WO2020217531A1 - 地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム - Google Patents

地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム Download PDF

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公太郎 竹村
友章 房前
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    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
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Definitions

  • the present invention relates to a groundwater vein and a groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein. Specifically, the present invention detects / confirms the groundwater vein in a specific ground area, and further, the specific detection / confirmation is performed by exploration from the ground surface. It relates to a groundwater vein that enables pinpoint detection and confirmation of groundwater in a groundwater vein in the ground area, and a groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein.
  • geological survey methods include the field of geophysical exploration that utilizes the physical properties of geology, and among them there is electrical exploration that utilizes electrical properties.
  • Patent Document 1 describes, as a technique related to the present invention, a three-dimensional topographical / geological model including the ground surface and underground in a certain range of the geosphere generated by using satellite image data, field measurement data, and topographical / geological data.
  • the simulation result is stored in the storage unit, and the underground of the 3D topography / geological model generates an initialization model, and the initialization model is subjected to parameter input for past / modern reproduction and future prediction.
  • Arithmetic processing and image generation processing are executed, the topography and geological model are modified to improve accuracy, the results are stored in the simulation result storage unit, and still images and moving images are processed and displayed on the display unit from the past.
  • a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system configured to reproduce, analyze, predict, and visualize a four-dimensional water circulation situation leading up to the future is disclosed.
  • groundwater veins can be displayed and visualized in multiple ways, but from the viewpoint of water utilization, any position of the visualized groundwater veins can be pinpointed. It was difficult to judge whether (boring) should be done. That is, according to the technique of Patent Document 1, the groundwater vein can be displayed two-dimensionally and two-dimensionally, but even if the groundwater vein is simply visualized, what kind of groundwater vein is being visualized? The fact is that, in the past, it was entirely dependent on human intuition whether the position would hit the groundwater if it was pinpointed.
  • Patent Document 2 describes, as a technique related to the present invention, a plurality of moisture detection devices that detect moisture contained in a predetermined region in the ground and measure a current value of an alternating current input to the predetermined region.
  • Current electrode pair, a plurality of potential electrode pairs for measuring the voltage value corresponding to the alternating current, and the frequency of the alternating current are set from a preset first frequency to a second frequency higher than the first frequency.
  • a frequency setting means for setting a plurality of frequencies at a predetermined frequency interval and a specific resistance in the predetermined region using the current value and the voltage value each time the frequency is set by the frequency setting means.
  • a moisture detection device including an estimation means for estimation is disclosed.
  • the present invention has been developed in view of the above-mentioned conventional circumstances, and has detected and confirmed groundwater veins in a specific ground area, and moreover, groundwater in the specific ground area detected and confirmed by exploration from the ground surface. It provides a groundwater vein that enables pinpoint detection and confirmation of groundwater in a vein, and a groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein. That is, the present invention is a groundwater vein obtained by skillfully combining the system technologies of Patent Document 1 and Patent Document 2 as a technique related to the present invention, and a groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein, which is described in Patent Document 1. This is a system in which the groundwater vein is visualized in a two-dimensional manner in a plane by technology, and the position of the groundwater in the visualized groundwater vein is displayed in three dimensions for pinpoint boring.
  • the groundwater vein of the present invention and the groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein visualize the groundwater vein in a two-dimensional manner and position the groundwater in the visualized groundwater vein in three dimensions. It is a system that is displayed on the screen and is used for pinpoint boring.
  • the technique for visualizing the groundwater vein in two dimensions in the plane of the present invention is a certain range of terrain generated by using satellite observation image data, field observation data, topography and geological data of existing published data.
  • the 3D terrain / geological model including the ground surface and the underground in the above is stored and executed in the storage means, and the initialization process is performed to make the underground of the 3D terrain / geological model a saturation zone to generate an initialization model.
  • the calculation processing by the calculation means and the image generation processing by the image generation processing means are performed according to the input from the input means of various parameters for past / modern reproduction and future prediction.
  • the simulation is executed, the simulation result is stored in the storage means, and the two-dimensional and three-dimensional still images and moving images that have been visualized are displayed on the display means, from the past to the future in the certain range of the territory.
  • the most important feature is to reproduce, analyze, predict, and visualize the four-dimensional water circulation situation.
  • the technique of the present invention for displaying the position of the groundwater in the groundwater vein in which the groundwater vein is visualized in two dimensions in a two-dimensional manner and enabling pinpoint boring can be applied to a specific ground region.
  • a large number of electrode groups arranged along the survey line and four pole electrodes in the dipole / dipole arrangement among the electrode groups are combined and switched to perform horizontal exploration of a specific ground region by the specific resistance method, underground vertical.
  • a voltage consisting of two high and low frequencies is applied to two poles of the station switching unit for performing exploration and the four pole electrodes arranged in the dipole / dipole arrangement, and the high and low 2 flowing between the two poles by the other two poles.
  • Each of the measuring means for detecting the current for each frequency at each measurement point of the entire specific ground region, the voltage consisting of the two high and low frequencies, and the corresponding current for each of the two high and low frequencies.
  • each station Based on the ratio resistance calculation means for each station that calculates the specific resistance value for each of the two high and low frequencies in the horizontal and vertical directions at the station, and the specific resistance value for each high and low frequency at each calculated point. It has an impedance effect calculation means for each station for obtaining the impedance effect at each station consisting of (specific resistance value corresponding to high frequency) / (specific resistance value corresponding to low frequency), and impedance effect> 1.
  • the main feature is that the station position can be estimated to have underground water veins.
  • the groundwater vein and the groundwater vein which can display the position of the groundwater in the groundwater vein in a three-dimensional pinpoint while visualizing the groundwater vein in a specific ground region in a two-dimensional manner. It is possible to realize and provide a groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein.
  • the groundwater vein of a specific ground region can be visualized in a plane and two dimensions together with a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system in the specific ground region.
  • a large number of electrode groups arranged along the survey line and two of the four poles of the electrode group having a dipole / dipole arrangement are potential electrodes and the other two poles are current electrodes, and these are combined and combined.
  • a means for calculating the specific resistance for each station which calculates the specific resistance value for each of the high and low frequencies over the horizontal and vertical directions at each station in the specific ground region corresponding to the detected current for each of the high and low frequencies. And, based on the calculated specific resistance value for each high and low frequency at each station, the impedance effect at each station consisting of (specific resistance value corresponding to high frequency) / (specific resistance value corresponding to low frequency).
  • the groundwater vein in a specific ground region is planarized. It is possible to realize and provide a groundwater vein and a groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein, which can display the position of the groundwater in the groundwater vein in a three-dimensional pinpoint while visualizing in two dimensions.
  • the groundwater vein exerts the above effect based on the configuration in which the high frequency is 40 Hz and the low frequency is 4 Hz. And it is possible to realize and provide a groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration concept of a four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of a four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a large amount of data items related to various items such as weather, hydrology, and topography in the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction simulation system according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of the area initialization processing of the three-dimensional terrain model basin water cycle model by executing the simulation constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration concept of a four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of a four-dimensional water cycle reproduction
  • FIG. 5 shows the development process of the unsaturated zone by executing the region initialization process in the simulation constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment, the appearance formation process of the surface water, and the surface and underground flow.
  • Fig. 6 shows a zero-meter zone due to flood inundation flow and river embankment collapse using actual rainfall data such as heavy rainfall recorded by the flood inundation analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the example.
