防災科学技術総合研究報告第16号

1969年3月

551．49：551，244（522．3）

4．地下水理と地盤沈下に関する研究
宇野一治・猿山光男

九州農政局

4．StudiesonHydrologyof∪nderground

WaterandGround

Settlement

By

Kazuharu∪noK〃8ん〃地7ゴc舳〃αand

MitsuoSayama〃刎ゴπゴ8ετ州・θB鮒εα〃，Kα例α㎜oεo

次はじめに……・・……

1．地下水・地盤沈下・塩水侵入…………・

1．1

調査事項

1．3

かんがい期の揚水量の推定

1．4

地盤沈下

1．6

水収支

1．2

1．5

6767

2、注入試験………………………………………71

地下水位

地下水の水質はじめに佐賀県白石平野に拾いて，地下水の過剰揚水によってひきおこされた，地下水位低下，地盤沈下，塩水侵入等の被害の実態をあきらかにするため，

昭和40年慶・41年度にわたり種々の観測を拾こなった．玄た，この対策として地下水かん養のため人工注入試験を実施して，その技術的基礎資料をうることに努めた．その結果にづいて概要を報告する．

注入試験（40年度拾よぴ41年度の一部）は
本総合研究費により，その他の調査は，農林省抽よぴ佐賀県の調査費により試験を行なったもので試験の概要拾よぴ工程

2．2

注入量の滅少傾向

2．4

揚水による効果

2，32．5段階試験の結果

注入井の耐圧試験

2．6

注入試験による周辺水位の変化

2．7

水質の変化

2，8

注入計画

昭和41年度には，全域の深井戸169丼のうち水位測定可能であった夏期60井，冬期63丼を観測した．

地下水揚水量昭和41年8月上旬，38丼について揚程およぴ揚水量の測定を行ない，これにより全体の井戸の揚水量を推定した．
地盤沈下の観測 10カ所の簡易沈下計により，観測を拾1＝なった．

水質の観測 地下水位の一斉観測の際，電気伝導度をあわせて測定した．叉，昭和41年度には深井戸3井について，年間の電気伝導度の変化を測定した。
年

ある．凌拾諸種の観測は佐賀県農林部土地改良課・

j73039404−42・卜位

勝木茂雄・平川正司・注入試験は昭和水道土木株
式会社・溝口四郎・保利博明・とり重とめは資源科学技術研究所・柴崎達雄が主としてあたった．

一5

1．地下水・地理沈下・堀水侵入
1． 1 詞査■項
地下水位の観測 平野内に分布する11井の長期測水を拾こなった．そのうち8井は，自記水位計により，他の3井はテープにょる定時観測をおこなった．叉，夏期（かんがい期）と冬期（非かんがい期）の隼間二回，一斉水位の測定を拾こなった．

2．1

一1o

図4−1

一67一

深井戸測水による平均地下水位の経年変化

右明海北岸低地における水害防止に関する研究（最終報告

防災科学技術総合研究報告第16号

1969⁝κノべ01
一〇09■、

39．8．26−9．4

33222→

仙べ㌧ぐ

一Io

｛

−﹁｛、4・0．9，26一⊥o．2

41．3．1∠I・一3．22㌧｛デれ0729．

42．3．2∫一3．27｛

図4−2

地下水位等高線図（昭和39．8〜42．3）

一68一

4．地下水理と地盤沈下に関する研究一宇野・猿山

1． 2 地 下 水 位
昭和40年は，降雨にめぐまれ地下水の揚水量

表4−1

降，いちi二るしい降雨がなく，7月下旬・8月上

38

39

一1．18

一1．41（2．24）（2．12）

一3，29

一3．45

一5，08（8．24）

（8．9）

（9．4）

冬期水位

旬頃から，揚水井はフル迎転を開始し，9月17日一まで連続揚水を行なった．一部には自己規制が夏期水位

行なはれ，一部には揚水不能井も生じた．揚水量も約1，500万37

年も割合に少なかったが，昭和41年は7月中旬以と推定され，一斉観測による地一下水位は，観測開始以来の最低を記録した．又，冬期の一斉観測によると，揚水終了後の自然かん養による回復水位は40年度同期よりO．3侃程度低い（図4−2）．長期観測水位についてみると，浅井戸も含むため，降雨，クリーク，潮汐，上水道井等の影響がみられるが，かならずしも原因は明瞭でなく，複雑な変化を示している．年間変化

