示す図である。
【図１２】同実施形態におけるリモートセンシング情報から求めた土地利用区分を示す図である。
【図１３】同実施形態におけるリモートセンシング情報から求めた蒸発散量を示す図である。
【図１４】同実施形態における地表水面を示す図である。
【図１５】同実施形態における各地点について地質情報を設定した結果を示す図である。
【図１６】同実施形態における全水頭分布を示す図である。
【図１７】同実施形態における地下水面標高の実測データを示す図である。
【図１８】同実施形態における地下水の流れを示す図である。
【図１９】同実施形態における地下水の移行経路を示す図である。
【図２０】同実施形態における地下水起源解析処理を示すフローチャートである。
【図２１】同実施形態におけるイオン濃度分析処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
【図２２】同実施形態におけるイオン濃度分析処理を示すフローチャートである。
【図２３】同実施形態における同位体比分析処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
【図２４】同実施形態における同位体比分析処理を示すフローチャートである。
【図２５】同実施形態におけるリモートセンシング情報から蒸発散量演算処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
【図２６】同実施形態における蒸発散量演算処理を示すフローチャートである。
【図２７】同実施形態における降雨涵養量演算処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
【図２８】同実施形態における降雨涵養量演算処理を示すフローチャートである。
【図２９】同実施形態における圧力水頭０ｍ設定処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
【図３０】同実施形態における圧力水頭０ｍ設定処理を示すフローチャートである。
【図３１】同実施形態における全水頭値演算処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
【図３２】同実施形態における全水頭値演算処理を示すフローチャートである。
【図３３】同実施形態における地下水移行経路・時間演算処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
【図３４】同実施形態における地下水移行経路・時間演算処理を示すフローチャートを示す図である。
【図３５】本発明の第２実施形態による地下水起源解析システムを示すブロック図である。
【図３６】同実施形態による水質ダイアグラムを示す図である。
【図３７】同実施形態による同位体高度効果を示す図（その１）である。
【図３８】同実施形態による同位体高度効果を示す図（その２）である。
【図３９】同実施形態による同位体高度効果を示す図（その３）である。
【図４０】同実施形態による水素−酸素同位体比を示す図である。
【図４１】同実施形態による主成分分析を示す図（その１）である。
【図４２】同実施形態による主成分分析を示す図（その２）である。
【図４３】同実施形態による主成分分析を示す図（その３）である。
【図４４】同実施形態によるクラスタ分析を示す図である。
【図４５】同実施形態による水理モデルを示す図である。
【図４６】同実施形態による処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態による地下水起源解析システム１００について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態による地下水起源解析システム１００を示すブロック図である。この図には、地下水起源解析システム１００と、地下水起源解析システム１００の処理に用いられる情報を提供する情報入力システム２００とが示されている。
地下水起源解析システム１００は、情報入力システム２００から入力される各種情報に基づく演算処理を行い当該地点の地下水のもととなる涵養（かんよう）地点を算出する地下水起源解析システムである。涵養地点とは、降雨によって地表水となった水が地面に浸透し、地下水となる場所である。その地点の標高を涵養高度という。そして、その地下水は、涵養地点を基点とする地下水の流れにしたがって移行する。
また、地下水起源解析システム１００による涵養地点の算出では、所定の位置・深度に到達した地下水がその地点に到達するまでの経路を算定し、その経路の基点を涵養地点として算定する。また、地下水起源解析システム１００は、降雨から所定の位置・深度に到達するまでの時間を算出するシステムである。
【００２５】
情報入力システム２００は、河川水や地下水などから検出されたイオン濃度・水質情報を提供するイオン・水質情報システム（イオン・水質情報データ）２１０、河川水や地下水などから検出された同位体比情報を提供する同位体情報システム（同位体情報データ）２２０、人工衛星において撮影された画像情報を提供するリモートセンシングシステム２３１、各地点の降雨量を提供する雨量情報システム２３２、各地点の地形標高情報として緯度経度及び標高を提供する地図情報システム２３３、地質に関する情報を提供する地質情報システム２３４を備える。
【００２６】
地下水起源解析システム１００は、演算処理部１１０、入力処理部４０、制御記憶処理部５０、記憶部７０、出力処理部８０、表示部９０を備える。
地下水起源解析システム１００において演算処理部１１０は、地下水起源解析システム１００における各種演算処理を行う。地下水起源解析システム１００における演算処理部１１０は、イオン濃度水質情報判定処理部１０、同位体比判定処理部２０、地下水移行算定処理部３０を備える。演算処理部１１０においてイオン濃度水質情報判定処理部１０は、河川水や地下水などのサンプルから検出されたイオン濃度・水質情報のそれぞれの相関関係を判定する。また、イオン濃度水質情報判定処理部１０は、類似性の高いサンプルからの判定結果をグループとして扱うことができる判定処理部である。同位体比判定処理部２０は、河川水や地下水などをサンプルから検出された同位体比情報をもとに、その地下水の起源とされる涵養地点の標高、すなわち涵養高度を特定する。また、同位体比判定処理部２０は、水源の類似性の高いサンプルからの判定結果をグループとして扱うことができる判定処理部である。
【００２７】
地下水移行算定処理部３０は、降雨のあった地点で地下水として涵養され、地下水が流れる経路の地形や高度差および環境によって麓の地下水として年月を経て到達するまでの移行経路並びに移行時間を算出する判定処理部である。地下水移行算定処理部３０は、蒸発散量演算処理部３１、降雨涵養量演算部３２、圧力水頭０ｍ設定部３３、全水頭演算処理部３４、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５を備える。地下水移行算定処理部３０において蒸発散量演算処理部３１は、人工衛星から撮影された画像データに基づいて演算処理を行い、各地点の可能蒸発散量を算出する。降雨涵養量演算部３２は、各地点の可能蒸発散量と各地点の降雨量の情報に基づいて演算処理を行い、各地点の降雨涵養量を算出する。圧力水頭０ｍ設定部３３は、人工衛星から撮影された画像データと緯度経度及び標高の情報に基づいて演算処理を行い、圧力水頭が０ｍを示す地点、すなわち、地下水が河川として地表水となって現れている地点の設定を行う。全水頭演算処理部３４は、各地点の降雨涵養量と圧力水頭が０ｍを示す地点の情報と緯度経度及び標高の情報に基づいて演算し、全水頭値情報を算出する。地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、各地点の全水頭値情報に基づいて演算処理を行い地下水移行経路並びに移行時間を算出する。
【００２８】
入力処理部４０は、接続される入力処理システム２００から情報が入力される。入力処理部４０は、記憶部７０に割り付けられた各記憶部に、制御記憶処理部５０の処理を経て入力された情報を記録する。入力処理システム２００から入力される情報は、コンピュータによって読み取り可能な媒体に記録された情報又は通信回線を介して行われる通信処理によって入力される情報のいずれかを選択可能である。また、入力処理部４０は、マウス、キーボードなどの入力部を備え、その入力部から入力される情報を検出する処理を行い、検出した結果を制御記憶処理部５０に入力する。
【００２９】
制御記憶処理部５０は、地下水起源解析システム１００における各処理部からの指示の判別と、その指示に対する応答出力、各処理部の制御並びに記憶部７０への情報の記録及び記憶部７０に記憶された情報の参照を行う。記憶部７０は、ＨＤＤ（Hard disk drive）または半導体メモリなどによって構成される記憶部であり、制御記憶処理部５０からの指示にしたがって、記録並びに参照などが行われる。出力処理部８０は、各演算処理に必要とさせる入力処理の指示を選択するための表示画面の作成、演算結果の表示を行う表示画面の作成などを行い、作成した画面の情報を表示部９０に出力する。表示部９０は、出力処理部８０から入力された画面情報を表示する表示処理を行う。表示部９０は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＰＤＰ（Plasma Display Panel）、ＥＬ（Electro-Luminescence）表示器などの各種表示方式の表示素子を用いた表示部であってもよい。
【００３０】
地下水起源解析システム１００は、ＣＰＵ（（Central Processing Unit）とＲＡＭ（Random Access Memory）とＲＯＭ（Read Only Memory）とＨＤＤ（Hard Disk Drive）とＩ／Ｏ（Input/Output）などが備えられており、演算処理を実行するＣＰＵがＲＡＭを一時的なワークエリアや設定記憶領域として使用したりプログラム領域として使用したりしながら、ＲＯＭに書き込まれた基本プログラムを適宜実行し、Ｉ／Ｏを介して接続されている外部機器及び内部機器などを制御している。さらに地下水起源解析システム１００は、装置内部の記憶領域としてＨＤＤを備え、処理プログラム、各種テーブルとしての情報、処理結果など情報の記憶領域として利用される。
【００３１】
次に、図を参照して、地下水起源解析システム１００の各種処理の機能について説明する。
地下水起源解析システム１００において演算処理部１１０は、地下水起源解析システム１００における各種演算処理を行う。演算処理部１１０におけるイオン濃度水質情報判定処理部１０は、イオン・水質情報データ２１０から提供される河川水や地下水などをサンプルとして検出されたイオン濃度・水質情報のうち、特に次の情報を参照する。
イオン濃度分析として、次の６つに分類される各イオン濃度について分析する。すなわち、硫酸イオン（ＳＯ４２−）、重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）、塩素イオン（Ｃｌ−）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）並びにナトリウム及びカリウムイオン（Ｎａ＋及びＫ＋）である。イオン濃度水質情報判定処理部１０は、イオン濃度のデータに基づいた主成分分析手法による演算処理を行うことにより、イオン濃度の比の類似性を示す傾向分析を演算処理により行うことができる。
【００３２】
図２は、イオン濃度分析に関する一例を示す図である。
複数の箇所のサンプルが示すこれらのイオン濃度の比の傾向を視覚的に比較するために水質ダイアグラムという手法がとられている。検出されたイオンを６つに分類する。その分類は、陰イオンである硫酸イオン（ＳＯ４２−）、重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）、塩素イオン（Ｃｌ−）と、陽イオンであるカルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、ナトリウムイオン及びカリウムイオン（Ｎａ＋及びＫ＋）である。その分類にしたがって、図示するよう陰イオンを左、陽イオンを右に配置する。この図に示されるグラフの横軸は、イオン濃度の値を示す。各イオンの濃度に応じてグラフにプロットし、プロット点を結んで描かれる六角形によって示された形が、水に含有されるイオンの量の特徴を示す。六角形の形状が類似しているサンプルは、同じ水系の地下水である可能性が高いと判定できる。この図（ａ）と（ｂ）に示されるように、六角形の形状の特徴が異なるものは、異なる水系からの水と判定することができる。イオン濃度水質情報判定処理部１０は、記憶されたイオン濃度のデータを参照し水質ダイアグラムを作成することもできる。