  • FIG. 7 shows an example of analysis of underground infiltration of a contaminated stock solution having a higher specific gravity than water in saturated / unsaturated ground by the multiphase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the example.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of saltwater intrusion simulation in a coastal area by a light salt density current analysis function in a simulation constituting a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to an embodiment.
  • FIG. 9 conceptually shows an example of analyzing the impact from a river flowing into a lake and its basin by the reactive substance transfer analysis function in the simulation constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the example. It is a figure which shows.
  • FIG. 10 shows a three-dimensional simulation example of the gas transfer behavior in the artificial barrier in the in-situ experimental system in the multi-component gas transport analysis function in the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the example. It is a schematic diagram.
  • FIG. 10 shows a three-dimensional simulation example of the gas transfer behavior in the artificial barrier in the in-situ experimental system in the multi-component gas transport analysis function in the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the example. It is a schematic diagram.
  • FIG. 10 shows a three-dimensional simulation example of the gas transfer behavior in the artificial barrier in the in-situ experimental system in the multi
  • FIG. 11 shows the concept of a water / quicksand / ground floor fluctuation coupled system by the water / quicksand coupled analysis function in the simulation constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment and the slope flow due to artificial rainfall.
  • Erosion, sediment movement, and sedimentation are schematic diagrams conceptually showing the state of leaf-shaped terrain undulations.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the physical concept of the water cycle model in the region targeted by the simulation program constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the physical concept of the water cycle model in the region targeted by the simulation program constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment.
  • FIG. 13 shows the natural state of the entire Japanese archipelago before human intervention, which was analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment. It is a schematic diagram which shows the original scenery of the water cycle which integrated the surface water and the groundwater of.
  • FIG. 14 shows the natural state before human beings in the Kanto region analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment. It is a schematic diagram which shows the original scenery of the water cycle which integrated surface water and groundwater.
  • FIG. 15 is a shadow map of the topography of the Kanto region in the Jomon era 6000 years ago and present as an example of a historical fact comparison analysis method of simulation analysis demonstration that constitutes a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system. ..
  • FIG. 16 shows surface water, groundwater, and springs in the Sagami Bay and Suruga Bay regions analyzed using the water / air two-phase flow analysis function that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the example. It is a schematic diagram which shows the water cycle of the natural state before the artificial addition such as water. Fig.
  • FIG. 17 shows an example of the water quality / water quantity numerical analysis method for demonstrating the simulation analysis that constitutes the 4-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system, and shows the depth at many measurement points in the coastal area of Suruga Bay. It is explanatory drawing which shows the water quality analysis data of seawater salt concentration, water temperature, turbidity, electric conductivity and DO (dissolved oxygen amount) by collecting seawater in a direction.
  • FIG. 18 shows the nature before human beings in the Norio Plain, which was analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment. It is a schematic diagram of the water cycle of the surface water and the groundwater in the state.
  • FIG. 18 shows the nature before human beings in the Norio Plain, which was analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment
  • FIG. 19 shows the current surface water of the Nobo Plain in the 21st century analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the example. It is a schematic diagram of the water cycle integrated with groundwater.
  • FIG. 20 shows oil, heavy metals, and thermosoluble substances flowing from a factory or an oil tank to groundwater using the multiphase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment. It is the schematic which shows the case of simulating a state conceptually.
  • FIG. 20 shows oil, heavy metals, and thermosoluble substances flowing from a factory or an oil tank to groundwater using the multiphase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment. It is the schematic which shows the case of simulating a state conceptually.
  • FIG. 21 shows trichloroethylene (poor solubility) from the impervious water tank to the water table using the reactive substance transfer analysis function of the simulation program that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment. It is the schematic which simulated the benzene (solubility) permeation state.
  • FIG. 22 shows the state of pesticide contamination from two pollution sources in a certain area, which was analyzed using the reactive substance transfer analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the example. It is a schematic diagram simulating.
  • FIG. 21 shows trichloroethylene (poor solubility) from the impervious water tank to the water table using the reactive substance transfer analysis function of the simulation program that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment. It is the schematic which simulated the benzene (solubility) permeation state.
  • FIG. 22
  • FIG. 23 is a schematic flowchart showing the flow of simulation processing constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to the embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing the overall configuration of the groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein and the concept of the ground survey result according to the embodiment.
  • FIG. 25 is a schematic block diagram showing the overall configuration of the groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein according to the embodiment.
  • FIG. 26 shows, for example, Japan as a result of exploration by the groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein according to the embodiment; an equal resistivity diagram (upper column) and an impedance effect diagram (lower column) by the dipole-dipole method in the A ground region.
  • FIG. 27 shows, for example, Japan as the result of exploration by the groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein according to the embodiment; the resistivity value by the Wenner method in the B ground region (upper column), and the resistivity diagram by the dipole-dipole method. It is a schematic exploration result diagram showing a (middle column), an impedance effect diagram (lower column), and a distribution map (columnar diagram) of rocks and the like corresponding to the depth.
  • FIG. 27 shows, for example, Japan as the result of exploration by the groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein according to the embodiment; the resistivity value by the Wenner method in the B ground region (upper column), and the resistivity diagram by the dipole-dipole method.
  • It is a schematic exploration result diagram showing a (middle column), an impedance effect diagram (lower column), and a distribution map (columnar diagram) of rocks and the like corresponding to the depth.
  • FIG. 28 shows, for example, Japan as a result of exploration by the groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein according to the embodiment; an equal resistivity diagram (upper column) and an impedance effect diagram (lower column) by the dipole-dipole method in the C ground region. ) And a schematic exploration result map showing a distribution map (columnar diagram) of rocks, etc. corresponding to the depth.
  • FIG. 29 shows an equivalence resistivity diagram and an impedance effect diagram by the dipole-dipole method as a result of exploration of a leaked part of an earth dam in, for example, Japan by the groundwater detection / confirmation system in the groundwater vein according to the embodiment. It is a schematic exploration result diagram.
  • the technique for visualizing groundwater veins in a specific ground area of the present invention and the groundwater detection / confirmation system in the groundwater veins in a two-dimensional and two-dimensional manner is from the past to the future in a certain range of terrain such as the national land. It is a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system using a computer that reproduces, analyzes, predicts, and visualizes the water circulation situation up to, and is satellite image data, on-site actual measurement data, and existing published topographical and geological data. Or, using either satellite image data or field measurement data and a three-dimensional terrain / geological model including the ground surface and groundwater in a certain range of terrain generated using the existing published terrain / geological data as a storage means.
  • the underground of the three-dimensional topography / geological model is initialized by performing initialization processing to make it a saturation zone.
  • a model is generated, and the weather, water, topography, land use, geology, earth and sand, water use, man-made objects, for past / modern reproduction and future prediction.
  • the simulation is executed by the arithmetic processing by the arithmetic means and the image generation processing by the image generation processing means, and the simulation results are the water quality / water quantity numerical analysis method and the water quantity numerical analysis method.
  • topographical / geological analysis methods and historical fact comparison methods, etc. it is verified by topographical / geological analysis methods and historical fact comparison methods, etc., and if necessary, the topographical / geological models are modified to improve the simulation accuracy, and the simulation results are stored in the storage means, and two-dimensional or three-dimensional stationary.
  • the position of the groundwater (or water source) in the groundwater vein which is a two-dimensional visualization of the groundwater vein in the specific ground region described above, is displayed three-dimensionally so that pinpoint boring can be performed.
  • the technology is that a large number of electrodes are arranged along the survey line in a specific ground region, and two of the four electrodes in the dipole / dipole arrangement are potential electrodes and the other two are currents.