を典型的に示しているものに，循1，〃8，〃9力がある（図4−3）

40

4142

一2，27

一3，02

一3．32

（2．22）（3．14）（3．25）

一5．59

年平均低下量
0．60肌

1．79肌

（9．27）（）内は観測月日を示したものであるが，このように各期とも地下水位は隼毎に低下の領向を示している．特に夏期水位の低下は漸増傾向すら示している．

1． 3 かんがい期の揚水量の推定
地下水揚水量の把握は最も基本的であるが困難な聞題である．昭和33年，35年に抽出井50井について，かんがい期問中の句別揚水量の測定結果にもとずき，句別の揚水量変化率表をつくり，No6揚水機の計画揚水能力，揚水時問から，今まで推定してきた．（昭和39年〜40年）
昭和41年度は，38井につき，揚水時問前に一2、＾40い＼．ブ・

一3

揚水位，揚水量の測定を春こなって揚水機効率を45％とし，揚水量の時期的変化は，調査時の実一4No．941測を基にして，ききとりを粒こない推定した．

水道用揚水については，3井について旬別の給、、水率を実測し又，人ロー人当り年聞使用量151■も9〃（全国水道施設調書）として，年問使用量100一54一万程度と推定した．

かんがい期間中（6月〜10月）の農業用，水、＾、ノ／、1、

道用揚水総量は，次のようになる．（単位万〃）〔1・、o表4−2小位2、。

。

。

78・・。

用途男■隼次・・

ll1

農業用

図4−3

水道用

地下水位の経年変化

合計

過去数年来の一斉観測の平均水位をとりまとめてみると，次のようになる．（図4−1，図4−2）

1．49064

備考

1，495，2 41年度は従来の方法によれぱ
51，151．1

62，0968．4

・…

219．6

270，7

1，491．1
1，546．3

地盤沈下

白石平野に拾ける簡易沈下計（有明粘度層基底に基礎をおき，粘土層の圧縮を測定する）による

一69一

有明海北岸低地に玲ける水害防止に関する研究（最終報告）

防災科学技術総合研究報告と地盤沈下は，年々進行して拾り地下水の揚水開始より急激に促進され，降雨によって地下水揚水が滅少叉は停止すると，沈下量も滅少叉は停滞の傾向を示し，地下水位の低下と沈下量とは相関的な関係がある．又，各観測個所とも沈下量の多少にかかわらず沈下量の増大，減少の時点は，ほぼ第16号1969

一致していて，特に促進される時期は，地下水の本格的な揚水開始より約1か月程度拾くれ，沈下の緩慢になるのは，揚水を停止して3〜4ヵ月後である．（図4−4）．
かんがい期だけについてみれぱ，その沈下iは隼間沈下量の約6割をしめている．叉，地下水位

■

似1帥

τr1

＾

、犯

＼∫

r1、

1

㌔，／毛㌦
㌔
ド州

パ1二〇

沈下量，地下水位，揚水量，降雨量の関係

図4−4

ノ：沈下量（〃〃），3：地下水位（肌）0：揚水量（万㎡），D：降雨量（剛の高い地域では（〃8．〃10）非かんがい期の水位上昇にともない地盤は逆に上昇し，復元を示＼

仏・・、．・ヨ

した時もある．又，昭和40年11月以降は，冬01
2

期例年以上に降雨量が多かったが，沈下の平均的進行状況ぱ例年なみであった．勿論一部には一時

80・一19・・、一．糾．

停滞を示す個所もある．

．；ミい

昭和38年以降10カ所の累加沈下量平均は86．3〃〃で，年平均沈下量は21．6〃〃である．最2ア

大沈下地点（循5）では累計168，5〃暗示した．

沈下量の多少は有明粘土層の層厚に強く影響され，

図4−5

簡易沈下計の沈下量分布（昭和38，841，12）（j印は簡易沈下計，実線は沈下量20励等高線，点線は有明粘一二
凡づ戸〜2椛等屑種蔓

累加沈下量分布は粘土層層厚分布とよくにた形態を示している．（図4−5）
この年平均沈下量を，従来の水準測量による年平均沈下量，25．3〃〃と比較すると，白石平野の地盤沈下の大半が現在までのところ有明粘土の圧密によるものと考えられるが，昭和41年度の国±地理院による水準測量の結果は有明粘±層より下部の地層の圧密が急激に進行しぱじめているこ