【００３３】
また、水質情報分析として、電気伝導度と水温の分析を行う例を示す。
図３（ａ）は、同じ水系からの各サンプルを分析して得られた電気伝導度と、そのサンプルを採取した標高との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は、電気伝導度（μＳ（マイクロ  ジーメンス）／ｃｍ））を示し、縦軸は標高（ｍ）を示す。このグラフに示されるように、同じ水系によるサンプルであれば、標高が高いほど電気伝導度が低く、標高が低くなるにしたがって電気伝導度が高くなる。すなわち、標高が低い場所で採取されたサンプルの水が、地下を移行している間に、経路を構成する地中の成分が溶け出してイオン化傾向が高くなる。図に示される白丸（○）印は、特定の地下水を分析して得られた電気伝導度を既知の測定結果を示すグラフ上にプロットした例を示す。この例では、白丸（○）印の位置が、各サンプルが示すばらつきの範囲内に位置することにより、同じ水系による地下水と判定できる。
図３（ｂ）は、水温と標高の関係を示したグラフである。このグラフの横軸は、水温（℃）を示し、縦軸は標高（ｍ）を示す。このグラフに示されたサンプルは、特定の水系に限られたものではなく、複数の山体中を流れる地下水や湧水で測定された水温を示す。このグラフの中で、同一の山系によるサンプルを抽出すると、線形で示される直性で近似できる範囲にサンプルがばらつく傾向が示される。この直線を地温勾配という。この図に示される２つの直線（実線と破線）は、異なる山系による地温勾配を示し、いずれの地温勾配との相関があるかにより水系を判定する。
このように、演算処理部１１０におけるイオン濃度水質情報判定処理部１０は、地下水と湧水のサンプルから得られた情報からそれぞれの相関関係を判定し、類似性の高いサンプルをグループとして扱う判定処理部である。
【００３４】
演算処理部１１０における同位体比判定処理部２０は、河川水や地下水などから検出された同位体比情報、すなわちサンプルに含まれる安定同位体の含有量を示す安定同位体比に基づいて判定する。
同位体比判定処理部２０が分析対象とする安定同位体について説明する。
図４（ａ）は、水素Ｈを基本とする同位体を示す。標準の水素Ｈに比べ、中性子が１個多い重水素２Ｈと、２個多いトリチウム３Ｈが示されている。水素Ｈと重水素２Ｈは安定同位体であるが、トリチウム３Ｈは、半減期（１２．３年）を有する放射性同位体である。安定同位体は、放射性同位体のように含有量が自然に減少しないので、水系判定のトレーサーとして用いられる。
図４（ｂ）は、一般的な水に含まれる安定同位体の含有量を示す図である。
水に含まれる安定同位体として、水を構成する水素原子と酸素原子に関係する安定同位体を示す。この図には、水素Ｈ、重水素２Ｈ（Ｄ）、酸素１６Ｏ、酸素１７Ｏ、酸素１８Ｏの５種類の安定同位体とその存在比率が示される。ここで示されるように、酸素１８Ｏは、他の安定同位体に比べ存在比率が多く、地下水起源解析に用いるトレーサーに適している。酸素１８Ｏの安定同位体比を「δ１８Ｏ」として示す。
図５は、特定の水系の安定同位体比（δ１８Ｏ）と涵養場所の標高の関係を示すグラフである。このグラフの横軸は、安定同位体比（δ１８Ｏ：‰（パーミル））を示し、縦軸は標高（ｍ）を示す。このグラフによって示されるように、同じ水系の場合には線形で示される直性で近似できる範囲にサンプルがばらつく傾向が示されている。標高が高くなると安定同位体の含有量が少なくなる傾向がある。
【００３５】
また、安定同位体比は、蒸発量にしたがって変化することが知られている。
図６は、蒸発量と安定同位体比（δ１８Ｏ）の変化を示す関係をグラフに示したものである。このグラフの横軸は、蒸発率（％（パーセント））を示し、縦軸は、安定同位体比（δ１８Ｏ：‰（パーミル））を示す。このグラフに示される２つのグラフは、異なる２つの河川水を蒸発させたときの安定同位体比の変化を示す。このグラフの縦軸の切片となる値が異なり、異なる河川水の水であることが示される。いずれのグラフとも、蒸発量に応じてグラフが右上がりとなる同じ傾向を示す。この図に示されるように、蒸発量が多くなるにしたがって、同位体比が高くなる。すなわち、含有されている比率が高くなることが示される。
【００３６】
図７は、安定同位体比（δ１８Ｏ）と、観測された降雨採取場所の標高との関係を示すグラフである。このグラフの横軸は、安定同位体比（δ１８Ｏ：‰（パーミル））を示し、縦軸は標高（ｍ）を示す。この図は、複数のサンプルのデータをプロットし、それらの測定点の情報をもとに直線回帰分析による１次式で示された直線Ｐｒｅｆ１（点線）と補正量を考慮した直線ＥＶＰ２（実線）が示される。直線Ｐｒｅｆ１に示される傾向は、実際の測定点における安定同位体比の傾向を示すものである。この傾向には、降雨時点から測定されるまでに蒸発することによる安定同位体比の変化は考慮されていない。
前述の図６に示したように、蒸発が進むと安定同位体比は高くなる。つまり、直線ＥＶＰ２（実線）で示された安定同位体量が示す値は、蒸発が進んだ時点の安定同位体であるため、降雨時点の安定同位体比を想定し補正することが必要になる。例えば、図に示される点Ｐ１（安定同位体比：−１０‰（パーミル）、標高：１０００ｍ）は、採取された地下水の測定データである。このデータを補正するには、同じ安定同位体比に対する直線ＥＶＰ２によって示される新たな標高の値（２０００ｍ）が、蒸発による補正を考慮した直線ＥＶＰ２が示す関係を用いると求めることができる。直線ＥＶＰ２は、図６に示した蒸発率を考慮した関係から導かれる。すなわち、標高１０００ｍの地点の地下水で採取された水は、標高２０００ｍの高さでの降雨によって浸透して地下水となった可能性が高いと判定される。
【００３７】
図８は、異なる水系での安定同位体比（δ１８Ｏ）と標高の関係を示したグラフである。このグラフの横軸は、安定同位体比（δ１８Ｏ：‰（パーミル））を示し、縦軸は標高（ｍ）を示す。この図に示される３つの直線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、それぞれ異なる水系のサンプルのデータから直線回帰分析を行い、グラフとして示したものである。水系ごとに異なる直線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が得られ、この特徴を用いて水系を判定することが可能となる。また、安定同位体比のデータに基づいた主成分分析手法による演算処理を行うことにより、類似性の傾向分析を行うことができる。
【００３８】
図を参照し、演算処理部１１０における地下水移行算定処理部３０について説明する。
地下水移行算定処理部３０において蒸発散量演算処理部３１は、人工衛星から撮影された画像データに基づいて、各地点の可能蒸発散量を算出する演算処理を行う。
人工衛星から撮影された画像データは、２つの異なる波長域でフィルタ処理された地表面からの反射光の強度を検出した情報である。第１の波長域は、可視光領域（以下、「Ｂａｎｄ（バンド）３」領域ともいう。）であり、第２の波長域は、近赤外領域（以下、「Ｂａｎｄ（バンド）４」領域ともいう。）である。この２つの異なる波長領域のデータを比較処理することにより、それぞれの地点の植生活性度を示す指標となる正規化植生指数（以下、「ＮＤＶＩ（Normalized Difference Vegetation Index）」という。）を算出する。ＮＤＶＩは、次式（１）から求められる。
【００３９】
ＮＤＶＩ＝（Ｂｄ４−Ｂｄ３）／（Ｂｄ４＋Ｂｄ３）  ・・・（１）
【００４０】
式（１）においてＢｄ３は、Ｂａｎｄ３領域のデータによって示される反射率（「アドベド」ともいう。）の値であり、同じくＢｄ４は、Ｂａｎｄ４領域のデータによって示される反射率の値である。
図９と図１０は、人工衛星から撮影された地表の反射率の地域ごとの差を示す情報をもとに、それぞれの地点のＮＤＶＩを演算し、２次元的に示した図である。この図９が、落葉時期に測定された結果を示し、図１０が着葉時期に測定された結果を示し、撮影時期を変えて測定した反射率情報からそれぞれの時期のＮＤＶＩを求めたものである。それぞれの関係を式（１）に基づいて、式（２）と式（３）に示す。
【００４１】
ＮＤＶＩ（落葉時期）＝
（Ｂｄ４（落葉）−Ｂｄ３（落葉））／（Ｂｄ４（落葉）＋Ｂｄ３（落葉））  ・・・（２）
【００４２】
式（２）において、ＮＤＶＩ（落葉時期）が落葉時期の植生活性度（ＮＤＶＩ）、Ｂｄ３（落葉）が落葉時期の可視光領域（Ｂａｎｄ３）の反射率、Ｂｄ４（落葉）が落葉時期の近赤外光領域（Ｂａｎｄ４）の反射率を示す。
【００４３】
ＮＤＶＩ（着葉時期）＝
（Ｂｄ４（着葉）−Ｂｄ３（着葉））／（Ｂｄ４（着葉）＋Ｂｄ３（着葉））  ・・・（３）
【００４４】
式（３）において、ＮＤＶＩ（着葉時期）が着葉時期の植生活性度（ＮＤＶＩ）、Ｂｄ３（着葉）が着葉時期の可視光領域（Ｂａｎｄ３）の反射率、Ｂｄ４（着葉）が着葉時期の近赤外光領域（Ｂａｎｄ４）の反射率を示す。２つの画像を比較すると、測定された季節の違いで落葉樹などの葉がなくなるなどの植生が変化することにより、反射率が変化して検出されて植生活性度（ＮＤＶＩ）の変化としてその差が示される。
【００４５】
図１１は、異なる季節の正規化植生指数（ＮＤＶＩ）値の差を演算し、差分正規化植生指数（ΔＮＤＶＩ）を算定し２次元的に示した図である。その演算は、次式（４）から求められる。
【００４６】
ΔＮＤＶＩ＝ＮＤＶＩ（着葉時期）−ＮＤＶＩ（落葉時期）  ・・・（４）
【００４７】
式（４）における「ＮＤＶＩ（着葉時期）」は、広葉樹の葉のある季節のＮＤＶＩ値を示し、「ＮＤＶＩ（落葉時期）」は、広葉樹の葉のない季節のＮＤＶＩ値を示す。この図に示されたように、植生状況が含まれる土地利用区分を特定するための基本データが生成された。
【００４８】
図１２は、地点ごとのＮＤＶＩとΔＮＤＶＩの値をもとに土地利用区分の判定処理を行った結果を２次元的に示した図である。土地利用区分の判定処理は、予め定められた閾値に基づいてＮＤＶＩとΔＮＤＶＩの値の判定を行う。この図に示される土地利用区分の分類は、「常用樹林」「落葉樹林」、「草地」、「市街地」、「畑地・開発地」に分類された結果が示されている。
【００４９】
図１３は、地点ごとのΔＮＤＶＩの値をもとに分類された土地利用区分の分類（「常用樹林」「落葉樹林」、「草地」、「市街地」、「畑地・開発地」）の結果から、それぞれの利用区分に対応する年間蒸発散量を設定する。土地利用区分に対する年間蒸発散量の設定値の例を示す。「常用樹林」と「落葉樹林」は、７００．０８ｍｍとする。「草地」は、６３０．７２ｍｍとする。「市街地」は、４２２．６４ｍｍとする。「畑地・開発地」は、７００．０８ｍｍとする。設定された年間蒸発散量の結果に応じて濃淡表示分類された結果を２次元的に示した図である。図に示される色が薄い場所ほど年間蒸発散量が多いことが示されている。
以上に示したように、蒸発散量演算処理部３１は、リモートセンシングによって得られた衛星画像データからの情報を基にして、地域ごとの年間蒸発散量を可能蒸発散量とする。
【００５０】
次に、各地点の降雨涵養量について説明する。
降雨涵養量は、その地点の降雨量のうち、地面に浸透し地下水として涵養する量を示す。前述したように、各地点の植生などの状況変化により、その地点での蒸発散量が異なることが示された。浸透して地下水に涵養する前に、地表から蒸発したり、植生などにより発散したりする量を次式（５）によって補正し、降雨涵養量を定めることとする。
【００５１】
（降雨涵養量）＝（降雨量−可能蒸発散量）／２  ・・・（５）
【００５２】
式（５）において、右辺を２で除算しているのは、地表水として流出してその地点に浸透しない量などを定めるための比例定数として設定し近似するためである。
以上に示したように、降雨涵養量演算部３２は、各地点の降雨量情報と年間蒸発散量に基づいて、上記の式（５）で示された演算処理を行う。
【００５３】