  • An electrode a station switching unit that combines and switches between them to perform horizontal exploration and underground vertical exploration of a specific ground region by the specific resistance method and Wenner method, and two poles with the dipole / dipole arrangement.
  • a measuring means for applying a voltage consisting of two high and low frequencies to a potential electrode and detecting a current flowing between the two high and low frequencies by another two-pole current electrode for each measurement point in the entire specific ground region.
  • the specific resistance values for each of the two high and low frequencies in the horizontal and vertical directions at each station in the specific ground region corresponding to the detected points are calculated for each station.
  • (specific resistance value corresponding to high frequency) / (specific resistance value corresponding to low frequency) It has a means for calculating the impedance effect for each station for obtaining the impedance effect for each station, and is realized by a configuration in which it can be estimated that there is a groundwater vein at a station position where the impedance effect> 1 is present.
  • the four-dimensional water cycle reproduction which is a technique for visualizing the groundwater vein according to the embodiment of the present invention and the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein in a two-dimensional and two-dimensional manner.
  • the analysis / prediction / visualization simulation system will be explained in detail.
  • the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system.
  • Predictive simulation (hereinafter referred to as "simulation") has a simulation program based on the clarification of issues for solving water problems that require the simulation, and the data required for the simulation are satellite image data, field measurement data, etc.
  • a large number of data composed of existing published data (or either satellite image data or field measurement data and existing published topographical / geological data may be used) are collected and input, and the simulation results are obtained.
  • the simulation constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system is a program memory 12 that stores a four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction simulation program (hereinafter referred to as “simulation program”).
  • a control unit 11 that controls the entire system and controls various processes based on the simulation program, a database 13 that collects and accumulates various data necessary for 4-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction processing, and 4 based on the simulation program.
  • a calculation unit 14 that executes various operations required for dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction processing, an image generation processing unit 15 that performs image generation processing according to the simulation processing based on the simulation program, and a simulation result based on the simulation program are stored. It has a simulation result storage unit 16, a keyboard 17 for data input, a mouse 18, a color printer 19 for data output, and a display unit 20.
  • a large amount of data related to various data items such as weather, hydrology, and topography are collected and accumulated in the database 13 in order to execute four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction processing.
  • the data includes data on meteorology, hydrology, etc. related to future predictions from the distant past to the modern age.
  • the collection and accumulation of a large amount of data related to various items includes satellite image data, actual field survey data, existing publicly available hydrological and water quality databases, external databases such as meteorological databases, and publicly known documents such as science chronology. Can be done from.
  • the simulation program uses GETFLOWS (GEneral purpose Terrestrial fluid-FLOW Simulator) (registered trademark) provided by Professor Hiroyuki Tosaka of the University of Tokyo and Geoenvironmental Technology Co., Ltd.
  • GET FLOWS GTE-FLOW Simulator
  • This GET FLOWS is a core technology that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment, and has already been technically established.
  • the simulation program is a program that performs geosphere fluid modeling and numerical simulation. It formulates the water cycle system in the land area as a multi-phase multi-component fluid system, and integrates the water flow above and below the ground, which was difficult in the past. It is characterized by the above points.
  • the simulation program has a water / air two-phase flow analysis function that expresses the flow of water in the inland water system by a water / air two-phase flow simulation including surface water, and a surface water flow accompanied by flood inundation due to heavy rain or bank breakage.
  • Flood inundation analysis function to analyze multi-phase flow analysis function to analyze water phase, air phase, polluted stock solution phase in above-ground / underground ground, heat transfer by fluid phase (water / gas phase), soil / bedrock, etc.
  • Water-heat coupled analysis function to analyze the heat conduction in the solid phase
  • fresh salt density flow analysis function to analyze the fluid behavior considering the interaction (density flow) between fresh water and seawater in the coastal area, generated in the basin
  • Reactive substance transfer analysis function that simulates the process of moving pollutants above and below the ground
  • reactive substance transfer analysis function underground ground for gas generated from waste such as radioactive waste and general waste, and leaked gas from buried pipes.
  • the main elements are the multi-component gas transport analysis function that analyzes the movement behavior in the mountain, and the water-flow sand coupled analysis function that analyzes the spatial and long-term changes in the groundwater recharge function in mountainous groundwater or water sources.
  • the basic processing flow of the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system is as shown in FIG. 23, the calculation unit 14 and image generation using the satellite image accumulated in the database 13 and the existing topographical data.
  • the operation of the processing unit 15 generates a three-dimensional terrain / geological model including the ground surface and underground in a certain range of the terrain and stores it in the database 13, and then the simulation program saturates the underground of the three-dimensional terrain / geological model.
  • An initialization model is generated by performing initialization processing as a band and stored in the simulation result storage unit 16, and the weather, water cycle, topography, and land use for past / modern reproduction and future prediction of the initialization model are performed.
  • the operation of the calculation unit 14 and the image generation processing unit 15 causes the territory of the certain range. Reproduces, analyzes, and predicts the four-dimensional water cycle situation from the past to the future with images and numerical values, stores it in the simulation result storage unit 16, displays it on the display unit 20 as necessary, and prints it out with the color printer 19. It is a thing.
  • Water / air two-phase flow analysis function This function expresses the flow of water in the inland water system in detail by simulating the two-phase flow of water and air including surface water.
  • the initial state of the fluid distribution in the landwater system is reproduced by region initialization, and various phenomena that occur there are analyzed.
  • Complex spatial representations such as topography / geology, meandering riverbed / bed topography, and man-made objects in the water / air two-phase flow analysis function can be flexibly modeled by a hexahedral grid of arbitrary geometry called a corner point type difference grid. It is said.
  • the fields of application of the two-phase flow analysis function of forewater and air include analysis of the interaction between surface water and groundwater (river breaks, springs / recharges, river maintenance flow evaluation, optimization of water resource utilization plans, etc.) , River runoff analysis, saturated / unsaturated infiltration flow analysis, environmental impact assessment by construction work of tunnels, dams, recharge areas, underground structures, etc., prediction of water resource reserve, optimization of pumping plan, etc. it can.
  • the upper column of FIG. 4 shows a conceptual diagram of the area initialization processing of the three-dimensional terrain model.
  • a certain amount of precipitation (1 to 2 mm / day, which is the same as the amount of groundwater recharge) is input and the calculation is started.
  • air and water infiltrate the ground surface, and salt water heavier than water is gradually pushed out into the sea and rivers.
  • the distribution of water such as salt water, groundwater level, and river flow can be calculated by calculation over tens of thousands of years. Then, a state in which precipitation, groundwater level, and groundwater outflow are balanced can be obtained. This completes the preparation for executing the calculation using the actual precipitation data.
  • Fig. 5 shows the development process of the unsaturated zone, the appearance formation process of surface water, and the conceptual diagram of streamline trajectories on the surface and underground obtained by the area initialization simulation.
  • ⁇ Flood flood analysis function> This function is a function that simulates surface water flow accompanied by flooding and inundation due to heavy rain and breach.
  • the surface flow is analyzed by diffusion wave approximation omitting the inertial term and velocity term of the equation of motion, and large water movements are tracked stably and at high speed against various heavy rain patterns and bank breakage conditions. I am trying to be able to do it.
  • the numerical information obtained by the simulation is the flood range / water volume, pressure, potential, water depth / water level, flow velocity, etc.
  • Fig. 6 shows a conceptual diagram of a simulation example of a zero-meter zone inundation area due to a flood inundation flow and a river embankment breach using actual rainfall data such as recorded heavy rainfall.
