1

地下水盆管理学

福島大学 共生システム理工学類

生命・環境分野 地球環境コース

柴崎 直明

2020年度（R02年度）

1

11．地下水の計測と評価

ベトナム北部地方での揚水試験風景

揚水試験

3

揚水試験の目的揚水試験の目的

1)帯水層能力の把握

2)地下水シミュレーションに必要な帯水層係数の取得【透水量係数（透水係数），貯留係数】

3)井戸効率の把握

1)帯水層能力の把握

2)地下水シミュレーションに必要な帯水層係数の取得【透水量係数（透水係数），貯留係数】

3)井戸効率の把握

4

揚水試験の概念図

観測井観測井

t = 0

t > 0

QQ

s

揚水井揚水井

5

揚水試験の例(バングラデシュ)

6

揚水試験の例 (カンボジア)

1 2

3 4

5 6

2

揚水試験の例 (中国トルファン)

8

揚水試験の分類揚水試験の分類

1)予備揚水試験

2)段階揚水試験

3)連続揚水試験

4)回復試験

1)予備揚水試験

2)段階揚水試験

3)連続揚水試験

4)回復試験

9

予備揚水試験予備揚水試験

1)目的

ポンプ能力の確認概略水位降下量の確認

2)実施方法段階揚水試験の前に実施

1)目的

ポンプ能力の確認概略水位降下量の確認

2)実施方法段階揚水試験の前に実施

10

段階揚水試験段階揚水試験1)目的

揚水量を段階的に変化させ，揚水量と水位降下量との関係を把握。比湧出量を計算し，井戸損失，帯水層損失，井戸効率を算出。

連続揚水試験の揚水量を決定

2)実施方法揚水井で実施最低3段階の揚水各段階において，揚水量を一定に保つ

1)目的

揚水量を段階的に変化させ，揚水量と水位降下量との関係を把握。比湧出量を計算し，井戸損失，帯水層損失，井戸効率を算出。

連続揚水試験の揚水量を決定

2)実施方法揚水井で実施最低3段階の揚水各段階において，揚水量を一定に保つ

11

連続揚水試験連続揚水試験1)目的

帯水層係数の算出【透水量係数（透水係数），貯留係数】

帯水層種類の把握【漏水性帯水層】

2)実施方法揚水量を一定に保つ

1)目的

帯水層係数の算出【透水量係数（透水係数），貯留係数】

帯水層種類の把握【漏水性帯水層】

2)実施方法揚水量を一定に保つ

12

回復試験回復試験1)目的

帯水層係数の算出【透水量係数（透水係数）】

2)実施方法連続揚水試験直後に実施残留水位降下量を測定する

1)目的

帯水層係数の算出【透水量係数（透水係数）】

2)実施方法連続揚水試験直後に実施残留水位降下量を測定する

7 8

9 10

11 12

3

13

揚水量の測定揚水量の測定● 揚水試験で使用する三角堰● 揚水試験で使用する三角堰

14

三角堰の構造三角堰の構造

整流板整流板

15

堰式流量計の規格と流量堰式流量計の規格と流量

16

三角堰流量の計算式三角堰流量の計算式

17

三角堰流量計算の簡便式三角堰流量計算の簡便式

18

深井戸用水中モーターポンプ深井戸用水中モーターポンプ

13 14

15 16

17 18

4

19

流量と揚程の確認流量と揚程の確認

20

揚水量を一定に保つために－重要事項－

揚水量を一定に保つために－重要事項－

1)安定な電力供給（とくに発電機使用の場合）

2)揚水量を常に監視する

3)揚水量を微調節できる装置を使用する

1)安定な電力供給（とくに発電機使用の場合）

2)揚水量を常に監視する

3)揚水量を微調節できる装置を使用する

所定の時間間隔で，少なくとも0.5 cm単位で測定

水位降下量の測定水位降下量の測定

22

段階揚水試験の水位測定時間間隔（JICA調査）

段階揚水試験の水位測定時間間隔（JICA調査）

0～2分： 1分間隔

2～20分： 2分間隔

20～60分： 5分間隔

60～180分： 10分間隔

0～2分： 1分間隔

2～20分： 2分間隔

20～60分： 5分間隔

60～180分： 10分間隔

23

連続揚水試験の水位測定時間間隔（JICA調査）

連続揚水試験の水位測定時間間隔（JICA調査）

0～6分： 1分間隔

6～10分： 2分間隔

10～60分： 5分間隔

60～120分： 10分間隔

120～180分： 20分間隔

180～360分： 30分間隔

360～1440分： 60分間隔

1440～2880分： 120分間隔

0～6分： 1分間隔

6～10分： 2分間隔

10～60分： 5分間隔

60～120分： 10分間隔

120～180分： 20分間隔

180～360分： 30分間隔

360～1440分： 60分間隔

1440～2880分： 120分間隔24

回復試験の水位測定時間間隔（JICA调查）

回復試験の水位測定時間間隔（JICA调查）

0～2分： 1分間隔

2～20分： 2分間隔

20～40分： 5分間隔

40～120分： 10分間隔

120～480分： 30分間隔

480～1440分： 60分間隔

0～2分： 1分間隔

2～20分： 2分間隔

20～40分： 5分間隔

40～120分： 10分間隔

120～480分： 30分間隔

480～1440分： 60分間隔

19 20

21 22

23 24

5

25