図を参照し、地下水が地表に現れた地表水の基準面を地下水の圧力の基準点の設定について説明する。
地下水面より、地表面が低くなるときに、地下水が飽和して地表に現れる。言い換えれば、河川の水位に接する地面の地下水面が一致する。
図１４は、地下水面を算定するための基準面（圧力水頭０ｍ）を説明する図である。
この図（ａ）は、河川を横切る方向の断面を示した断面図である。この図に示されるように、降雨によってもたらされた水が浸透し地下水となる。地質に含まれる間隙が水で満たされた状態の部分にある水を地下水という。地下水に満たされている状態を飽和状態という。飽和状態の地質が地表に接する場所では、地下水が地表水となって現れる。この地表水は、地表を流れる河川となる。この河川の水面の位置を基準として、その基準の高さにかかる各地点の地下水による水圧を圧力水頭という。圧力水頭は、この基準の高さと地下水面の差を示す指標となる。また、標高０ｍからその基準面の標高差による水圧を位置水頭という。圧力水頭と位置水頭の和を、全水頭という。全水頭は、その地点の地下水の圧力差を示す指標であり、その圧力差により地下水が移行する。
全水頭値は、式（６）として示される。
【００５４】
（全水頭）＝（位置水頭）＋（圧力水頭）  ・・・（６）
【００５５】
この図（ｂ）は、対象地域のなかで地表に現れている水面を特定した圧力水頭０ｍ設定部３３における処理結果を示す図である。この図で、水平方向に２次元的にメッシュが構成され、そのメッシュの交点で示される地点が、地表水となって現れている河川などの場所を白丸（○）印で示している。
圧力水頭０ｍ設定部３３は、落葉時期のリモートセンシングデータから地表水に覆われている地点を特定することができる。地表水の判定に用いる衛星画像データは、落葉時期の近赤外線領域（Ｂａｎｄ４）の反射率の差異を示す情報を用いる。地表水の水面では、近赤外線が吸収されるため、反射率が低い値となって示されるので、閾値以下の値を示す場所から地表水に覆われている位置を特定できる。圧力水頭０ｍ設定部３３は、地表水に覆われていると判定された結果の情報を、地図情報に重ね合わせて、河川又は湖面などの水面の位置を基準面とする圧力水頭０ｍの地点を設定する。この圧力水頭０ｍの地点は、周辺の地下水面の高さを示す地下水位０ｍを示す基準点となる。
【００５６】
図を参照して全水頭分布の演算処理について説明する。
図１５は、対称範囲の各地点の位置・深度について地質情報を設定した結果を示す鳥瞰図である。地表面と、対称範囲のふちが断面で示されている。この図に示される濃淡は、異なる地質を示す。当該地域を構成する地質情報にしたがって、各地点を構成する地質をそれぞれの位置と深度に基づいて設定する。設定された情報から、この図に示される地質の分布図が作成される。この分布図に示される地質の特性と関連付けて各地点の位置・深度の透水係数及び不飽和特性が設定される。全水頭演算処理部３４は、前述した降雨涵養量、圧力水頭０ｍ分布、地形標高データ及び各地点の位置・深度の透水係数及び不飽和特性の各情報に基づいて全水頭値を算出する。
【００５７】
図を参照して全水頭分布の演算処理について説明する。
図１６は、演算処理によって求められた全水頭分布の例を示す図である。この図に示される曲線は、同一の全圧力水頭を示す地点をつないで示した曲線になる。この全水頭分布から地下水面の起伏を算出することができる。
また、図１７は、図１６に示した地域で観測された地下水面標高の実測データを示す図である。図１６と図１７を対比させ、図１６で示される水頭分布の曲線の形と、図１７の実測データから求めた水頭分布を示す曲線の形とが同じ傾向を示していることがわかる。つまり、リモートセンシングによる画像データをもとに補正した降雨涵養量に基づいて処理した演算結果で求めた水頭分布は、実際の測定データによって検証された。
【００５８】
図を参照して地下水移行経路、移行時間の演算処理について説明する。
全水頭演算処理部３４によって求められた全水頭分布情報と、地形標高データ及び各地点の位置・深度の透水係数、不飽和特性及び有効間隙率の情報に基づいて、地下水移行経路、移行時間を算出する。
地下水は、隣接する地点間の全水頭値の差から地下水の移行が生じる。すなわち、地下水は、前述の水頭分布図で示された全水頭分布が示す曲線と直角の方向に流れを生じている。この水頭値分布曲線が示す水頭値の変化が大きい部分、すなわち水頭値分布曲線が密に示されている部分では、地下水の流速が大きくなる。反対に、水頭値の変化が緩やかな部分、すなわち水頭値分布曲線が疎に示されている部分では、地下水の流速が小さくなる。
【００５９】
各地点の位置・深度での地下水の流れる方向及び流速を、それぞれの地点での値を算定する。まず、各地点の位置・深度で参照される地点には、格子状に配置された参照点が設定される。その格子状に配置された参照点の位置には、参照点の間の間隔を一辺の長さとする微小な立方体が定義され、その立方体の各面から流入出する水の量を算定する。算定された流入出する水の量を３次元の座標軸方向の成分に分解する。座標軸方向の成分に分解された値を用いて、その参照点における水の移行をベクトルで示すことができる。
図１８は、地下水の流れを示す図である。
この図に示されるメッシュは、位置を示す格子を示し、各地点の標高を考慮して３次元的に地面をモデル化して示す。また、この図に示される矢印は、その地点での地下水の移行方向を示す。これらの矢印で示される方向が揃って同一の方向を示す地点では、その方向に地下水の流れが生じていることを示す。その矢印の矢線の長さは、地下水の移行量、すなわち流速を示すものである。
【００６０】
図を参照して地下水の移行経路の算定処理について説明する。
図１９は、地下水の移行経路を示す図である。地下水の移行経路の選定は、経路となる各地点の地下水の移行方向をつなぎ合わせることで算定される。
移行経路の算定は、２通りの算定方法を選択することができる。第１の算定方法は、涵養場所を指定して、涵養場所を始点とする流れの方向を算定する方法である。第２の算定方法は、地下水が到達する位置の所定の深度を指定し、その位置に到達しうる経路を算定する方法である。この方法では、実際の地下水の流れる方向に対して、さかのぼって経路を選択していくことになる。
第１の算定方法は、実際の地下水の流れる方向に沿って経路を選択していく方法である。始点として選択された地点から、その地点における地下水の移行先を示すベクトルが参照する方向にある、参照点を選択し、その参照点が有するベクトルが参照する方向にある、参照点を選択するという処理を繰り返し行うことで算定することができる。
第２の算定方法は、地下水の到達点の周辺の参照点の中から、それぞれの参照点が有するベクトルが最も近い参照を行っている第１の参照点を選択する。同じく第１の参照点の周辺の参照点の中から、それぞれの参照点が有するベクトルが最も近い参照を行っている参照点を第２の参照点として選択する。この処理を繰り返し行い、地表に到達した場所が、その地下水の涵養地点になる。
本実施形態では、第２の算定方法を用いて説明を行うこととする。
【００６１】
上記の処理によって定められた地下水移行経路に沿って地下水が移行するときにかかる移行時間の算定方法について説明する。
地下水の移行時間の算定には、ダルシー（Ｄａｒｃｙ）の法則を用いた流速（ダルシー流速）算定が知られている。このダルシー流速による移行時間の演算では、有効間隙率を１００％（パーセント）と仮定したときの条件で移行時間（経路距離／ダルシー流速）を算定し、有効間隙率（％）を設定することによる補正処理により移行時間を求めることができる。その関係を式（７）に示す。
【００６２】
（実流速による移行時間）
=（経路距離）／（ダルシー流速）×（有効間隙率）  ・・・（７）
【００６３】
式（７）で示されるように、有効間隙率を１００％としたダルシー流速の値は、実流速の値に比べ遅い値となるのが一般的であり、有効間隙率で表される隙間に注入される地下水量によって移行速度が決定されることになる。
例えば、ダルシー流速によって求められた移行時間が７００年と算定され、その経路の有効間隙率が７％であれば、実流速による移行時間が４９年として求められる。
以上に示したように、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、地下水の移行経路を特定し、移行時間を求めることができる。
【００６４】
続いて、地下水起源解析で行われるそれぞれの処理手順とその処理に用いられる情報について説明する。地下水起源解析システム１００において地下水起源解析のそれぞれの処理に用いられる情報は、記憶部７０に割り付けられた各種データベースに記憶され、それぞれの処理を行う各機能部からの記録・参照などの指示にしたがって制御記憶処理部５０が記憶部７０に割り付けられた各種データベースへの記録・読み出し処理を行う。以下の処理の説明において、各機能部が制御記憶処理部５０に指示する記録・参照などの処理、制御記憶処理部５０が行う記憶部７０の記録・読み出し処理及び制御記憶処理部５０が行う各機能部への通知処理を、各機能部が各種データベースへの記録・読み出し処理を行う処理に含めることとして説明する。また、各機能部によって算出・算定された結果は、出力処理部８０を介して表示部９０に表示される。表示部９０への表示は、制御記憶処理部５０から出力処理部８０への指示によって、出力処理部８０が各記憶部に記録された情報を参照し、その情報に基づいて出力画面を生成し表示部９０に表示される。
【００６５】
図２０は、地下水起源解析処理を示すフローチャートである。
地下水起源解析システム１００における地下水起源解析処理は、図に示される複数の処理によって構成される。
最初に、地下水起源解析システム１００におけるイオン濃度水質情報判定処理部１０は、河川水及び地下水のイオン濃度の比の一致度並びに水質の一致度から地下水起源の類似性の判定処理を行う（ステップＳＡ１０）。続いて、地下水起源解析システム１００における同位体比判定処理部２０は、河川水及び地下水の同位体比の一致度から涵養高度の判定処理を行う（ステップＳＢ２０）。続いて、地下水起源解析システム１００における地下水移行算定処理部３０は、地下水移行算定処理を下記の手順で行う。まず、蒸発散量演算処理部３１は、人工衛星が撮影した衛星画像データから地点ごとの蒸発散量を求める演算処理を行い、各地点の可能蒸発散量を算出する（ステップＳＣ３１）。降雨涵養量演算部３２は、各地点の可能蒸発散量と各地点の降雨量の情報に基づいて演算処理を行い、各地点の降雨涵養量を算出する（ステップＳＣ３２）。圧力水頭０ｍ設定部３３は、衛星画像データに示される河川の位置と緯度経度及び標高の情報に基づいて演算処理を行い、圧力水頭が０ｍを示す地点、すなわち、地下水が河川として地表水となって現れている地点の設定を行う（ステップＳＣ３３）。全水頭演算処理部３４は、各地点の降雨涵養量と圧力水頭分布と、地形標高データと、地点・深度ごとの透水係数・飽和特性とから、全水頭を求める演算処理を行い、全水頭値情報を算出する（ステップＳＣ３４）。地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、各地点の全水頭分布と、地点・深度ごとの透水係数・飽和特性・有効間隙率とから、地下水移行経路と移行時間を求める演算処理を行い、地下水移行経路並びに移行時間を算出する（ステップＳＣ３５）。
【００６６】
上記に記した各ステップの処理の詳細について順に説明する。
図２１は、イオン濃度分析処理並びに水質情報処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
図（ａ）に示されるイオン濃度情報データベースは、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」、「硫酸イオン」、「重炭酸イオン」、「塩素イオン」、「カルシウム（Ｃａ）イオン」、「マグネシウム（Ｍｇ）イオン」、「ナトリウム（Ｎａ）イオン・カリウム（Ｋ）イオン」からなる項目を有する。この図は、イオン濃度情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」は、採取した水の採取場所を示す。「深度」は、その採取地点における採取した深度を示す。「硫酸イオン」、「重炭酸イオン」、「塩素イオン」、「カルシウム（Ｃａ）イオン」、「マグネシウム（Ｍｇ）イオン」、「ナトリウム（Ｎａ）イオン・カリウム（Ｋ）イオン」の各項目は、それぞれ（ＳＯ４２−）イオン、（ＨＣＯ３−）イオン、（Ｃｌ−）イオン、（Ｃａ２＋）イオン、（Ｍｇ２＋）イオン、（Ｎａ＋）イオン・（Ｋ＋）イオンの濃度を示す。それぞれサンプルとして採取された水の情報及びすでに測定された各種地点の水の情報をもとにして登録された情報ごとに、行を単位とするデータが構成され、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」をキーとして参照される。