  • the fields of application of flood inundation analysis are inundation area prediction during heavy rain, inland inundation, inundation area prediction after river embankment collapse, flood damage area prediction in low-lying farmland, and effect examination of drainage measures such as underdrain and pump. Examples include prediction of inundation range of inland floods caused by storm surge floods and recorded heavy rains in coastal areas.
  • ⁇ Multiphase flow analysis function> This function analyzes the multi-phase simultaneous flow of water phase, air phase, and contaminated stock solution phase (Non-Aqueous Phase Liquid: NAPL) in the above-ground and underground ground with a practical level three-dimensional solver. is there.
  • the contaminated stock solution phase targets organic solvents and hydrocarbon-based water-insoluble fluids, and can give detailed fluid substances (specific gravity, viscosity coefficient, etc.) for each substance.
  • Figure 7 shows an example of analysis of underground infiltration of contaminated stock solution (DNAPL), which has a higher specific gravity than water, in saturated / unsaturated ground. It is a conceptual diagram of the simulation example after 20 days and 100 days for a multi-phase multi-component system considering the dissolution from the contaminated stock solution phase to the groundwater phase and the advection dispersion process.
  • DNAPL contaminated stock solution
  • Multi-phase flow analysis include prediction of changes in the contamination range of groundwater / soil contamination sites due to heavy metals, NAPL, etc., various countermeasures (pumping, barrier wells, water blocking walls, air sparging, soil gas suction, bioremediation, etc.) ) Effect study and selection, behavior prediction / risk assessment of leaked harmful substances in rivers and waterside environments, various design analysis / environmental impact prediction in energy underground storage facilities such as oil and LPG.
  • ⁇ Fresh salt density current analysis function> This function simulates fluid behavior in the coastal area considering the interaction (density current) between freshwater and seawater.
  • both the land area and the sea area are usually modeled, and the seafloor topography continuous with the land topography is directly incorporated into the sea area.
  • Seawater is expressed as surface water containing salt, and is dissolved at the same time as groundwater on the seabed.
  • FIG. 8 shows a conceptual diagram of a saltwater intrusion simulation example in a coastal area. This is an analysis of the salt-light transition zone that balances with natural conditions such as topography, stratum distribution, precipitation, and changes in seawater level.
  • ⁇ Reactive substance transfer analysis function> This function simulates in detail the pollutants generated in the basin and the mass transfer process above and below ground.
  • pollution load is wide-ranging, such as domestic wastewater and business wastewater in urban areas, fertilization on farmland, and livestock manure.
  • the numerical information obtained by the simulation is the concentration of each substance in water, the concentration in the solid phase, the saturation of the aqueous phase / gas phase, pressure, potential, water depth / water level, flow velocity, etc.
  • the fields of application of the reactive substance transfer analysis are nitrate nitrogen contamination, pollution load prediction to closed water areas, geological disposal system performance evaluation of radioactive waste (nuclide transfer / exposure dose evaluation), etc.
  • Fig. 9 shows a conceptual diagram of an example in which the impact from the river flowing into the lake and its basin was analyzed by simulation.
  • Multi-component gas transport analysis function This function simulates in detail the movement behavior of gas generated from waste such as radioactive waste and general waste and gas leaking from buried pipes in the underground ground.
  • the numerical information obtained by the simulation is the saturation of the water phase / gas phase, the substance concentration in the water phase / gas phase, pressure, potential, water depth / water level, flow velocity, etc.
  • the fields of application of multi-component gas transport analysis are leakage gas diffusion movement from damaged parts of buried pipes, gas migration behavior caused by radioactive waste and corrosion of metal containers, CO 2 injection / dissolution and cap lock in carbon dioxide underground disposal. Containment performance analysis by.
  • FIG. 10 shows a conceptual diagram of a three-dimensional simulation example of gas transfer behavior in an artificial barrier in an in-situ experimental system. It conceptually shows the state of tracking and reproducing the process in which the gas generated from the simulated waste dissolves and moves in the interstitial water.
  • This function couples a flow model that integrates surface water and groundwater with a quicksand transport model, and analyzes the spatial and long-term changes in groundwater recharge function in mountainous groundwater or water sources.
  • Hydrological processes that can be considered are surface water, groundwater flow, surface water / groundwater interaction (river subsidence, spring water, etc.), swept sand movement, floating sand movement (transfer and turbulent diffusion), subsidence / winding, sediment.
  • Topographical changes (erosion / sedimentation) due to transportation, and changes in flow conditions caused by topographical changes.
  • FIG. 11 conceptually shows the concept of a coupled system of water, quicksand, and ground floor fluctuations, and the state of reef-like topographic undulations in which slope flow, erosion, sediment movement, and sedimentation due to artificial rainfall are formed.
  • the numerical information obtained by the simulation by the simulation program is the saturation degree, pressure, potential, flow velocity, topographical elevation, suspended sand concentration, earth and sand flux, etc. for each fluid phase (water phase / gas phase).
  • the fields of application of the water-flow and sand coupled analysis are analysis of topographical changes due to water flow, mountain restoration management of mountainous water source areas, integrated water resources management (IWRM: Integrated Water Resources Management), formulation of comprehensive sediment management plans, etc.
  • IWRM integrated Water Resources Management
  • FIG. 12 shows the physical concept of the water cycle model of the area targeted by the simulation program.
  • Figure 13 shows the water cycle model of the entire Japanese archipelago and captures the overall structure of the land and coastal water cycle. This is the result of a simulation using a three-dimensional model in which the land area and coastal ocean area are divided into grids on the order of 1 km in a plane, and the topography and rough geological conditions are input.
  • this model reflects the seafloor topography and the saltwater conditions in the sea area, and can also express the state of groundwater gushing on the coastal seabed around the land area.
  • Figure 14 shows that long-term equilibrium calculations can be performed in the central part of the Japanese archipelago centered on the Kanto region using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system.
  • the flow velocity field is calculated from the pressure distribution and saturation rate distribution, and the three-dimensional trajectory of water droplets due to rainfall permeating from the ground surface and springing out is drawn as a normal projection from the sky.
  • This Fig. 14 shows the original scenery of the water cycle of the Tone River before human beings were added, and the surface water and groundwater flow of the Tone River, for example, does not go to Choshi in Chiba Prefecture but to Tokyo Bay.
  • the left figure of FIG. 15 is a shading map showing the current topography of Kanto
  • the right figure is a shading map showing the topography of Kanto 6,000 years ago.
  • the early Jomon period 6,000 years ago was the Jomon period when the sea level had risen by about 5 m.
  • the right figure in Fig. 15 shows the sea level in the left figure raised by 5 m by computer. It is clearly shown that was invading deep into the Kanto region. It is clear that the land was connected near the current Seki-juku at the tip of the invasion of the sea in the Kanto Plain, and that the Tone River changed its direction to the south and flowed into Tokyo Bay.
  • FIG. 16 shows surface water in the Sagami Bay and Suruga Bay regions analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. It is the result of the water cycle of the groundwater.
  • the results of the analysis show that the rainfall particles input to the ground surface permeate underground and become a large number of submarine springs in Sagami Bay and Suruga Bay.
  • Figure 17 shows the seawater salt concentration obtained by collecting seawater in the depth direction at many measurement points in the coastal area of Suruga Bay in order to demonstrate the accuracy of the above simulation analysis results conducted by Professor Kenji Kato of Shizuoka University.
  • -It shows the measurement data of water temperature, turbidity, electrical conductivity and DO (dissolved oxygen amount).