JICA観測井位置図（トルファン盆地）JICA観測井位置図（トルファン盆地）

540000 560000 580000 600000 620000 640000 660000 680000 700000 720000 740000 760000 780000 800000

UTM-E (m) [WGS84, Zone 45]

4700000

4720000

4740000

4760000

4780000

4800000

UT

M-N

(m

) [W

GS

84, Z

one

45]

TW-SE

TW-SSTW-SW

TW-SC

TW-NC

Site Fixed

26

段階揚水試験グラフ段階揚水試験グラフ(TW-SE-1観測井)(TW-SE-1観測井)

0 180 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620

Time (min)

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

Dra

wd

ow

n (

m)

Step Q(m3/day) s(m) s/Q(day/m

2)

1 24.28 1.62 6.673E-022 58.75 2.70 4.596E-023 98.67 4.54 4.601E-024 146.88 6.98 4.752E-025 193.97 10.50 5.413E-026 146.88 6.96 4.739E-027 98.67 4.52 4.581E-028 58.75 2.72 4.630E-029 24.28 1.59 6.549E-02

27

段階揚水試験の解析段階揚水試験の解析(TW-SE-1観測井)(TW-SE-1観測井)

Step Q(m3/day) s(m) Q/s(m2/day) s/Q(day/m2)1 24.28 1.62 14.99 6.673E-022 58.75 2.70 21.76 4.596E-023 98.67 4.54 21.73 4.601E-024 146.88 6.98 21.04 4.752E-025 193.97 10.50 18.47 5.413E-026 146.88 6.96 21.10 4.739E-027 98.67 4.52 21.83 4.581E-028 58.75 2.72 21.60 4.630E-029 24.28 1.59 15.27 6.549E-02

28

井戸損失（ロス）と帯水層損失（ロス）井戸損失（ロス）と帯水層損失（ロス）

観測井観測井

t = 0

t > 0

井戸損失井戸損失

帯水層損失帯水層損失

Q

29

井戸損失と帯水層損失の関係(Jacob, 1947)

井戸損失と帯水層損失の関係(Jacob, 1947)

Sw : 総水位降下量(m)

B : 帯水層損失係数(day/m2)

C : 井戸損失係数(day2/m5)

Q : 揚水量(m3/day)

Sw : 総水位降下量(m)

B : 帯水層損失係数(day/m2)

C : 井戸損失係数(day2/m5)

Q : 揚水量(m3/day)

2CQBQSw

30

井戸損失と帯水層損失の解析(1)井戸損失と帯水層損失の解析(1)

2CQBQSw

CQBQ

Sw

25 26

27 28

29 30

6

31

井戸損失と帯水層損失の解析(2)井戸損失と帯水層損失の解析(2)

CQBQ

Sw

Sw/Q ：1/（比湧出量）Sw/Q ：1/（比湧出量）

Sw/QSw/Q

QQ

BB

CC

32

井戸効率の解析(1)井戸効率の解析(1)

（総水位降下量）-（井戸損失降下量）井戸効率＝

（総水位降下量）

（総水位降下量）-（井戸損失降下量）井戸効率＝

（総水位降下量）

W

LWW S

SSE

2CQBQSW 2CQSL

33

井戸効率の解析(2)井戸効率の解析(2)この画像は表示できません。

2

22 )()(

CQBQ

CQCQBQEW

(%)100 ScBS

BQE

WW

Sc ：比湧出量Sc ：比湧出量

34

井戸損失と帯水層損失の解析グラフ井戸損失と帯水層損失の解析グラフ(TW-SE-1観測井)(TW-SE-1観測井)

0 40 80 120 160 200Well Discharge, Q (m3/day)

3.0E-002

4.0E-002

5.0E-002

6.0E-002

7.0E-002

s w /

Q (

da

y/m

2)

1

2 34

5

678

9

B = 4.12E-02 day/m2

C = 5.82E-05 day2/m5

sw= 4.12E-02Q + 5.82E-05Q2

35

TW-SE-1観測井の井戸効率TW-SE-1観測井の井戸効率

Step-1 Step-2 Step-3 Step-4 Step-5 Step-6 Step-7 Step-8 Step-9

Q1(m3/d) Q2(m

3/d) Q3(m

3/d) Q4(m

3/d) Q5(m

3/d) Q6(m

3/d) Q7(m

3/d) Q8(m

3/d) Q9(m

3/d)

s1(m) s2(m) s3(m) s4(m) s5(m) s6(m) s7(m) s8(m) s9(m)