【００６７】
また、図（ｂ）に示される水質情報データベースは、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」、「電気伝導度」、「水温」からなる項目を有する。この図は、水質情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」は、採取した水の採取場所を示す。「深度」は、その採取地点における採取した深度を示す。「電気伝導度」は、採取した水の電気伝導度を示す。「水温」は、採取した水の採取時の水温を示す。それぞれサンプルとして採取された水の情報及びすでに測定された各種地点の水の情報をもとにして登録された情報ごとに、行を単位とするデータが構成され、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」をキーとして参照される。
【００６８】
次に、図を参照して、地下水起源解析システム１００の各種処理の処理について説明する。以下に示す処理の説明では、
図２２は、イオン濃度分析処理を示すフローチャートである。
入力処理部４０は、イオン・水質情報システム２１０から入力されるイオン・水質情報データを受信し、河川水の測定データを測定地点の情報をキーとしてイオン濃度情報データベースに登録する（ステップＳａ１）。また、入力処理部４０は、判定を行う地下水のイオン濃度・水質情報の入力処理を行い水質情報データベースに登録する（ステップＳａ２）。イオン濃度水質情報判定処理部１０は、イオン濃度情報データベースに登録された各地点の登録データをもとにイオン濃度の傾向を分析する。イオン濃度水質情報判定処理部１０は、イオン濃度の傾向の分析には、主要イオンを配列に並べ、そのイオン濃度値を示す位置に各点を配置し、その点を結んだヘキサダイアグラム（図２参照）を作成する。また、イオン濃度水質情報判定処理部１０は、主成分分析処理を行い、各地点の登録データの類似性を判定し、判定結果を記憶部に記録する（ステップＳａ３）。イオン濃度水質情報判定処理部１０は、水質情報データベースに登録されたデータを参照し、各水質を示す指標を基にして標高に対する直線回帰分析を行う（図３参照）。同じ水源からの地下水であれば類似の傾向が示される。求められた直線との距離が予め定められた判定範囲に含まれるときに類似性が高いと判定する（ステップＳａ４）。
【００６９】
イオン濃度水質情報判定処理部１０は、地下水起源の類似性の分析を行う。この分析には、各地点のイオン濃度分析による類似性の判定と、水質情報を用いた類似性判定情報の傾向分析の双方の結果から判定を行う（ステップＳａ５）。イオン濃度水質情報判定処理部１０は、判定の結果、イオン濃度傾向、水質の傾向共に類似性があると示されたときには、地下水起源の類似性が高いと判定し、判定結果を記憶部に記録し判定処理を終了する（ステップＳａ６）。イオン濃度水質情報判定処理部１０は、イオン濃度傾向、水質の傾向共に類似性がないと示されたときには、地下水起源の類似性が低いと判定し、判定結果を記憶部に記録し判定処理を終了する（ステップＳａ７）。イオン濃度水質情報判定処理部１０は、イオン濃度傾向、水質の傾向のどちらかに類似性がみられ他方に類似性が見られないときには、類似性の判定結果は不明瞭と判定し、判定結果を記憶部に記録し判定処理を終了する（ステップＳａ８）。
【００７０】
図２３は、安定同位体比分析処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
図に示される安定同位体比情報データベースは、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」、「酸素同位体比」、「涵養高度」からなる項目を有する。この図は、安定同位体比情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」は、採取した水の採取場所を示す。「深度」は、その採取地点における採取した深度を示す。「酸素同位体比」は、採取した水の安定同位体である酸素（１８Ｏ）の同位体比を示す。「涵養高度」は、採取した水の酸素（１８Ｏ）の同位体比から安定同位体比分析処理によって算出された涵養高度を示す。それぞれサンプルとして採取された水の情報及びすでに測定された各種地点の水の情報をもとにして登録された情報ごとに、行を単位とするデータが構成され、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」をキーとして参照される。
【００７１】
図２４は、安定同位体比分析処理を示すフローチャートである。
入力処理部４０は、同位体情報システム２２０から入力される同位体情報データを受信し、河川水などの安定同位体比情報を測定地点の情報をキーとして安定同位体比情報データベースに記録する（ステップＳｂ１）。同位体比判定処理部２０は、河川水などの安定同位体比情報データベースに記憶された情報をもとに安定同位体比の標高に対する傾向の分析（図５参照）を行う（ステップＳｂ２）。入力処理部４０は、同位体情報システム２２０から入力される同位体情報データを受信し、地下水の安定同位体比情報を測定地点の情報をキーとして安定同位体比情報データベースに記録する（ステップＳｂ３）。
同位体比判定処理部２０は、測定地点の標高に対する安定同位体比の重さの関係から直線回帰分析を行って傾向を分析（図７参照）する。同位体比判定処理部２０は、対象地下水の情報を、水系ごとに先に分析した直線回帰分析の結果（図８参照）に応じて、水系の判定を行う（ステップＳｂ４）。
同位体比判定処理部２０は、地下水の安定同位体比データをもとに涵養高度を算出（図７参照）し、算出結果を安定同位体比情報データベースに記録する（ステップＳｂ５）。
【００７２】
図２５は、蒸発散量演算処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
図（ａ）に示される蒸発散量演算処理データベースは、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「落葉時期Ｂｄ３」、「落葉時期Ｂｄ４」、「着葉時期Ｂｄ３」、「着葉時期Ｂｄ４」、「落葉時期ＮＤＶＩ」、「着葉時期ＮＤＶＩ」、「ΔＮＤＶＩ」、「土地利用区分」、「可能蒸発散量」からなる項目を有する。この図は、蒸発散量演算処理情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」は、衛星画像を構成する情報の緯度・経度を示す。「落葉時期Ｂｄ３」、「落葉時期Ｂｄ４」は、落葉時期にそれぞれ可視光領域（Ｂａｎｄ３領域）と近赤外領域（Ｂａｎｄ４領域）とによって撮影された衛星画像により提供される地表の反射率（アドベド）を示す。「着葉時期Ｂｄ３」、「着葉時期Ｂｄ４」は、着葉時期にそれぞれ可視光領域（Ｂａｎｄ３領域）と近赤外領域（Ｂａｎｄ４領域）とによって撮影された衛星画像により提供される地表の反射率（アドベド）を示す。「落葉時期ＮＤＶＩ」と「着葉時期ＮＤＶＩ」は、それぞれ落葉時期と着落時期の植生活性度を示す。「ΔＮＤＶＩ」は、「落葉時期ＮＤＶＩ」から「着葉時期ＮＤＶＩ」を減算した結果を示す。「土地利用区分」は、（ΔＮＤＶＩ）の値をもとに分類された土地利用形態の指標を示す。「可能蒸発散量」は、選択された（土地利用区分）に応じた可能蒸発散量を示す。それぞれ衛星画像で提供されている範囲の地点ごとに、行を単位とするデータが構成され、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」をキーとして参照される。
【００７３】
また、図（ｂ）に示される参照閾値データベースは、「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」、「ｅ」、「ｆ」、「ｇ」からのある項目を示す。この図は、参照閾値データベースを２次元的に配列して表した例である。
「ａ」は、着葉時期のＮＤＶＩ値を参照し、常葉区域と市街地とを判定する閾値を示す。閾値「ａ」を超える地点は、常葉区域と判定される。「ｂ」と「ｃ」は、閾値「ａ」によって判定された市街地の中から、その地点のΔＮＤＶＩを参照し市街地と畑地とを区別する閾値を示す。ΔＮＤＶＩが、「ｂ」を超え「ｃ」に満たない地点を市街地とする。「ｄ」は、閾値「ａ」によって判定された植生域の中から、その地点のΔＮＤＶＩを参照し常葉樹林と落葉域とを区別する閾値を示す。「ｅ」は、閾値「ｄ」によって判定された落葉域の中から、その地点のΔＮＤＶＩを参照し落葉樹林と草地とを区別する閾値を示す。「ｆ」は、落葉時期に近赤外領域（Ｂａｎｄ４領域）によって撮影された衛星画像データにより提供される地表の反射率（アドベド）「落葉時期Ｂｄ４」を参照し、水域を判定する閾値を示す。「ｇ」は、落葉時期に近赤外領域（Ｂａｎｄ４領域）によって撮影された衛星画像データにより提供される地表の反射率（アドベド）「落葉時期Ｂｄ４」を参照し、冠雪域を判定する閾値を示す。
【００７４】
図２６は、蒸発散量演算処理を示すフローチャートである。
入力処理部４０は、リモートセンシングシステム２３１から入力される可視光領域と近赤外線領域のアドベド（反射率）を測定した衛星画像データを受信し、受信した衛星画像データを蒸発散量演算処理データベースに「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」情報をキーとして記録する（ステップＳｃ３１１）。蒸発散量演算部３１は、蒸発散量演算処理データベースに記憶された各アドベド「落葉時期Ｂｄ３」、「落葉時期Ｂｄ４」、「着葉時期Ｂｄ３」、「着葉時期Ｂｄ４」を参照し、正規化植生指数ＮＤＶＩの演算処理（図９と図１０参照）を行い、蒸発散量演算処理データベースに記録する（ステップＳｃ３１２）。蒸発散量演算部３１は、蒸発散量演算処理データベースに記憶された正規化植生指数「落葉時期ＮＤＶＩ」と「着葉時期ＮＤＶＩ」を参照し、差分正規化植生指数ΔＮＤＶＩの演算処理（図１１参照）を行い、蒸発散量演算処理データベースに記録する（ステップＳｃ３１３）。蒸発散量演算部３１は、参照閾値データベースに閾値「ａ」、「ｂ」、「ｃ」、「ｄ」、「ｅ」、「ｆ」、「ｇ」を設定する。各閾値の設定は、２つの異なる衛星画像データと、差分正規化植生指数ΔＮＤＶＩによって示されたデータを参照し分離を可能とする値を設定する。（ステップＳｃ３１４）
【００７５】
蒸発散量演算部３１は、植生域であるか否かの判定を行う。判定は、蒸発散量演算処理データベースに記憶されている「着葉時期ＮＤＶＩ」について、参照閾値データベースに記憶されている閾値「ａ」を越えているか否かを判定条件とする判定を行う（ステップＳｃ３１５）。植生域判定の結果、植生域でないと判定（Ｎｏ）された場合には、蒸発散量演算部３１は、その地点が市街地であるか否かの判定を行う。その判定は、蒸発散量演算処理データベースに記憶されている「ΔＮＤＶＩ」について、参照閾値データベースに記憶されている閾値「ｂ」を超えかつ「ｃ」未満であるか否かを判定条件とする判定を行う（ステップＳｃ３１６）。市街地判定の結果、条件を満たす（Ｙｅｓ）と判定されたときには、蒸発散量演算部３１は、ΔＮＤＶＩの変化量が小さい「市街地」であると判定し、市街地を示す指標を蒸発散量演算処理データベースの「土地利用区分」に記録する（ステップＳｃ３１７）。市街地判定の結果、条件を満たさない（Ｎｏ）と判定されたときには、蒸発散量演算部３１は、ΔＮＤＶＩの変化量が大きい「畑地」であると判定し、畑地を示す指標を蒸発散量演算処理データベースの「土地利用区分」に記録する（ステップＳｃ３１８）。
【００７６】