  • the result of this water quality analysis is St.
  • the salinity of seawater was close to that of freshwater at 96 m on the seabed, and the DO value was zero. It indicates that the oxygen contained in the water was preyed on by bacteria and became zero while the groundwater from Mt. Fuji deeply entered Suruga Bay and slowly flowed down toward the sea.
  • the above-mentioned numerical water quality / quantity analysis method is one of the empirical analysis methods constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment.
  • FIG. 18 shows surface water in the natural state before humans were added in the Norio Plain, which was analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation that constitutes the 4-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system. It is the analysis result of the water cycle of the groundwater. For example, in the natural state of the Nobi Plain in Japan, surface water flows like a mesh on the ground surface, and the analysis results show that the entire area was a wetland. The Nobi Plain hundreds of years ago. From this result, it becomes clear that the lifestyle of the people in Japan was the ring-shaped embankment that surrounds the dwelling with the embankment.
  • FIG. 19 shows, for example, the present state of the 21st century in the Norio Plain, which was analyzed using the water / air two-phase flow analysis function of the simulation constituting the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment.
  • This is the analysis result of the water cycle of surface water and groundwater. From the early modern period to the modern era, artificial embankments were built, surface water rivers were pushed into the embankments, and groundwater was densely flowing under them. Comparisons between FIGS. 18 and 19 show that hundreds of years of human activity are altering the natural water cycle, and a four-dimensional water cycle reproduction, analysis, prediction, and visualization simulation system is a long-term historical phenomenon. It clearly demonstrates that it reproduces.
  • FIG. 20 shows oil, heavy metals, and heat-soluble substances in groundwater from a factory or oil tank using the multiphase flow analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment. This is a conceptual example of analyzing the state in which
  • FIG. 21 shows trichloroethylene (poor solubility) and benzene (solubility) from the impervious tank to the water table using the reactive substance transfer analysis function of the simulation that constitutes the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system. ) It is a conceptual diagram of an example in which the permeation state is analyzed and simulated.
  • FIG. 22 analyzes and simulates the state of pesticide contamination from two pollution sources in a certain area by using the reactive substance transfer analysis function of the simulation that also constitutes the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system. It is a conceptual diagram of an example.
  • the water cycle (surface water / groundwater, seawater) in the natural state of the past area can be reproduced, and the current water cycle (surface water / groundwater) can be reproduced.
  • Seawater urban wastewater, agricultural water, chemicals, etc.
  • the future water cycle (surface water / groundwater, seawater) can be predicted / estimated and visualized. ..
  • Each technical element constituting the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system according to this embodiment has already been concretely established, and the four-dimensional water circulation reproduction / analysis / prediction / visualization according to this embodiment has been established.
  • the simulation system can be concretely realized by a computer.
  • a plane surface is used in order to realize the groundwater vein according to the present invention and the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein. It is possible to visualize the groundwater vein in two dimensions. That is, a certain range generated using either satellite image data, on-site actual measurement data and already published topographical / geological data, or satellite image data or on-site actual measurement data and existing publicly available topographical / geological data.
  • the groundwater vein according to the present invention and the said In order to realize the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein, the groundwater vein can be visualized in a two-dimensional manner.
  • the resistivity method of the dipole-dipole arrangement used for the exploration of groundwater veins is outlined.
  • a large number of electrodes are installed along the survey line in advance, and four poles in a dipole / dipole arrangement are combined to shift the station and the switching station position along the line.
  • the work of finding the specific resistance is executed every time.
  • the value of the resistivity measured by the dipole / dipole arrangement changes along with the change of the electrode spacing, the electrode position, the electrode arrangement shape, etc., and the value of the resistivity to be measured is the true resistivity. It loses its meaning as a value.
  • the value of resistivity to be measured is a quantity that has something to do with the underground structure, and is considered to be the apparent resistivity value ⁇ obtained when the underground structure under the influence of the electrode system is considered to be homogeneous.
  • the water source detection / confirmation system 21 in the groundwater vein of this embodiment that is, the technique for displaying the position of the groundwater in the groundwater vein in a specific ground region in three dimensions and enabling pinpoint boring is provided.
  • FIGS. 24 and 25 a large number of electrode groups 22 (FIG. 24 shows each electrode 22a from electrode numbers 0 to 20) arranged along a survey line in a specific ground region, and the electrode group.
  • 2 poles (electrode number 0, electrode number in the example shown in FIG. 24) out of 4 pole electrodes (each electrode 22a from electrode numbers 0 to 3 in the example shown in FIG. 24) having a dipole-dipole arrangement.
  • the two poles of 3) are used as potential electrodes, and the other two poles (two poles of electrode number 1 and electrode number 2 in the example shown in FIG. 24) are used as current electrodes, and these are combined and switched to perform a specific resistance method.
  • a voltage consisting of two high and low frequencies is applied to the group 24 and the two-pole potential electrode (the first electrode number 0 and the electrode 2a of the electrode number 3) in the dipole-dipole arrangement, and the other A measuring means for detecting currents of two high and low frequencies flowing between the potential electrodes by a two-pole current electrode (electrode number 1 and electrode number 2 electrode 22a for the first time) at each measurement point in the entire specific ground region.
  • the voltage consisting of the two high and low frequencies, and the detected current for each of the two high and low frequencies the specific resistance value for each of the two high and low frequencies in the horizontal and vertical directions at each station in the specific ground region corresponding to each station is determined.
  • the measuring means 25, the resistivity calculating means for each measuring point 31, and the impedance effect calculating means 41 for each measuring point are mounted on the measuring device 30 shown in FIGS. 24 and 25. Further, the measuring device 30 is configured to supply the required electric power by the storage battery B.
  • the lower column of FIG. 24 shows the groundwater vein according to this embodiment, the equivalence resistivity line which is the exploration result of the specific ground area that can be drawn by the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein, and the display concept of the impedance effect. It is a thing. Then, it is possible to estimate that there is a groundwater vein at the station position where the impedance effect> 1 is present.
  • the measuring device 30 includes a program memory 26 that stores the operation program of the groundwater vein of this embodiment and the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein, a control unit 27 that performs overall control based on the operation program, and the like.
  • the measuring means 25 is configured, the voltage for each measuring point consisting of two high and low frequencies is output to the measuring point switching unit 23, and the voltage value for each measuring point is transmitted to the control unit 27.
  • variable frequency voltage output / detection current processing unit 28 and the variable frequency voltage output / detection current processing unit 28 that transmit the value of the detection current for each lateral rotation from the current electrode in the previous period to the control unit 27. It has a frequency changeover switch 29 for switching a voltage frequency between two high and low frequencies (for example, high frequency 40 Hz and low frequency 4 Hz).
  • the measuring device 30 includes a voltage / current storage unit 34 for each station that stores a voltage value for each station and a current value for each station transmitted via the control unit 27, and the measurement.
  • the impedance storage unit 33 for each station to be stored and the impedance effect calculation means 41 for each station are configured, and the impedance effect ( ⁇ 40 / ⁇ 4) of each station is based on the specific resistance values ⁇ 40 and ⁇ 4 for each station. It has an impedance effect calculation unit 42 for each station that calculates the value of, and an impedance effect storage unit 43 for each station that stores the calculation results of the impedance effect calculation unit 42 for each station.
  • the measuring device 30 includes a display unit 44 for displaying various characters and images, a resistivity diagram for each measuring point corresponding to the specific resistance values ⁇ 40 and ⁇ 4 for each measuring point based on the operation program, and each of the above.