Sc1(m2/d) Sc2(m

2/d) Sc3(m2/d) Sc4(m

2/d) Sc5(m2/d) Sc6(m

2/d) Sc7(m2/d) Sc8(m

2/d) Sc9(m2/d)

Ew1(%) Ew2(%) Ew3(%) Ew4(%) Ew5(%) Ew6(%) Ew7(%) Ew8(%) Ew9(%)

24.28 58.75 98.67 146.88 193.97 146.88 98.67 58.75 24.281.62 2.70 4.54 6.98 10.50 6.96 4.52 2.72 1.5915.0 21.8 21.7 21.0 18.5 21.1 21.8 21.6 15.3

61.75 89.65 89.54 86.70 76.11 86.95 89.94 88.99 62.91

Aquifer Loss Well Loss Average WellCoefficient Coefficient Efficiency

B (d/m2) C (d2/m5) (%)

4.12E-02 5.82E-05 81.39

36

揚水量と水位降下量の関係揚水量と水位降下量の関係

1002005020

Q (m3/day)

1

10

100

2

3

5

20

30

50

Dra

wd

ow

n, s

w (

m)

1

2

3

4

5

5

6

7

8

9

TW-SE-1観測井

Q ～Sw 曲線

TW-SE-1観測井

Q ～Sw 曲線

31 32

33 34

35 36

7

37

連続揚水試験の解析連続揚水試験の解析(TW-SS-2観測井、片対数曲線図)(TW-SS-2観測井、片対数曲線図)

1 10 100 1000 10000Time since pumping began, t (min)

12.0

10.0

8.0

6.0

4.0

Dra

wd

ow

n,

s (m

)

38

連続揚水試験の解析連続揚水試験の解析(TW-SS-2観測井、両対数曲線図)(TW-SS-2観測井、両対数曲線図)

1 10 100 1000 10000Time since pumping began, t (min)

1.0

10.0

100.0

Dra

wd

ow

n,

s (m

)

透水量係数（T）と貯留係数（S）

uWTQs 4

被圧地下水の非平衡式

duueuWu

u TtSru 42

ここで，ここで，

W(u) : 井戸関数，r: 井戸半径，t: 時間W(u) : 井戸関数，r: 井戸半径，t: 時間

40

連続揚水試験の解析連続揚水試験の解析(タイスの標準曲線)(タイスの標準曲線)

41

連続揚水試験の解析連続揚水試験の解析(タイスの標準曲線法)(タイスの標準曲線法)

1 10 100 1000 10000Time since pumping began, t (min)

1.0

10.0

100.0

Dra

wdow

n, s (m

)

井戸関数 W (u):

Cooper-Jacobの簡略式:Cooper-Jacobの簡略式:

!44!33!22

ln577216.0432 uuu

uuuW

Cooper-Jacobの直線解析法(1)

uT

Qs ln5772.0

4

37 38

39 40

41 42

8

水位降下量:水位降下量:

5772.0

4ln

4 2Sr

Tt

T

Qs

Sr

Tt

T

Qs

2

25.2log

4

30.2

Cooper－Jacobの直線解析法(2)

透水量係数:透水量係数:

s

QT

4

30.2

2025.2

r

TtS

Cooper－Jacobの直線解析法(3)

貯留係数:貯留係数:

45

連続揚水試験の解析事例連続揚水試験の解析事例(TW-SS-2観測井、直線解析法)(TW-SS-2観測井、直線解析法)

1 10 100 1000 10000Time since pumping began, t (min)

12.0

10.0

8.0

6.0

4.0

Dra

wd

ow

n,

s (m

)

Q = 287.9 m3/dayr = 0.160 m

T = 2.30Q/(4s) = 41.02 m2/day

S = 2.25Tt0/r2 = 1.01E-05

s = 1.28E+00 m

46

回復試験の解析回復試験の解析

水位回復時の残留水位降下量

47

回復試験の解析回復試験の解析

t： 揚水開始後の時間

t’： 揚水停止後の時間

t/t’: 時間比t/t’: 時間比

48

回復試験の解析回復試験の解析(TW-SS-2観測井，片対数曲線図)(TW-SS-2観測井，片対数曲線図)

1 10 100 1000 10000Time ratio, t/t'

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

Re

sid

ua

l Dra

wd

ow

n,

s' (

m)

43 44

45 46

47 48

9

残留水位降下量:

'

'4ln

4ln

4'