一70一

4．地下水理と地盤沈下に関する研究一宇野・猿山とを示しているようである．

1．

5

2．

地下水の水質pH，水温，電気伝導度の一斉観測を夏期水位観測と同時に拾こなったが，pHについては測定

1試験の慨要およぴ工程

本地域に倉ける注入試験は，昭和39年度から実施されているが，いずれも試験費の制約のため試験の準備的段階にとどまつていた．昭和41年

不良で失敗した．水温については，例年夏期の如く，西側の山よりが低く18℃〜20℃で，干拓地域が24℃前後，中央やや東よりの白石町福田附近が最高の30℃を示している．
電気伝導度の分布形態は，昭和41年度の未曾有の揚水量にもかかわらず例年の分布とあ匂。

ソまり変化がない．昭和40年の分布とくらべると，400μ肌ん・■〃の線が南部の牛屋附近では進出している．例年電気伝導度の高い，東北部の大福附

亀近では，依然として高く，40年の1，200μ肌ん・■〃が41年では，1，700μηん・1刎となっている．

6ω
〜o（図4−6）
水質の長期観測は，水質の時期的変動をとらえ（図4−7）
1．6

水収6ω

39．8．13＾8．19。oo二1︶るために，3井につし（て，水位と電気伝導度を榊定したものである．この観測によると地下水位の変化ないし，揚水量の変化に対応してかなり顕著に塩分濃度の変化がおこることがわかった．

、、。

阿。

支

白石平野全体の地下水の収支関係については次・式をもって考察した．

坐＿ρ、一Φ〃■8『d〃6：単位時問あたりの水位変化量，■

ギ、：地区面積，8 ：みかけの貯留係数，
ργ ：単位時間あたりの自然かん養量，

ω40，9．27〜，0．3

⑧

■

曾

：単位時間巻たりの地区内揚水量，

具体的な解法としてぱ，（1）地下水等高線図から流線網をえがき各平均水位に対するρ、を求め，②

平均水位とρτとの関係式を求める．（2）時間単位⑮を旬として初期水位を定めて（1）の関係式からρ、oを求める．（3）ρdの実績からρ、一ρ4を求めるとd〃舌が求められる．
試算の結果によれぱ一度下水が揚水されたならぱそれを再補充するだけの自然かん養量は期待できない．又，1600万〃程度の揚水に対しては自然かん養量以外に250万 程度の水量を人工的に注入すれぱ水位は復元されることになる．

》 ＼悩
200ノ

図4−6

4ゾ9．27〜，0．，

電気伝導陸等高線図（昭和39．8〜41．9）

2．注入試験

等高線は圭・拾むね200μ〃ho／c刎

一71一

有明海北岸低地に拾ける水斉防止に関する研究（最終報告）

防災科学技術総合研究報告

度に拾いては，今までの試験結果を参考にして，やや長期間の試験を拾こない，若干の資料を得た．

第16号

1969

壁を補強した．注入量は量水計により計測され，今回は周辺井戸に対する影響を調ぺるため水源を，注入圧ぱ，圧力計倉よびビニールパイプの水位計で測定した．周辺に対する注入の影響をみるために既設井について毎日2回の水位観測を，叉干拓試験地内旧井戸で自記水位計による記録をとった．

2，150〃（図4−8）

従来の試験では，注入水源をクリーク（39年）距離500肌の既設井（40年）にもとめたが，離れた有明干拓9号井（循125）に求め，既設拾よび仮設の水路によって注入井に近接した貯水槽に導入し，これをポンプにより加圧試験工程は，次のような順序で繰返した。
（1）段階揚水試験