  • the impedance effect diagram corresponding to the impedance effect ( ⁇ 40 / ⁇ 4) of the station is drawn on the screen of the display unit 44.
  • each electrode 22a of the electrode group 22 is continuously arranged at equal intervals along a preset survey line in a specific ground region.
  • Each electrode 22a and the station switching unit 23 are connected by a required number of electric cable groups 24.
  • the voltage of two high and low frequencies for each station and the current for each corresponding station are stored in the voltage / current storage unit 34 for each station, and based on these, the specific resistance values ⁇ 40 and ⁇ 4 for each station are stored. Is calculated by the station-to-point ratio resistance calculation unit 32, and the calculation result is stored in the station-to-point ratio resistance storage unit 33.
  • the electrodes are used as they are, and vertical exploration is performed by the Wenner arrangement (or Schlumberger arrangement) by adding contact to the necessary part, and each measurement is performed in the same manner as described above.
  • the specific resistance values ⁇ 40 and ⁇ 4 for each point are calculated by the specific resistance calculation unit 32 for each measurement point, and this is also stored in the specific resistance storage unit 33 for each measurement point. In this way, the outline geological structure of the specific ground area is known. At this time, the geometrical resistivity value and the depth of the surface soil are adopted as they are, and the deep part is treated as an equivalent horizontal layer.
  • the specific resistance value (for example, the specific resistance value ⁇ 40) obtained on one side is measured by the equal specific resistance diagram / measurement for each station.
  • Point-by-point impedance effect The drawing processing unit 45 plots each on the screen of the display unit 44 at the depth immediately below the center point, draws an equal resistivity diagram of the vertical cross section corresponding to the survey line, and interprets the geology together with the Wenner method. ..
  • the impedance effect calculation unit 42 for each station calculates the value of the impedance effect ( ⁇ 40 / ⁇ 4) for each point based on the resistivity values ⁇ 40 and ⁇ 4 for each of the two frequencies in the vertical cross section, and for each station.
  • the values of each impedance effect ( ⁇ 40 / ⁇ 4) are also centered on the screen of the display unit 44 by the impedance effect drawing processing unit 45 for each station and each station. Draw at the depth directly below, draw an impedance effect diagram, and analyze this impedance effect diagram to know the position of the underground water vein where the impedance effect ( ⁇ 40 / ⁇ 4)> 1.
  • FIG. 26 shows the groundwater vein of this embodiment and the resistivity value (upper column) by the Wenner method in the ground area A, for example, obtained by using the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein. It shows the resistivity diagram (middle column), impedance effect diagram (lower column), and distribution diagram (columnar diagram) of rocks, etc. corresponding to the depth by the method.
  • the horizontal axis shows the station 0 to 200 and the vertical axis shows the depth 0 to 90 m.
  • a ground region is shown as a columnar diagram in the rightmost column of FIG. 26.
  • FIG. 27 shows the groundwater vein of this embodiment and Japan acquired by using the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein; the resistivity diagram by the dipole-dipole method in the B ground region (upper column). The impedance effect diagram (lower column) and the distribution map of rocks, etc. corresponding to the depth are shown.
  • the peak of the shallow resistivity layer is 80 to 100 ⁇ m
  • the gravel layer is up to a depth of 10 m
  • the resistivity is 10 to 20 ⁇ m is a shale
  • the resistivity is 20 to 50 ⁇ m is an alternating layer of sandstone and sandstone, about 120 m from the starting point.
  • a normal fault that is inconsistent with the Tertiary layer and descends to the left was estimated.
  • FIG. 28 shows the groundwater vein of this embodiment and the resistivity value (upper column) by the Wenner method in the ground region C, for example, obtained by using the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein. It shows the resistivity diagram (middle column), impedance effect diagram (lower column), and distribution diagram (columnar diagram) of rocks, etc. corresponding to the depth by the method.
  • the lower column of FIG. 28 shows the exploration results based on the impedance effect diagram.
  • FIG. 29 shows the results of exploration of the leaked part of the earth dam in the groundwater region D, for example, in Japan, which was acquired by using the groundwater vein of this embodiment and the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein.
  • the upper column of the figure shows the resistivity diagram by the dipole-dipole method in the D ground region
  • the lower column of the figure shows the impedance effect diagram. Based on the impedance effect diagram in the lower column of the figure, eight small leak points and two large leak points were found.
  • the groundwater vein of this embodiment and the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein are also effective for exploring the leakage point in the ground area where the groundwater pipe exists in a dam or the like.
  • the groundwater vein and the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein pinpoint and confirm the groundwater vein by electrical exploration from the ground surface without actually boring for a specific ground area. It has a novel effect of being able to do it.
  • the technique for realizing the groundwater vein in a specific ground region according to the present invention and the groundwater detection / confirmation system 21 in the groundwater vein, that is, the groundwater vein is visualized in a two-dimensional manner.
  • the position of groundwater in the groundwater vein can be displayed three-dimensionally with pinpoint. That is, a large number of electrode groups arranged along the survey line in a specific ground region, two of the four electrode groups having a dipole / dipole arrangement among the electrode groups are potential electrodes, and the other two poles are current electrodes.
  • a station switching unit that combines and switches between these to perform horizontal exploration and underground vertical exploration of a specific ground region by the specific resistance method and Wenner method, and a two-pole potential electrode with the dipole / dipole arrangement.
  • a measuring means for applying a voltage consisting of two high and low frequencies to the above and detecting a current for each of the two high and low frequencies flowing between the potential electrodes by another two-pole current electrode for each measurement point in the entire specific ground region. Based on the voltage consisting of the two high and low frequencies and the detected current for each of the two high and low frequencies, the specific resistance value for each of the two high and low frequencies in the horizontal and vertical directions at each station in the specific ground region is calculated for each station. It consists of (specific resistance value corresponding to high frequency) / (specific resistance value corresponding to low frequency) based on the specific resistance calculation means for each station and the calculated specific resistance value for each high and low frequency at each station.
  • the groundwater vein is visualized two-dimensionally and two-dimensionally in a specific ground region, and the position of the groundwater in the visualized groundwater vein is three-dimensionally displayed. It is possible to realize a system that can perform pinpoint boring.
  • the four-dimensional water cycle reproduction / analysis / prediction / visualization simulation system described above is used for reproduction / analysis / prediction / visualization of water cycle in a certain area in Japan as described above, for example, water cycle in a specific foreign area. It is possible to apply such as contributing to international contribution by using it for reproduction, analysis, prediction and visualization of the above-mentioned groundwater vein and the groundwater detection / confirmation system 21 in the above-mentioned groundwater vein is the groundwater vein of a specific ground area. It can be widely used for detecting and confirming groundwater or groundwater in the above, or for detecting and confirming groundwater leakage in the ground area where groundwater pipes are buried in dams and the like.