植生域判定の結果、植生域であると判定（Ｙｅｓ）された場合には、蒸発散量演算部３１は、その地点が常葉区域であるか否かの判定を行う。その判定は、蒸発散量演算処理データベースに記憶されている「ΔＮＤＶＩ」について、参照閾値データベースに記憶されている閾値「ｄ」未満であるか否かを判定条件とする判定を行う（ステップＳｃ３１９）。常葉区域判定の結果、常葉区域であると判定（Ｙｅｓ）された場合には、蒸発散量演算部３１は、季節による変化がない「常葉樹林」であると判定し、常葉樹林を示す指標を蒸発散量演算処理データベースの「土地利用区分」に記録する（ステップＳｃ３１１０）。
【００７７】
常葉区域判定の結果、常葉区域でないと判定（Ｎｏ）された場合には、蒸発散量演算部３１は、その地点が季節の変化があると判定し、落葉樹林域であるか否かの判定を行う。その判定は、蒸発散量演算処理データベースに記憶されている「ΔＮＤＶＩ」について、参照閾値データベースに記憶されている閾値「ｅ」未満であるか否かを判定条件とする判定を行う（ステップＳｃ３１１１）。落葉樹林域判定の結果、落葉樹林域であると判定（Ｙｅｓ）された場合には、蒸発散量演算部３１は、ΔＮＤＶＩの変化が小さい「落葉樹林」であると判定し、落葉樹林を示す指標を蒸発散量演算処理データベースの「土地利用区分」に記録する（ステップＳｃ３１１２）。落葉樹林域判定の結果、落葉樹林域でないと判定（Ｎｏ）された場合には、蒸発散量演算部３１は、ΔＮＤＶＩの変化が大きい「草地」であると判定し、草地を示す指標を蒸発散量演算処理データベースの「土地利用区分」に記録する（ステップＳｃ３１１３）。
【００７８】
蒸発散量演算部３１は、蒸発散量演算処理データベースに記憶されている「土地利用区分」の指標（図１２参照）を参照し、その指標に応じて予め設定されている変換定数に変換して、土地利用区分ごとの可能蒸発散量を求める演算（図１３参照）を行い、得られた可能蒸発散量を蒸発散量演算処理データベースの「可能蒸発散量」に記録する（ステップＳｃ３１１４）。
【００７９】
図２７は、降雨涵養量演算処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
図に示される降雨涵養量情報データベースは、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「降雨量」、「降雨涵養量」からなる項目を有する。この図は、降雨涵養量情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」は、降雨のある場所を示す。「降雨量」は、その地点における降雨量を示す。「降雨涵養量」は、降雨が浸透し地下水に涵養する水の涵養量を示す。降雨涵養量情報データベースは、地点ごとに、行を単位とするデータが構成され、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」をキーとして参照される。
【００８０】
図２８は、降雨涵養量演算処理を示すフローチャートである。
入力処理部４０は、雨量情報システム２３２から入力される降雨量データを受信し、受信した降雨量データを降雨涵養量情報データベースに記録する（ステップＳｃ３２１）。
降雨涵養量演算部３２は、蒸発散量演算処理データベースを参照し、各地点の「可能蒸発散量」を取得する（ステップＳｃ３２２）。
降雨涵養量演算部３２は、土地区分ごとの降雨涵養量を算定し、降雨涵養量情報データベースの「降雨涵養量」に記録する（ステップＳｃ３２３）。
【００８１】
図２９は、圧力水頭０ｍ設定処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
図（ａ）に示される地形標高情報データベースは、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「標高」からなる項目を有する。この図は、地形標高情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」は、標高を示す地点の場所を示す。「標高」は、その地点の標高を示す。地形標高情報データベースは、地点ごとに、行を単位とするデータが構成され、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」をキーとして参照される。
【００８２】
図（ｂ）に示される圧力水頭０ｍ設定演算情報データベースは、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「地下水面座標値」、「圧力水頭０ｍ」からなる項目を有する。この図は、圧力水頭０ｍ設定演算情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」は、圧力水頭０ｍを求める場所を示す。「地下水面座標値」は、地下水の水面の位置を示す指標である。すなわち、鉛直方向の座標によって示される値が示される。「圧力水頭０ｍ」は、地下水の水面を示し、例えば河川などに該当するときは、「１」とする。なお、「圧力水頭０ｍ」の初期値は、水域以外を示す「０」が設定されているものとする。圧力水頭０ｍ設定演算データベースは、地点ごとに、行を単位とするデータが構成され、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」をキーとして参照される。
【００８３】
図３０は、圧力水頭０ｍ設定処理を示すフローチャートである。
入力処理部４０は、地図情報システム２３３から入力される地形標高データを受信し、受信した地形標高データを地形標高情報データベースに記録する（ステップＳｃ３３１）。圧力水頭０ｍ設定部３３は、蒸発散量演算処理データベースを参照し、各地点の落葉時期の近赤外領域Ｂａｎｄ４の反射率（アルベド）データ「落葉時期Ｂｄ４」を取得する。また、圧力水頭０ｍ設定部３３は、参照閾値データベースを参照し、閾値情報「ｆ」を取得する（ステップＳｃ３３２）。圧力水頭０ｍ設定部３３は、各地点が地表水に覆われている水域であるか否かの判定を行い、水域であると判定したときは、圧力水頭０ｍ設定演算情報データベースの「圧力水頭０ｍ」に「１」を記録する。判定は、蒸発散量演算処理データベースに記憶されている「落葉時期Ｂｄ４」について参照し、参照閾値データベースに記憶されている閾値「ｆ」を越えているか否かを判定条件とする判定を行う（ステップＳｃ３３３）。圧力水頭０ｍ設定部３３は、水域であるか否かの判定の結果、水域であると判定したときは、圧力水頭０ｍ設定演算情報データベースの「圧力水頭０ｍ」に「１」を記録（図１４（ｂ）参照）する（ステップＳｃ３３４）。
【００８４】
図３１は、全水頭値演算処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
図（ａ）に示される地質情報データベースは、「地質（材質）」、「透水係数Ｘ」、「透水係数Ｙ」、「透水係数Ｚ」、「有効間隙率」からなる項目を有する。この図は、地質情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「地質（材質）」は、その地点の地質を構成する材質を示す。「透水係数Ｘ」、「透水係数Ｙ」、「透水係数Ｚ」は、３次元座標で示された方向の透水係数である。ここで、Ｚ方向は鉛直方向を示す。「有効間隙率」は、単位堆積あたりに含まれる空間の割合を示す。地質情報データベースは、地質ごとに、行を単位とするデータが構成され、「地質（材質）」をキーとして参照される。
【００８５】
図（ｂ）に示される全水頭値演算情報データベースは、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」、「地質」、「全水頭値」からなる項目を有する。この図は、全水頭値演算情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」は、全水頭値を求める地点を示す。「深度」は、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」で示される地点の深度を示す。「地質」は、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」で示される地点の地質を示す指標を示す。「全水頭値」は、圧力水頭０ｍで示される標高の位置水頭と、圧力水頭０ｍの標高を基準として求められる圧力水頭の和を示す全圧力水頭（図１４（ａ）参照）を示す。全圧力水頭は、地下水の水面を示す指標になる。全水頭値演算データベースは、地点ごとに、行を単位とするデータが構成され、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」をキーとして参照される。
【００８６】
図３２は、全水頭値演算処理を示すフローチャートである。
全水頭演算処理部３４は、地形標高データベースを参照し、地形標高データの参照を行い取得する（ステップＳｃ３４１）。全水頭演算処理部３４は、圧力水頭０ｍ設定演算情報データベースを参照し、圧力水頭０ｍの座標の参照を行い情報を取得し、水域を認定する（ステップＳｃ３４２）。入力処理部４０は、地質情報データベースに、透水係数及び不飽和浸透特性の登録を行う（ステップＳｃ３４３）。全水頭演算処理部３４は、各地点・深度における地下水の入出量の算定を行う。そして、全水頭演算処理部３４は、地点ごとの全水頭値の算定を行い、全水頭値演算情報データベースの「全水頭値」に記録する（ステップＳｃ３４４）。全水頭演算処理部３４は、各地点における「全水頭値」から全水頭値分布情報への変換処理（図１６参照）を行う（ステップＳｃ３４５）。
【００８７】
図３３は、地下水移行経路・時間演算処理に用いられるデータのデータ構造を示す図である。
図（ａ）に示される地点地質情報データベースは、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」、「透水係数Ｘ」、「透水係数Ｙ」、「透水係数Ｚ」、「有効間隙率」からなる項目を有する。この図は、地質情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」は、全水頭値を求める地点を示す。「深度」は、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」で示される地点の深度を示す。「透水係数Ｘ」、「透水係数Ｙ」、「透水係数Ｚ」は、３次元座標で示された方向の透水係数である。ここで、Ｚ方向は鉛直方向を示す。「有効間隙率」は、単位堆積あたりに含まれる空間の割合を示す。地質情報データベースは、地質ごとに、行を単位とするデータが構成され、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」をキーとして参照される。
【００８８】
図（ｂ）に示される地下水移行経路・時間演算処理データベースは、「Ｎｏ．」、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」、「移行速度Ｘ」、「移行速度Ｙ」、「移行速度Ｚ」、「標高」からなる項目を有する。この図は、地下水移行経路・時間演算情報データベースを２次元的に配列して表した例である。「Ｎｏ．」は、移行順序を示す。「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」は、移行経路を特定する参照点の位置を示す。「移行速度Ｘ」、「移行速度Ｙ」、「移行速度Ｚ」は、その参照点における各座標軸方向の地下水の移行速度を示す。「標高」は、参照点を示す緯度・経度における、地表面の標高を示す。すなわち、「深度」が０ｍとなったときの標高が、涵養高度を示すことになる。
【００８９】
図３４は、地下水移行経路・時間演算処理を示すフローチャートを示す図である。
入力処理部４０は、地質情報データベースに、有効間隙率を記録する（ステップＳｃ３５１）。地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、全水頭値演算情報データベースを参照し「地質」、「全水頭値」の情報を取得し、する（ステップＳｃ３５２）。地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、「緯度（Ｘ）」、「経度（Ｙ）」、「深度」で示される場所の「地質」の情報から、各地点地質情報データベースを参照し地質（材質）に応じた「透水係数Ｘ」、「透水係数Ｙ」、「透水係数Ｚ」の情報を記録する。また、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、地質情報データベースを参照し、「有効間隙率」を取得し、各地点地質情報データベースに記録する（ステップＳｃ３５３）。地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、各地点・深度の地下水の移行量を算定（図１８参照）する。地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、各地点・深度の地下水の移行経路を特定（図１９参照）する。また、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、特定された移行経路に基づいてダルシー流速に基づく移行時間の演算処理を行う（ステップＳｃ３５４）