22 Sr

Tt

Sr

Tt

T

Qs

'log

4

30.2'

t

t

T

Qs

回復試験の直線解析法(1)回復試験の直線解析法(1) 回復試験の直線解析法(2)

透水量係数:透水量係数:

'4

30.2

s

QT

51

回復試験の解析例回復試験の解析例(TW-SS-2観測井、直線解析法)(TW-SS-2観測井、直線解析法)

1 10 100 1000 10000Time ratio, t/t'

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

Re

sid

ua

l Dra

wd

ow

n,

s' (

m)

T = 2.30Q/(4s') = 50.65 m2/day

s' = 1.04E+00 m

Q = 287.9 m3/dayr = 0.160 m

52

連続揚水・回復試験解析結果連続揚水・回復試験解析結果

(TW-SS-1観測井)(TW-SS-1観測井)

中华人民共和国新疆吐鲁番盆地　地下水资源可持续利用研究项目

日本国际协力机构（JICA）/国际航业株式会社

图

观测井位置图 观测井位置 观测井标号:TW-SS-1 位置:吐鲁番市221团5连 经纬度(WGS84,Zone-45): 89°10′45.0″E, 42°47′37.5″N UTM坐标(WGS84,Zone-45): UTM-E = 678217 m, UTM-N = 4740216 m 地点标高: -135.50 m

4740000

4750000

4760000

UT

M-N

(m

)

660000 670000 680000 690000

UTM-E (m)

TW-SS

TW-SC盐山

火焰山

吐鲁番

1 10 100 1000 10000Time since pumping began, t (min)

30.0

25.0

20.0

15.0

10.0

5.0

Dra

wd

ow

n,

s (m

)

1 10 100 1000 10000Time ratio, t/t'

20.0

16.0

12.0

8.0

4.0

0.0

Re

sid

ua

l Dra

wd

ow

n,

s' (

m)

(a) Continuous Pumping Test

(b) Recovery Test

Q = 272.0 m3/dayr = 0.160 m

T = 2.30Q/(4s) = 7.002 m2/day

S = 2.25Tt0/r2 = 1.16E-02

s = 7.11E+00 m

T = 2.30Q/(4s') = 7.163 m2/day

s' = 6.95E+00 m

Q = 272.0 m3/dayr = 0.160 m

观测井构造 井深: 221.00 m 钻探孔径:φ380 mm 井护管・滤水管孔径:φ150 mm 滤水管深度: 191.00-215.00 m 滤水管工作部位长度: 24.00 m 静止水位：GL+1.41 m 试验日期: 2004年10月18～20日

连续抽水试验・恢复试验解析结果(TW-SS-1)

53

連続揚水・回復試験解析結果連続揚水・回復試験解析結果

(TW-SS-2観測井)(TW-SS-2観測井)

中华人民共和国新疆吐鲁番盆地　地下水资源可持续利用研究项目

日本国际协力机构（JICA）/国际航业株式会社

图

观测井位置图

4740000

4750000

4760000

UT

M-N

(m

)

660000 670000 680000 690000

UTM-E (m)

TW-SS

TW-SC盐山

火焰山

吐鲁番

1 10 100 1000 10000Time since pumping began, t (min)

12.0

10.0

8.0

6.0

4.0

Dra

wd

ow

n,

s (m

)

1 10 100 1000 10000Time ratio, t/t'

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0

Re

sid

ua

l Dra

wd

ow

n,

s' (

m)

(a) Continuous Pumping Test

(b) Recovery Test

Q = 287.9 m3/dayr = 0.160 m

T = 2.30Q/(4s) = 41.02 m2/day

S = 2.25Tt0/r2 = 1.01E-05

s = 1.28E+00 m

T = 2.30Q/(4s') = 50.65 m2/day

s' = 1.04E+00 m

Q = 287.9 m3/dayr = 0.160 m

连续抽水试验・恢复试验解析结果(TW-SS-2)

观测井位置 观测井标号:TW-SS-2 位置:吐鲁番市221团5连 经纬度(WGS84,Zone-45): 89°10′45.0″E, 42°47′37.5″N UTM坐标(WGS84,Zone-45): UTM-E = 678217 m, UTM-N = 4740216 m 地点标高: -135.50 m

观测井构造 井深: 50.00 m 钻探孔径:φ380 mm 井护管・滤水管孔径:φ150 mm 滤水管深度: 30.00-48.00 m 滤水管工作部位长度: 18.00 m 静止水位：GL-1.84 m 试验日期: 2004年10月26～28日

参考文献

水収支研究グループ編「地下水資源・環境論－その理論と実践－」共立出版、1993年

Todd, D. K. ：“Groundwater Hydrology 2nd Ed.”，John Wiley & Sons，1980年

49 50

51 52

53 54