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Abstract

本発明は、特定の地盤領域の地下水脈を検知・確認し、当該地下水脈における地下水をピンポイントで検知・確認できるようにしたシステムを提供するものである。　本発明は、特定の地盤領域の地下水脈を２次元的に可視化しつつ、当該特定の地盤領域に配置される多数の電極群２２と、前記電極群２２のうちダイポール・ダイポール配置となる４極の電極２２ａのうちの２極を電位電極とし、他の２極を電流電極とし、これらを組み合わせ、かつ、切り替えて、水平探査、地下垂直探査を実施する測点切替ユニット２３と、地盤領域全体の測点毎に行う測定手段２５と、前記地盤領域の各測点における水平、垂直方向にわたる高低２周波数別の比抵抗値を測点毎に算出する測点毎比抵抗算出手段３１と、算出した各測点における高低２周波数別の比抵抗値を基に、各測点毎におけるインピーダンス効果を求めてインピーダンス効果＞１の測点位置を地下水脈有りと推定可能とし３次元的に表示できるようにしたものである。

Description

地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム
　本発明は、地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システムに関し、詳しくは、特定の地盤領域の地下水脈を検知・確認し、しかも、地表からの探査で、当該検知・確認した特定の地盤領域の地下水脈における地下水をピンポイントで検知・確認できるようにした地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システムに関するものである。
　従来、一般に、地質調査法に、地質の物理的性質を利用した物理探査の分野があり、その中に電気的性質を利用した電気探査がある。
　前記電気探査の中で、地盤の比抵抗を利用した比抵抗法に地層の垂直変化を捉える垂直探査と、鉱脈や断層などの水平異常を捉える水平探査がある。
　前記水平探査は、密な測定数により垂直探査を合わせた効果が発揮でき、画像により一層わかりやすく、更に地下水の有無や取水量の多少までの判定を可能とすることが知られている。
　特許文献１には、本発明に関連する技術として、衛星画像データと現地実測データと地形・地質データとを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルをシミュレーション結果記憶部に記憶し、３次元地形・地質モデルの地下は初期化モデルを生成し、初期化モデルに対して、過去・近現代再現、及び未来予測のためのパラメータの入力に応じて、演算処理、画像生成処理を実行し、地形・地質モデル等の修正を行って精度を高め、結果をシミュレーション結果記憶部に記憶するとともに、静止画及び動画処理して表示部に表示し、過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を行うように構成した４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムが開示されている。
　この特許文献１の技術によれば、本発明に関連する技術として、地下水脈を多元的に表示し可視化できるものの、水利用の観点からは当該可視化した地下水脈のいずれの位置をピンポイントで掘削（ボーリング）すればよいのかの判断は困難であった。
　すなわち、特許文献１の技術によれば、平面的、２次元的に地下水脈を表示させることができるが、単に当該地下水脈を可視化して見ても、いざ、当該可視化中の地下水脈の如何なる位置をピンポイントでボーリングすれば地下水に突き当たるのかは従来全く人間の勘に頼っていたというのが実情である。
　特許文献２には、本発明に関連する技術として、地中の所定領域に含まれている水分を検出する水分検出装置であって、前記所定領域に入力した交流電流の電流値を測定する複数の電流電極対と、前記交流電流に対応する電圧値を測定する複数の電位電極対と、前記交流電流の周波数を、予め設定された第１周波数から前記第１周波数より高い第２周波数までの間において、所定の周波数間隔で複数の周波数を設定する周波数設定手段と、前記周波数設定手段によって周波数が設定される度に、前記電流値と前記電圧値とを用いて、前記所定領域の比抵抗値を求める比抵抗算出手段と、前記比抵抗値の最大値と最小値とを求め、前記最大値を前記最小値で除した商が小さい程、前記所定領域に含まれている水分が多いと推定する推定手段とを備える水分検出装置が開示されている。
　この特許文献２の技術によれば、比抵抗値の最大値と最小値とを求め、前記最大値を前記最小値で除した商が小さい程、前記所定領域に含まれている水分が多いと推定するようにしているが、このような推定は実験結果に基づくもので、単にこのような装置を用いて、予め検知・確認しないままでの地盤領域の地下水脈における地下水をピンポイントで検知・確認することは困難なことであった。
特開２０１４－３７６７７号公報 特許第６２３５１４６号公報
　本発明は、上述した従来の実情に鑑み開発されたものであり、特定の地盤領域の地下水脈を検知・確認し、しかも、地表からの探査で、当該検知・確認した特定の地盤領域の地下水脈における地下水をピンポイントで検知・確認できるようにした地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システムを提供するものである。
　すなわち、本発明は、本発明に関連する技術としての特許文献1と特許文献２の各システム技術を巧み組み合わせてなる地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システムであり、特許文献１の技術で平面的、２次元的に地下水脈を可視化して、当該可視化した地下水脈における地下水の位置を３次元的に表示してピンポイントでボーリングするようにしたシステムである。
　本発明の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システムは、前記したように、平面的、２次元的に地下水脈を可視化して、当該可視化した地下水脈における地下水の位置を３次元的に表示してピンポイントでボーリングするようにしたシステムである。
　まず、本発明における前記平面的、２次元的に地下水脈を可視化するための技術は、衛星観測画像データ・現地観測データ・既存公表データの地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し実行され、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための各種パラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によるシミュレーションを実行し、シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元及び３次元の静止画及び動画に可視化処理されたものは表示手段に表示し、当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を行うようにしたことを最も主要な特徴とする。
　また、本発明における前記平面的、２次元的に地下水脈を可視化した地下水脈における地下水の位置を３次元的に表示してピンポイントでボーリングできるようにするための技術は、特定の地盤領域に測線に沿って配置される多数の電極群と、前記電極群のうちダイポール・ダイポール配置となる４極の電極を組み合わせ、かつ、切り替えて、比抵抗法により特定の地盤領域の水平探査、地下垂直探査を実施する測点切替ユニットと、前記ダイポール・ダイポール配置となる４極の電極のうちの２極に高低２周波数からなる電圧を印可し、他の２極により前記２極間に流れる高低２周波数別の電流を検出する測定を特定地盤領域全体の測点毎に行う測定手段と、前記高低２周波数からなる電圧、検出した高低２周波数別の電流を基に対応する前記特定地盤領域の各測点における水平、垂直方向にわたる高低２周波数別の比抵抗値を測点毎に算出する測点毎比抵抗算出手段と、算出した各測点における高低２周波数別の比抵抗値を基に、（高周波数に対応する比抵抗値）／（低周波数に対応する比抵抗値）からなる各測点毎におけるインピーダンス効果を求める測点毎インピーダンス効果算出手段と、を有し、インピーダンス効果＞１の測点位置を地下水脈有り、と推定可能としたことを主要な特徴とする。
　請求項１記載の発明によれば、特定の地盤領域の地下水脈を平面的、２次元的に可視化しつつ当該地下水脈における地下水の位置を３次元的にピンポイントで表示可能とした地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システムを実現し提供することができる。
　請求項２記載の発明によれば、特定の地盤領域の地下水脈を平面的、２次元的に可視化できるようにした４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムとともに、当該特定の地盤領域に測線に沿って配置される多数の電極群と、前記電極群のうちダイポール・ダイポール配置となる４極の電極のうち２極を電位電極、他の２極を電流電極とし、これらを組み合わせ、かつ、切り替えて、比抵抗法、ウェンナー法により特定の地盤領域の水平探査、地下垂直探査を実施する測点切替ユニットと、前記ダイポール・ダイポール配置となる２極の電位電極に高低２周波数からなる電圧を印可し、他の２極の電流電極により前記電位電極間に流れる高低２周波数別の電流を検出する測定を特定地盤領域全体の測点毎に行う測定手段と、前記高低２周波数からなる電圧、検出した高低２周波数別の電流を基に対応する前記特定地盤領域の各測点における水平、垂直方向にわたる高低２周波数別の比抵抗値を測点毎に算出する測点毎比抵抗算出手段と、算出した各測点における高低２周波数別の比抵抗値を基に、（高周波数に対応する比抵抗値）／（低周波数に対応する比抵抗値）からなる各測点毎におけるインピーダンス効果を求める測点毎インピーダンス効果算出手段と、を有し、インピーダンス効果＞１の測点位置を地下水脈有り、と推定可能とした構成のシステムを基に、特定の地盤領域の地下水脈を平面的、２次元的に可視化しつつ当該地下水脈における地下水の位置を３次元的にピンポイントで表示可能とした地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システムを実現し提供することができる。