【００９０】
地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、ステップＳＡ１における判定結果を参照し、上記で求められた移行経路によって示される涵養高度から経路に沿った区域として記録されている地点のイオン濃度情報・水質情報を取得する（ステップＳｃ３５５）。地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、ステップＳＢ１における判定結果を参照し、上記で求められた涵養高度の区域として記録されている地点の安定同位体情報を取得する（ステップＳｃ３５６）。地下水移行経路・移行時間演算処理部３５は、イオン濃度情報・水質情報の判定の結果、地下水起源の類似性が高いと判定されたときには、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５の処理で求められた移行経路の妥当性が高いと判定する。イオン濃度情報・水質情報の判定の結果、地下水起源の類似性が低いと判定されたときには、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５の処理で求められた移行経路の妥当性が低いと判定する。イオン濃度情報・水質情報の判定の結果、地下水起源の類似性が不明瞭と判定されたときには、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５の処理で求められた移行経路の妥当性について、何らかの影響が含まれている可能性があり、求められた移行経路からの断定は困難と判定し、判定結果を記憶部に記録する。また、安定同位体情報が示す涵養高度と、求められた移行経路の涵養地点の高度を比較する。比較の結果、値が所定の範囲内であれば、双方の結果から類似性が高いと判定し、所定の値の範囲外の場合には、双方の結果から類似性が低いと判定する判定結果を記憶部に記録する（ステップＳｃ３５７）。
このように、複数の判定処理結果に基づいて判定することにより、判定処理結果の信頼度を判定する。
【００９１】
上述の地下水起源解析システム１００は、内部にコンピュータシステムを有している。そして、上述した地下水起源を算出する処理過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、の配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００９２】
地下水起源解析システム１００は、直接測定することが困難な浸透水量を植生域の衛星画像データに基づいて設定することにより、蒸発散量における植生の状況、地表面の状況によって変化によって生じる近似モデルとの偏差を低減できる。また、衛星画像データを用いることにより、広い地域の情報を得る。そして、地下水起源解析システム１００は、地点ごとの状況に応じた補正を行うことにより、近似によって求められるモデルの正確さを高めることができ、正確な地下水移行経路並びに移行時間の算出処理を行うことが可能となる。
また、地下水起源解析システム１００は、地下水移行経路並びに移行時間の算出処理の算出結果によって示される涵養地点の妥当性の検証が、複数の判定方法で判定処理された結果を関連付けて検証することにより、求められた結果の信頼度を確認することが可能となる。複数の判定方法には、イオン濃度分析、水質情報分析、安定同位体比分析並びに地下水移行経路と移行時間分析などが利用できる。
【００９３】
なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。本発明の地下水起源解析システム１００における、安定同位体を用いた地下水の涵養高度の算出において、安定同位体として酸素１８Ｏを例示して説明したが、重水素２Ｈ（Ｄ）を用いて算出処理を行うことも可能である。
また、水質による判定について、電気伝導度と水温を例示したが、酸性度（ｐＨ（ピーエッチ））を利用することも可能である。
また、本発明の地下水起源解析システム１００は、１台のコンピュータによって各種処理を実行するほかに、複数のコンピュータを用いて各種処理を実行することとしても良く、各コンピュータへの処理の分割は任意である。その際、それぞれのコンピュータが有する記憶部間の情報の移動は、通信回線を用いた通信処理或いは読み取り可能な記録媒体を介して移動することによって行われる。
【００９４】
本発明による、イオン濃度の比の一致度から地下水起源を特定するステップは、イオン濃度判定処理部１０が行うステップＳＡ１０の処理に相当する。また、本発明による、同位体比の一致度から涵養高度を特定するステップは、同位体比判定処理部２０が行うステップＳＢ２０の処理に相当する。また、本発明による、植生域の衛星画像データから地域ごとの蒸発散量を算出するステップは、蒸発散量演算部３１が行うステップＳＣ３１の処理に相当する。また、本発明による、蒸発散量と記憶部に記憶された降水量の値から浸透水量を算出するステップは、降雨涵養量演算部３２が行うステップＳＣ３２の処理に相当する。また、本発明による、記憶部に記憶された河川域を示す衛星画像データから地域ごとの地下水位０ｍの位置を設定するステップは、圧力水頭０ｍ設定部３３が行うステップＳＣ３３の処理に相当する。また、本発明による、浸透水量と各地点の標高情報とから地域の水頭値を算出するステップは、全水頭演算処理部３４が行うステップＳＣ３４の処理に相当する。また、本発明による、水頭値の分布から地下水移行経路を算出するステップは、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５が行うステップＳＣ３５の処理に相当する。
【００９５】
（第２実施形態）
第２実施形態では、イオン濃度情報と同位体比の情報とを用いて地下水起源の判定を行う一実施形態について説明する。
図３５は、第２実施形態による地下水起源解析システムを示すブロック図である。
この図には、地下水起源解析システム１００ａと、地下水起源解析システム１００ａの処理に用いられる各情報（データ）を提供する情報入力システム２００とが示されている。
この図に示される構成で、図１と同じ処理をする構成には同じ符号を付す。
【００９６】
地下水起源解析システム１００ａは、情報入力システム２００から入力される各種情報に基づく演算処理を行い当該地点の地下水のもととなる涵養（かんよう）地点を算出する地下水起源解析システムである。また、地下水起源解析システム１００ａは、複数地点の水のイオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報に基づいて、互いの水が示す近縁度を判定し地下水起源を判定する。また、地下水起源解析システム１００ａは、所定の位置・深度に到達した地下水がその地点に到達するまでの経路を算定し、その経路の基点を涵養地点として算定する。また、地下水起源解析システム１００ａは、降雨から所定の位置・深度に到達するまでの時間を算出するシステムである。
【００９７】
地下水起源解析システム１００ａは、演算処理部１１０ａ、入力処理部４０、制御記憶処理部５０ａ、記憶部７０ａ、出力処理部８０ａ、表示部９０を備える。
地下水起源解析システム１００ａにおいて演算処理部１１０ａは、地下水起源解析システム１００ａにおける各種演算処理を行う。地下水起源解析システム１００ａにおける演算処理部１１０ａは、イオン濃度水質情報判定処理部１０ａ、同位体比判定処理部２０ａ、地下水移行算定処理部３０ａ、イオン濃度・同位体比判定部６０を備える。演算処理部１１０ａにおいてイオン濃度水質情報判定処理部１０ａは、河川水や地下水などのサンプルから検出されたイオン濃度・水質情報のそれぞれの相関関係を判定する。また、イオン濃度水質情報判定処理部１０ａは、類似性の高いサンプルからの判定結果をグループとして扱うことができる判定処理を行うほか、河川水や地下水などのサンプルから検出されたイオン濃度・水質情報をイオン濃度・同位体比判定部６０に入力する。
同位体比判定処理部２０は、河川水や地下水などをサンプルから検出された同位体比情報をもとに、その地下水の起源とされる涵養地点の標高、すなわち涵養高度を特定する。また、同位体比判定処理部２０は、水源の類似性の高いサンプルからの判定結果をグループとして扱うことができる判定処理を行うほか、同位体比情報をイオン濃度・同位体比判定部６０に入力する。
【００９８】
地下水移行算定処理部３０ａは、降雨のあった地点で地下水として涵養され、地下水が流れる経路の地形や高度差および環境によって麓の地下水として年月を経て到達するまでの移行経路並びに移行時間を算出する判定処理部である。地下水移行算定処理部３０ａは、蒸発散量演算処理部３１、降雨涵養量演算部３２、圧力水頭０ｍ設定部３３、全水頭演算処理部３４、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５ａを備える。
地下水移行経路・移行時間演算処理部３５ａは、各地点の全水頭値情報に基づいて演算処理を行い地下水移行経路並びに移行時間を算出する。また、地下水移行経路・移行時間演算処理部３５ａは、判定された地下水起源に基づいて生成される水理モデルに基づいて、浸透水量に基づく水頭値の分布から導かれる地下水の移行経路並びに移行時間を算出する。
【００９９】
地下水起源解析システム１００ａにおける制御記憶処理部５０ａ、記憶部７０ａ、出力処理部８０ａは、図１の地下水起源解析システム１００における制御記憶処理部５０、記憶部７０、出力処理部８０の機能を有するほか、イオン濃度・同位体比判定部６０の機能を処理するための機能を合わせて有するものとする。
【０１００】
イオン濃度・同位体比判定部６０は、入力されるイオン濃度情報、水質情報（酸性度、水温、酸化還元電位（ＯＲＰ）、電気伝導度など）、及び安定同位体比に基づいた演算処理を行い、その水が涵養した地点を判定する。その判定は、複数地点の水のイオン濃度、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を、水の特長を示す複数の指標に基づいて判定した結果を、その指標を座標軸とする空間に配置される点として示し、その配置された点間の距離に応じて地下水起源を判定する。また、水の特長を示す複数の指標は、水が母岩と反応した度合いを示す母岩反応度、酸化還元性に応じた値、又は、同位体比に応じた値のうちから選ばれたいずれかの組を選択する。また、イオン濃度・同位体比判定部６０は、イオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を変量とし、その指標を主成分に設定された主成分分析によって判定する。また、イオン濃度・同位体比判定部６０は、主成分分析の結果から導かれる座標平面に示される点間の距離に基づいて、クラスター分析を行うことによってその水が涵養した地点を判定する。
【０１０１】
次に、図を参照して、地下水起源解析システム１００ａの各種処理の機能について説明する。
地下水起源解析システム１００ａにおいて演算処理部１１０ａは、図１に示した地下水起源解析システム１００における各種演算処理を行う。演算処理部１１０ａにおけるイオン濃度水質情報判定処理部１０ａは、イオン濃度水質情報判定処理部１０（図１参照）と同じくイオン・水質情報データ２１０から提供される河川水や地下水などをサンプルとして検出されたイオン濃度・水質情報のうち、特に次のイオン濃度を参照し分析する。参照するイオン濃度は、硫酸イオン（ＳＯ４２−）、重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）、塩素イオン（Ｃｌ−）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）並びにナトリウム及びカリウムイオン（Ｎａ＋及びＫ＋）である。イオン濃度水質情報判定処理部１０ａは、イオン濃度のデータに基づいた主成分分析手法による演算処理を行うことにより、イオン濃度の比の類似性を示す傾向分析を演算処理により行うことができる。