して注入井に注入した．注入井の諸元は，次のと（2）段階注入試験

おりである．

（3）亨＝l1入試験（連続・断続）

裂一佐杣

No引／＿一Hw

〃

○ル4o
158

Rl。！。，、。

〕o

福古火辻叫ol〃

No，41・1，6一〉

北明太ユ舛
冊らw口vv

nO

No，154p

S肝火幻P

注入点．ニフH

モーター

Sp笥匡カ計C止火ユ2ow＾｛水計Ph水位引疋心

41，567ら9〃肺拓札ユ斗

図4−7o24■．，234【注入試験概要図4−8■
深井戸水位変化と水質の関係（3）の注入試験は次のように実施した．圧力は原位

置：国営有明干拓地，佐賀県干拓試験則としてO，4惚とした．

場地内

第1回 96時閥違続注入
第2回 15日間断続注入

完成年月日：昭和39年1月15日

深度：165刎

口

径：150雰＝0〜31．5〃，75雰＝＝31．5〜165

ストレーナー（1日10時間注入）

第3回

9日間断続注入

第4回

4日間断続注入一，（1日10時間注入）：孔径4劣，孔間隔25〜30劣，開孔率5％，6段延6Z5〃（1日10時間注入）

新設時の帯水層定数：浸透量係数3．OX1〇一3桝・。，貯留係数4×10−4，注入井は，漏水防止のためグラウトおよぴ止水

一72一（図4−9）（4）段階注入試験

4．地下水理と地盤沈下に関する研究一字野・猿山

勺・欄
ω払・｝

oo．I洪｝肋 Ol−1
日8も走＾士R』一151…

if2 口2l

1，2ol，1＝12κ

一7R2f∋2 3，12・1

1−1．1■●

η，194，η，571●11121．1415，

刊

図4−94Dヨ

1R3f202，14竈50｝42，●，12●1＾105532，

4 5

1T8，9 一10 D5Bo

42旧注入試験実施工程（刀：注入試験，

R404 f72■3Io2岬o：段階揚水試験，γ：段階注入試験）

2． 2 注入■の滅少傾向
連続96時間一定圧注入試験に拾ける注入量のまた，断続注入にお・いては滅少傾向ぱ図4−10にあきらかであるが，これ表4−4を指数関数として求めてみると，
ρ乏舌〃：9。・・p（一75・10−56）

したがって累加注入量はρ、一9。／…（一7・。。0一・6）〃

00・73g。

10日
30日
50日

0・52go7−5g。

O・15g。

13・3g。

0・04g。

15・Og。

4・2g。

払i．

o．5→o．o5

同様に断続15日，9日，4日の注入に拾いては5日

o5＝9。…（一64・1σ一26）o◎ρ。一・。イ5…（一σ…ポ・・川OO00◎

累加注入量は

oo＿o
一一

13456

96暗．■4篶注入．

口96暗．■4篶注入．
㎜狐1。

表4−3⑰︷◎θ．①56ρ。

1日

O・95g。

5日

0・59g。

10日
30日

0−36g。

O・04g。

2・050g。
5・740go9，650g。
13・467がnhがn川

o．5τト㌧Nとなる．上式でg0は初期注入量である．
以上の関係式によって累加注入量を試算すると連続注入においては，次のようになる．

口■■1357g

15川目冊雌λ9o

図4−10一73一／ヨ〜5オ糾

注入量てい滅状況

有明海北岸低地に歩ける水害防止に関する研究（最終報告」

防災科学技術総合研究報告

この試算の繕果によると，かなり早く注入量が5ことが望ましい．昭和40年の試験の時は，地表近く井戸を中心に1辺2πの正方形のコンクリー
ト床を設置してあったが，0．77惚の圧入で地表面に地割を生じ漏水した．昭和41年は，井壁ぞいに深度21肌 まで，3孔2段のグラウトを行なつた後，新に6〃X6肌×O．15肌のコソクリ

段階試験の結果

前後13回に亘り揚水拾よび注入の段階試験を行なった．この結果を，図4−11の上図に示す．
一般に揚水試験の水位／水量直線は図の右に，注入試験のそれは左へ片寄る傾向にある．又注入試
験のうちでも揚水試験直後に拾こなわれたものは，右に片寄っている．これらは，揚水量が注入量にくらぺて大きなことを意味し，揚水試験直後には，ート床をつくり床の内側拾よぴ同縁に0．5肌，1．O㎜の遮水壁をつけた．最後の段階注入試験で0．9惚の加圧で一部漏水をみたが注入圧の減少は注入量が増加することをしめしている．

2．4

1969

がって井戸は，出来るだけ充分な耐圧強度をもつゼロに近ずき注入限界に到達することになる．

2．

第16号

みられず1，08匁・まで圧入することができた．

揚水による効果2．

注入試験後，段階揚水試験をおこなって，井戸清掃作用の効果をも測定しようと試みた．図4−

6

注入試蜘こよる周辺水位の変化

周辺丼戸の水位観測は，昭和39，40年度にも拾こなったが，影響を確認することができなか

11の下図は，最初の揚水試験における水位降下った．41年度の結果をのぺる．図4−12に注4㎜時の揚水量を100％として，各段階試験の水位低下4胴のときの揚水量，注入水頭4㎜のと入試験前の地下水面と注入試験後の地下水面を示しているが試験前は，水面は北に傾斜する平滑な形態を示すが，試験後は，注入井を中心とした地下水位の高まりがみられ，1㎜の水位変動量の範囲はN E方向1．5㎞，E W方向0．6㎞の長軸楕円