【０１０２】
図３６は、イオン濃度分析に関する一例を示す図である。
図３６（ａ）には、分析する河川水を採取した複数のサンプル採取場所と、その場所で採取されたサンプルが示すこれらのイオン濃度の比の傾向を視覚的に比較するために水質ダイアグラムという手法がとられている。検出されたイオンを６つに分類する。その分類は、陽イオンであるナトリウムイオン、カリウムイオン（Ｎａ＋及びＫ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、及び、陰イオンである塩素イオン（Ｃｌ−）、重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）、硫酸イオン（ＳＯ４２−）である。その分類にしたがって、図示するよう陽イオンを左、陰イオンを右に配置する。この図に示されるグラフの横軸は、イオン濃度の値（ｍｅｑ／Ｌ）を示す。各イオンの濃度に応じてグラフにプロットし、プロット点を結んで描かれる六角形によって示された形が、水に含有されるイオンの量の特徴を示す。六角形の形状が類似しているサンプルは、同じ水系の地下水である可能性が高いと判定できる。採取されたサンプルによって多少のバラツキが見られるものの、おおむね中性Ｃａ−ＨＣＯ３型の水質を示している。
なお、図中に示した実線は、その位置の地下にある坑道を示している。
【０１０３】
図３６（ｂ）には、図３６（ａ）に示した坑道内から採取された坑内水を同じく水質ダイアグラムで示した。Ｍ−１からＭ−６は、坑内の異なる場所で採取されたサンプルの坑内水を示す。坑口側から坑道の奥に向かって、坑内水Ｍ−１からＭ−６までの採取場所が配置されている。坑口に近い場所の坑内水Ｍ−１は、河川水の水質に類似した、中性Ｃａ−ＨＣＯ３型の水質を示している。また、坑内水Ｍ−１以外は、河川水と異なる傾向を示し、特に坑内水Ｍ−６は、強酸性のＳＯ４型の水質を示す。このように、河川水と坑内水の形が大きく異なることから、水質ダイアグラムの結果だけでは、坑内水Ｍ−１からＭ−６の起源を判定しきれない。
【０１０４】
図を参照し、同位体高度効果について説明する。
図３７は、同位体高度効果を示す図（その１）である。
安定同位体である酸素同位体（１８Ｏ）及び水素同位体（Ｄ）を含んだ重水（Ｄ２１８Ｏ）は、標高が高い場所ほど少なく標高が低い場所ほど多くなる。すなわち、標高が高い場所では、標高が低い場所に比べ軽い水が降水する。
【０１０５】
図３８は、同位体高度効果を示す図である。
前述のイオン濃度分析で採取したサンプルを用いて、含まれる酸素同位体比（δ１８Ｏ）を測定し採取した地点の高度に対応させて示した散布図である。
図の縦軸は、採取点の高度（ｍ）を示し、横軸は酸素同位体比δ１８Ｏ（‰：パーミル）を示す。
Ｒ−１１、Ｒ−２０は、図２に示した場所で採取された河川水のサンプルを示す。
また、Ｋ０．３、Ｋ０．４５、Ｋ０．５の直線は、高度効果の傾向を示し、それぞれ標高１００ｍあたり、−０．３、−０．４５、−０．５（‰：パーミル）の傾きを示している。
この傾向は、地域に応じて異なる値を示すが、一般に−０．３から−０．５（‰：パーミル）の範囲を示すことが知られている。この図に示されたサンプルは、直線Ｋ０．４５に示した１００ｍあたり−０．４５（‰：パーミル）の傾きで示される傾向があると判定できる。
図３９は、同位体高度効果を示す図（その２）である。
この図は、河川水Ｒ−１１、Ｒ−２０の採取場所を拡大して示している。
図３８に示した河川水Ｒ−１１は、直線Ｋ０．４５によって示される傾向からが離れた値を示している。その理由として、河川水Ｒ−２０を採取した場所と尾根を隔てた場所であり、場所に依存する差が含まれていることが想定できる。
【０１０６】
図４０は、水素−酸素同位体比を示す図である。
この図は、安定同位体である酸素１８Ｏの安定同位体比（δ１８Ｏ）と重水素（Ｄ）の安定同位体比（δＤ）に基づいて、河川水の各サンプルを○印で散布図に示す。
また、坑内水Ｍ−１〜Ｍ−６を□印で同じ散布図に示す。
この図から、河川水も坑内水も同じ点水線（δＤ＝８×δ１８Ｏ＋１９）上にしたがって、ばらついていると判定でき、坑内水Ｍ−１〜Ｍ−６は、坑道周辺の地表水を起源としていることを示す根拠となる。また、坑内水Ｍ−１〜Ｍ−６の酸素同位体比は、−１２．１〜−１２．６（‰：パーミル）の範囲であることから、図３９を参照するとその涵養高度は、標高４００〜５５０ｍの地表水を起源としていることが示される。
【０１０７】
続いて、統計処理の手法を用いて、図３６に示したイオン濃度解析や、図３９に示した安定同位体比を用いた解析のように、それぞれ独立した解析では導くことができなかった情報をさらに導く手順を説明する。
図４１は、解析手順に用いられる主成分分析を示す図である。
イオン濃度・同位体比判定部６０は、採取されたサンプルの特徴を、以下の情報に基づいて示す。
特徴を示す情報は、イオン濃度（図３６参照）、水質情報（酸性度、水温、酸化還元電位（ＯＲＰ）、電気伝導度など）、安定同位体比（図３９参照）を用いた例を示す。
水質情報における酸化還元電位（ＯＲＰ）は、物質を酸化させる度合い（Ｖ（ボルト））を示す。その値が、プラスであれば地表から染み込んできた酸化的な水、マイナスであれば地下深部の還元的な水というような情報を示す指標に用いられる。
上記の情報を変量として主成分分析の手法による多変量解析を行う。主成分分析では、変量を座標空間中の分布に見立てて、試料全体の性質を分類する。
【０１０８】
主成分分析を行うにあたって設定した変量は、図において固有ベクトルとして示している酸性度（ｐＨ）、水温、ＯＲＰ、電気伝導度、酸素同位体比δ１８Ｏ、水素同位体比δＤ、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カリウムイオン（Ｋ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、塩素イオン（Ｃｌ−）、硫酸イオン（ＳＯ４２−）及び重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）とする。その変量に設定された重み付けに応じた係数を乗じることにより各主成分が導かれる。
その主成分分析を行った結果から、第１主成分から第３主成分を以下のように解釈する。第１主成分は母岩との反応の程度、第２主成分は酸化的又は還元的を示す酸化還元度、及び、第３主成分は安定同位体による高度効果を示す指標と解釈する。
【０１０９】
また、係数の絶対値が小さく、算定しても効果が低くなる変量の係数は、０とみなし、有効と判定される変量について算定する。参照する係数には、「＊」印を付し、「＊」印のない変量は、０とみなされる。
上記により、第１主成分の寄与率は４７．７％であり、有効とされる変量は酸性度（ｐＨ）、電気伝導度、ナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）、塩素イオン（Ｃｌ−）及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）である。
また、第２主成分の寄与率は２６．６％であり、有効とされる変量は酸性度（ｐＨ）、ＯＲＰ、硫酸イオン（ＳＯ４２−）及び重炭酸イオン（ＨＣＯ３−）である。
また、第３主成分の寄与率は１１．１％であり、有効とされる変量は酸素同位体比δ１８Ｏ及び水素同位体比δＤである。
【０１１０】
図４２は、主成分分析の第１の結果を示す図である。
この図は、縦軸に第２主成分による酸化還元性を示し、縦軸上方が酸化的特性を下方が還元的な特性を示す。横軸は第１主成分による溶存陽イオン濃度を示す。また、○印で示し、坑内水を□印で示した散布図とした。
○印で示された河川水の分布は、第１主成分の値が−２から０までの範囲、第２主成分が−２から１までの範囲に集中し、特性の類似性が高いことが示される。
坑内水は、２つの特性に分類することができた。その第１分類は、第１主成分と第２主成分とが正の相関を有するサンプルの集まり、すなわち、坑内水Ｍ−１、Ｍ−３、Ｍ−５及びＭ−６が含まれる分類である。この分類は、○印で示した河川水と特性が近い坑内水Ｍ−１の場所から徐々に坑内の奥に行くにしたがって溶存陽イオン濃度の値が高くなり、図の右肩上がりの楕円内に分布する。この分類に含まれる坑内水の特徴は、地表水が坑内水となるまでに酸化性の地層を経て滴下して、酸性的な性質を示していると判定できる。
【０１１１】
一方、第２の分類は、還元的な性質を示すサンプルの集まり、すなわち、坑内水Ｍ−２及びＭ−４が含まれる分類である。この分類は、第１主成分の値が６近傍を示し、第２主成分の値が−６から−３までの範囲にあり、前述の第１の分類と明らかに隔てた位置に示される。第２の分類に示されたサンプルには、立坑又は斜坑部で採取されたものであり、その特徴が他の水質と異なることが示されていると判定できる。
【０１１２】
図４３は、主成分分析の第２の結果を示す図である。
この図は、縦軸に第３主成分による安定同位体比による高度効果を示し、縦軸の上方が同位体比が高く、標高が低い場所に降った水を、下方が同位体比が低く、標高が高い場所に降った水を示す。横軸は第１主成分による溶存陽イオン濃度を示す。また、河川水を○印で示し、坑内水を□印で示した散布図とした。
○印で示された河川水の分布は、河川水を示す○印は、第１主成分の値が−２から０までの範囲に集中しているが、第３主成分が−３から２．５の範囲に分散している。すなわち、河川水は、安定同位体比に対応して、降雨した場所の標高によって分散している。
【０１１３】
坑内水は、２つの特性に分類することができた。その第１分類は、第３主成分の範囲が近いサンプルの集まり、すなわち、坑内水Ｍ−１、Ｍ−３、Ｍ−４、Ｍ−５及びＭ−６が含まれる分類である。この分類は、第１主成分の値が０から８までの範囲に分散しているが、第３主成分が−１から０までの範囲に集中している。この分類に含まれる坑内水の特徴は、降雨した地点の標高差が少なく、その地表水が坑内水として滴下していると判定できる。
【０１１４】
一方、第２の分類は、第１の分類と異なる値を示すサンプル、すなわち、坑内水Ｍ−２が含まれる分類である。この分類は、第１主成分の値が６近傍を示し、第３主成分の値が１．５近傍を示し、前述の第１の分類と明らかに隔てた位置に示される。第２の分類は、立坑及び斜坑を介して深部からの地下水が採取されたものと判定できる。
【０１１５】
図４４は、クラスタ分析を示す図である。
前述の主成分分析と同じ１３項目の変量（図４１参照）に基づいて、クラスタ分析を行った結果をデンドログラムに示す。
図の縦軸は、採取した坑内水Ｍ−１からＭ−６に示されるサンプル同士を河川水Ｒ−１からＲ−２５に示されるサンプルをクラスタとして示し、横軸は水質の近縁度を数値化して示す。近縁度の近いクラスタ同士がグループを形成し新たなクラスタを形成し、その近縁度の値で結んだ線が、形成されたクラスタによって示されるグループにおけるその近縁度を示す。さらに、その新たなクラスタは、近いクラスタを取り込んで順に大きなグループをなしたクラスタとなる。
【０１１６】
図に示されたデンドログラムから、近縁度が最も離れた値で結ばれた、坑内水Ｍ−２からＭ−６と、坑内水Ｍ−１及び河川水Ｒ−１からＲ２５とに大別された状態が示される。
また、坑内水Ｍ−２及びＭ−４は、坑内水Ｍ−３、Ｍ−５、Ｍ−６と異なる水質であることを示し、特に坑内水Ｍ−６は、その中でも特異な水質であることを示している。また、坑内水Ｍ−１は、河川水に類似していると分類され、河川水はそれぞれ近縁度が高く似た水質を有することが示される。
【０１１７】
このデンドログラムは、次の演算手順に基づいて導かれる。
最初に二つのサンプル間の距離をすべて算定した後に、各距離を比較して分類を行う。例えば、二つのサンプルａ、b間の多変量距離dａｂは、それぞれのｍ個の変数の差に基づいて導かれ、以下の式（８）で求められる。
【０１１８】
【数１】
2010044051.tif 000003
【０１１９】
式（８）において、dａｂは二つのサンプル間の距離を示し、Ｍは乗数を示す。
本実施形態では、Ｍ＝２とした場合で表されるユークリッド距離に基づいてクラスタ分析を行う。