きの注入量を％で示したものである．揚水後の注入量は揚水前の注入量に比較して1．5〜2．5倍を示し，かなりな効果が出ている．

形をしている．変動量は，水量の増減を直接反映するのではなくある程度ポテソシャル増として表肌fθ

現されるようで，この水位変化の状態を循122〃

観測丼について示す．

ρρ方！デo■o④⑥⑧、∴川／1．0

口①②回③④回⑤⑤国⑦③固a私＾＿一→段店お火，差人武瓜篶只J 一g●・，一1／I9丑八■4＾●｝Ω■ユ＾％■1一≡、。｛・I194」二回①②回◎㊥回⑤⑤国⑦◎回9615

揚κ．圭入，効呆率の攻化・拐〜O場久瓜の差入，・圭λ武以公4圭入

図4−11
2．5

口○●

注入井の耐圧試験

注入井の注入量は，注入圧力に比例する．した

一74一■｝●舳，一■図4−12

4．地下水理と地盤沈下に関する研究一字野・猿山

2． 7 水貫の撃化
昭和40年度試験の失敗から，導水路の完全管理につとめたため，シルト浮遊物質の除去には成功したようであるが，導水路中での藻類の発生が著しく，それによる目ず重り現象が新しい問題となった．注入丼に近接した上水道水源地下水には，緑藻類がわかずに；コめられるだけであったが，試験直前導水路末端に拾ける注入水はすでに硅藻，（4）違続注入の計画でば，累加注入量は極限で5，900 であるから揚水の効果が認められる．
いずれにせかこの試算では，注入可能量は小さい・

2．9

今後の問題点（1）

この試験に使用した井戸は地質調査の目的で掘られた井戸で本格的な注入井ではない．又・〜二の試験期間はせいぜい30日である．更に本格的注入丼による長期問の注入試験が期待される・（2）注入量の減少を，極少にするためにンルト等の緑藻，厚生動物等204個／ を含んでいた・試験末期の注入水には藻類，緑藻，らん藻その他が2浮遊物質の処理のほか，藻類その他の生物処理を74個／〃以上で種、量ともかなり多くなっている．

注入試験の終了後，揚水すると揚水初期には淡黒色の水があるが，その内容はほとんど有機物の破片で一部に硅藻，緑藻がみられた．この有機物は含めた質管理をどうするかが問題である．
（3） 目ず言り，加圧に対する漏水を防ぐような井戸構造の研究が必要である．

（4）従来揚水と注入は，同一理論で解釈されて藻類の分解したもので，目づ重りの原因となっていたが，揚水量と注入量の差，あるいは注入効率といるものと思われる．

いわれるものの意味を明確にするための理論的お2．

8よぴモデル実験的な研究が必要である・

注入計画

口径300劣，深度約200肌の標準井を考え，従来の地下水条件を入れ，圧力水頭を0．5惚とす
ると，初期注入量は9o＝O．421〆／曲となる．
これを基礎にして試算する．

引用
文
献（1）九州農政局：昭和39年度農業用地下水対策

予備調査，白石平野地区調査報告書（2）佐賀県：昭和39隼度白石平野地下水対策予初めの10日聞の注入量（ρ、．1）と次の10日間の注入量くρ、）の問には次の関係を考える．

備調査報告書（3）佐賀県：昭和40年度有明海沿岸地下水調査報告（4）佐賀県：昭和41年度有明海背後地地下水調

ρ、＝ρ、．。・0・52（1＋O・37）・

査報告

0．52は10目間の注入量減少率又0137は（5、昭和水道土木株式会社：「有明海北岸低地の揚水による透水量係数の増加率である．叉揚水i（ρ ）はその前の揚水量（ρ）に対して水害防止に関する研究」地下水かん養注入試験

は次の関係がある．

（6）資源科学研究所：白石平野地下水調査報告書ρπ報告書（1967）ρπ一1（1967）

ρρ、一ρρ、．、・0・86・2．2節の注入量減少傾向の式を使って試算すると次のようになる．1（1） 1日10時間10日間断続注入し，その後1日10時間揚水を拾こなう．これを繰返す計画でゆけぱ，約g0日目で注入効果がなくなりその累加注入量は，3，759〃となる．

（2〕 1日10時問，断続注入を行い揚水をそう入しない場合，80日目で注入効果がなくなり，その累加注入量は3，902となる．

（3〕 1日24時間10日間連続注入，1日10時間揚水の繰返しの計画では，約140日目に注入効果がなくなり，累加注入量は，10，775となる．

一75一