また、階層的クラスタ分析では，サンプル間の距離を算出した後，式（９）に示すように距離を標準化したスケール（類似値；Similarity）に変換し，この類似値を基にデータの類似性を判定する。
【０１２０】
【数２】
2010044051.tif 000004
【０１２１】
式（９）において、ｄｍａｘは，そのデータセット内での最大の距離を示す。次に算出された類似値を基にして順にサンプル間を関係付け、デンドログラムを作成する。
このデンドログラムの作成では、距離の算定にインクリメンタル法という計算方法を用いる。クラスター間距離の算定では、式（１０）に示す２乗和のアプローチを採用する。
【０１２２】
【数３】
2010044051.tif 000005
【０１２３】
式（１０）において、ｄａｂ⇒ｃが、クラスタａとクラスタｂを新たに１つのクラスタとした場合のクラスタｃへの距離を示し、ｎｋが、クラスタｋのサンプル数を示し、ｄａｂ、ｄｂｃ、ｄａｃは、それぞれのクラスタ間の距離を示す。
【０１２４】
図４５は、上記判定結果に基づいて作成した水理モデルを示す図である。
図は図３６において示された坑道部の長手方向の断面図である。
坑道の入り口は、この図の右手に示され、入り口から奥（左手側）に向かって、坑内水Ｍ−１からＭ−６の採取箇所が配置されている。坑内水Ｍ−２は、斜坑内から採取され、坑内水Ｍ−６は、第２立坑内から採取されたサンプルである。その周辺には、ＳＯ４型を示す地層が存在している。
予め判明している地質情報のほかに、上記の実施形態に示した結果から、以下のことを推定できる。
（１）坑内水Ｍ−１は、河川水（地表水）と類似した地下水が滴下している。
（２）坑内水は、坑道の奥に行くほどイオン化濃度が高くなる。
（３）坑内水Ｍ−２の涵養高度は、他の坑内水より低い。
（４）坑内水Ｍ−１、３、４、５、６の涵養高度は、４００から５５０ｍである。
（５）坑内水Ｍ−２は、滴下した地下水というより、地下から浸透したものと推定できる。
【０１２５】
以上の結果から当該断面の地層をより具体的に導くことができる。
坑内水Ｍ−２を採取した斜坑の上部にある尾根の下部にある遮水層により、それぞれの斜面に涵養した地下水がそれぞれの斜面の方向に流れる。上記に示した涵養高度から地下水起源の場所は、Ｘ１からＸ３に示した範囲にあると推定できる。特に、構内水Ｍ−１はＸ１で涵養した地下水を地下水の起源とし、地表水に類似していることから、採取された場所は、地下水の水頭にも近いことと判定できる。
坑内水Ｍ−２は、涵養地点が上部に位置しているが、遮水層に覆われているため、滴化水が少なく、地下から湧き出る水の影響を受ける地層構造に囲まれていると判定できる。
坑内水Ｍ−３，４，５は、涵養地点Ｘ２を起源とする地下水が浸透しているが、その地下水が流下する経路には、ＳＯ４型を示す地質があり影響を受ける。坑内水Ｍ−５がイオン濃度が最も高く、その地質の影響を長く受けていることが判定できる。
さらに、立坑付近に涵養した地下水は、立坑を経て、地下に浸透している。
【０１２６】
上記の地下水の流れる方向を、図４５（ａ）に矢印で示した。図４５（ｂ）は、図４５（ａ）周辺をさらに広域な範囲を対象として、地下水の流れをベクトル表記したものである。矢印の向きが、地下水が流れる方向を示し、矢印が下向きの場所では、地下水が地化に浸透し、上向きの場所では、地表水として表れる河川などが示されている。
【０１２７】
図４６は、本実施形態の判定処理手順を示すフローチャートである。
最初に、既存資料の収集を行い、必要な情報のデータベースを構築する。収集される情報には、周辺の地質情報、気象情報などがある（ステップＳＥ１０）。
次に、地化学データを収集する。収集される地化学データには、周辺の河川水、坑内水などのサンプルを収集し、そのサンプルを分析した基礎データを収集する。基礎データは、本実施形態に示した水のイオン濃度、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報が含まれる（ステップＳＦ１０）。
次に、収集された地化学データに基づいて、多変量解析を行う。ここで行われる多変量解析は、上記に示した主成分分析並びにクラスタ分析がある。まず、地化学データを変量として主成分分析を行う。主成分分析の結果により、サンプルの特徴を主成分を軸とした座標平面上の分布図が導かれる（ステップＳＦ６１）。また、主成分分析により解釈された主成分に基づいて、各サンプルの類似性を判定するクラスタ分析を行う。クラスタ分析によりサンプルの類似性が示される（ステップＳＦ６２）。
次に、ステップＳＥ１０で収集した情報、ステップＳＦ６２の解析結果に基づいて図４５に示したような水理モデルを作成する（ステップＳＦ６３）。
ここで、作成した水理モデルに、衛星データを用いた水収支解析の結果を適用し、地下水起源の特定、流路モデルの作成、涵養からの経過時間を導く地下水流動シミュレーションを行う。地下水流動シミュレーションは、図２０のステップＳＣ３５の処理に相当する（ステップＳＦ６４）。
地下水年代の判定結果及び水位・流量データに基づいて、定量的な水理モデル（定量モデル）を導く。この結果から、先に作成した水理モデル（概念図）に基づいて行われた解析処理の矛盾が無いことを判定することにより、導かれた結果の地下水解析の精度を高めることができる（ステップＳＦ６５）。
以上に示した手順で処理では、地下水起源を特定する精度が高まったことから、その上方にもとづいて作成されるモデルについても、より正確なものになる。このモデルを用いた地下水流動シミュレーションでは、より正確な結果を得ることができるようになる。
【０１２８】
なお、本発明の地下水起源解析方法は、複数地点の水のイオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を、水の特長を示す複数の指標に基づいて判定した結果を該指標を座標軸とする空間に配置される点として示し、該点間の距離に応じて地下水起源を判定することとする。
これにより、複数地点の水のイオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を、異なる指標によって示される座標軸に展開することにより、情報を有効に分離して示すことができ、地下水起源の判定が容易となり、判定された地下水起源の情報に基づいて地下水移行経路並びに移行時間の算定を行うことにより、算定結果の精度を高めることが可能になる。
【０１２９】
また、上記に記載の地下水起源解析方法において、複数の指標は、水が母岩と反応した度合いを示す母岩反応度、酸化還元性に応じた値、又は、同位体比に応じた値のいずれかとすることとする。
これにより、各変量によって示される特性を傾向を同じくする指標としてまとめることができ、その指標の直交性を利用して、必要とされる傾向を特徴づけた分布として表すことが可能になる。
【０１３０】
また、上記に記載の地下水起源解析方法において、複数の指標に基づいた判定は、イオン濃度情報、酸化還元性を示す水質情報及び含有される同位体比の情報を変量とし、指標を主成分に設定された主成分分析によって行われることとする。
これにより、複数の指標で示される特徴を、座標平面上での分布として表すことができる。
【０１３１】
また、上記に記載の地下水起源解析方法において、指標を座標軸として示される点間の距離に基づいた判定は、主成分分析の結果に基づいてクラスター分析を行うことによって判定することとする。
これにより、主成分分析によって座標面上での分布として表された情報を、各サンプルの近縁度を定量的に示すことができ、サンプルの分類を容易に行うことができる。
【０１３２】
また、上記に記載の地下水起源解析方法において、複数地点の河川水及び地下水から、母岩反応度と前記同位体比に応じた値を座標軸とする平面に射影された河川水の分布に対し、母岩反応度の軸方向に分布する地下水の分布を補間する直線が交差する地点の河川水を該地下水の起源として判定することとする。
これにより、地下水として採取された水の起源を河川水の分布と、地下水（坑内水）の分布から判定することができ、またそれらの分布の直交性が高いことから判定が容易となる。
【０１３３】
また、上記に記載の地下水起源解析方法において、判定された地下水起源に基づいて生成される水理モデルに基づいて、浸透水量に基づく水頭値の分布から導かれる地下水の移行経路並びに移行時間を算出することとする。
これにより、水理モデルの精度を高めることができることから、そのモデルを用いた地下水の移行経路並びに移行時間の算出も正確性を高くできる。
【０１３４】
また、本発明の地下水起源解析方法は、複数地点の水のイオン濃度情報におけるイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出する工程と、前記複数地点の水の同位体比の情報における同位体比の一致度から涵養高度を算出する工程と、イオン濃度情報と同位体比を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定し、該判定結果を該複数地点に対応し該指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定する工程と、を含むこととする。
これにより、イオン濃度情報と同位体比の情報を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定することにより、判定結果を複数地点に対応させて、定められた指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定することが可能になる。そして、判定された地下水起源の情報に基づいて地下水移行経路並びに移行時間の算定を行うことにより、算定結果の精度を高めることが可能になる。
【０１３５】
また、本発明の地下水起源解析システムは、イオン濃度判定処理部が、記憶部に記憶された複数地点の水のイオン濃度情報におけるイオン濃度の比の一致度から地下水起源を算出する。同位体比判定処理部が、記憶部に記憶された複数地点の水の同位体比の情報における同位体比の一致度から涵養高度を算出する。判定部が、イオン濃度情報と同位体比を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定し、該判定結果を該複数地点に対応し該指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定することとする。
これにより、イオン濃度・同位体比判定部６０は、イオン濃度情報と同位体比の情報を水の特長を示す複数の指標に基づいて判定することにより、判定結果を複数地点に対応させて、定められた指標を座標軸として示された点間の距離に基づいて地下水起源を判定することが可能になる。そして、判定された地下水起源の情報に基づいて地下水移行経路並びに移行時間の算定を行うことにより、算定結果の精度を高めることが可能になる。
【符号の説明】
【０１３６】
１００ａ  地下水起源解析システム
１１０ａ  演算処理部
１０ａ  イオン濃度判定処理部
２０ａ  同位体比判定処理部
３０ａ  地下水移行算定処理部
３１  蒸発散量演算処理部
３２  降雨涵養量演算部
３３  圧力水頭０ｍ設定部
３４  全水頭演算処理部
３５ａ  地下水移行経路・移行時間演算処理部
４０  入力処理部
５０ａ  制御記憶処理部
６０  イオン濃度・同位体比判定部
７０ａ  記憶部
８０  出力処理部
９０  表示部
２００  情報入力システム
２１０  イオン・水質情報データ
２２０  同位体情報データ
２３１  リモートセンシングシステム
２３２  雨量情報システム
２３３  地図情報システム
２３４  地質情報システム
【図１】
2010044051.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2010044051.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2010044051.tif 000021
【図１７】
2010044051.tif 000022
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図３９】
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