　請求項３記載の発明によれば、前記請求項１又は２記載における測定に用いる電圧の高低２周波数のうち、高周波数は４０Ｈｚ、低周波数は４Ｈｚとした構成の基に前記効果を奏する地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システムを実現し提供することができる。
図１は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムの構成概念を示す概略ブロック図である。 図２は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムの構成を示す概略ブロック図である。 図３は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測シミュレーションシステムにおける気象、水文、地形等の各種項目に関する大量のデータの項目を示す説明図である。 図４は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーション実行による３次元地形モデル流域水循環モデルの領域初期化処理の概念図である。 図５は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションにおける領域初期化処理実行による不飽和帯の発達過程、地表水の出現形成過程、及び地表及び地下の流線軌跡の概念図である。 図６は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの洪水氾濫解析機能による記録豪雨等の実降雨データを用いた洪水氾濫流れ及び河川堤防決壊によるゼロメートル地帯氾濫域シミュレーション事例を示す概略図である。 図７は実施例にかかる４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの多相流解析機能による飽和・不飽和地盤内における水より比重の大きな汚染原液の地下浸透の解析例を示す概略図である。 図８は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションにおける淡塩密度流解析機能による沿岸域の塩水侵入シミュレーション事例を示す概略図である。 図９は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションにおける反応性物質移行解析機能による湖沼へ流入する河川とその流域からのインパクトを解析した事例を概念的に示す図である。 図１０は実施例にかかる４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションにおける多成分ガス輸送解析機能における原位置実験系における人工バリア中のガス移行挙動の三次元シミュレーション事例を示す概略図である。 図１１は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションにおける水・流砂連成解析機能による水・流砂・地盤床変動連成系の概念及び人工降雨による斜面流、浸食、土砂移動、堆積がリーフ状の地形起伏形成状態を概念的に示す概略図である。 図１２は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションプログラムが対象とする地域圏の水循環モデルの物理的概念を示す説明図である。 図１３は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して解析した日本列島全体の人為が加わらない以前の自然状態の表流水と地下水を一体とした水循環の原風景を示す概略図である。 図１４は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して解析した関東地方の人為が加わらない以前の自然状態の表流水と地下水を一体とした水循環の原風景を示す概略図である。 図１５は４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーション解析実証の歴史的事実比較解析手法の一例を示す現在及び６０００年前の縄文時代の関東地方の地形の陰影図である。 図１６は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する水・空気の２相流解析機能を使用して解析した相模湾、駿河湾領域の表流水と地下水及び湧水等の人為が加わらない以前の自然状態の水循環を示す概略図である。 図１７は４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーション解析の実証の水質・水量数値分析手法の一例を示すものであり、駿河湾沿岸域において数多くの測定ポイントで、深さ方向に海水を採取し、海水塩分濃度・水温・濁度・電気伝導度及びＤＯ（溶存酸素量）の水質分析データを示す説明図である。 図１８は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して解析した、濃尾平野における人為が加わらない以前の自然状態の表流水と地下水一体の水循環の概略図である。 図１９は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して解析した濃尾平野の２１世紀の現在の表流水と地下水一体の水循環の概略図である。 図２０は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの多相流解析機能を使用して工場やオイルタンクから地下水に油分、重金属、熱溶解性物質が流れる状態をシミュレーションする場合を概念的に示す概略図である。 図２１は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションプログラムの反応性物質移行解析機能を使用して難透水槽から地下水面へのトリクロロエチレン（難溶解性）、ベンゼン（溶解性）浸透状態をシミレーションした概略図である。 図２２は実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの反応性物質移行解析機能を使用して解析した、ある地域の２箇所の汚染源からの農薬汚染の状態をシミレーションした概略図である。 図２３は実施例にかかる４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの処理の流れを示す概略フローチャートである。 図２４は実施例に係る地下水脈における地下水の検知・確認システムの全体構成及び地盤探査結果の概念を示す概略図である。 図２５は実施例に係る地下水脈における地下水の検知・確認システムの全体構成を示す概略ブロック図である。 図２６は実施例に係る地下水脈における地下水の検知・確認システムによる探査結果としての例えば日本国；Ａ地盤領域におけるダイポール・ダイポール法による等比抵抗線図（上欄）、インピーダンス効果図（下欄）及び深度に対応した岩石等の分布図（柱状線図）を示す概略探査結果図である。 図２７は実施例に係る地下水脈における地下水の検知・確認システムによる探査結果としての例えば日本国；Ｂ地盤領域におけるウェンナー法による比抵抗値（上欄）、ダイポール・ダイポール法による等比抵抗線図（中欄）、インピーダンス効果図（下欄）及び深度に対応した岩石等の分布図（柱状線図）を示す概略探査結果図である。 図２８は実施例に係る地下水脈における地下水の検知・確認システムによる探査結果としての例えば日本国；Ｃ地盤領域におけるダイポール・ダイポール法による等比抵抗線図（上欄）、インピーダンス効果図（下欄）及び深度に対応した岩石等の分布図（柱状線図）を示す概略探査結果図である。 図２９は実施例に係る地下水脈における地下水の検知・確認システムによる例えば日本国；Ｄ地盤領域におけるアースダムの漏水個所の探査結果としてのダイポール・ダイポール法による等比抵抗線図及びインピーダンス効果図を示す概略探査結果図である。
　本発明の特定地盤領域の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システムに関する平面的、２次元的に地下水脈を可視化するための技術は、国土等の一定範囲の地圏における過去から未来までの水循環状況を再現・解析・予測・可視化するコンピュータを用いた４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムであって、衛星画像データと現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データ、或いは衛星画像データ又は現地実測データのいずれかのデータと既存公表されている地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための気象、水文、地形、土地利用、地質、土砂、水利用、人工物、流体物性、化学物質特性に関する各種パラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によるシミュレーションを実行し、そのシミュレーション結果は水質・水量数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され必要に応じ地形・地質モデル等の修正を行ってシミュレーション精度を高め、シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元又は３次元の静止画及び動画処理して表示手段に表示し、当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を行う構成により実現した。
　また、上述した特定地盤領域の地下水脈を平面的、２次元的に可視化した当該地下水脈における地下水（又は水源）の位置を３次元的に表示して、ピンポイントでボーリングできるようにするための技術は、特定の地盤領域に測線に沿って配置される多数の電極群と、前記電極群のうちダイポール・ダイポール配置となる４極の電極のうち２極を電位電極、他の２極を電流電極とし、これらを組み合わせて、かつ、切り替えて、比抵抗法、ウェンナー法により特定の地盤領域の水平探査、地下垂直探査を実施する測点切替ユニットと、前記ダイポール・ダイポール配置となる２極の電位電極に高低２周波数からなる電圧を印可し、他の２極の電流電極により前記電位電極間に流れる高低２周波数別の電流を検出する測定を特定地盤領域全体の測点毎に行う測定手段と、前記高低２周波数からなる電圧、検出した高低２周波数別の電流を基に対応する前記特定地盤領域の各測点における水平、垂直方向にわたる高低２周波数別の比抵抗値を測点毎に算出する測点毎比抵抗算出手段と、算出した各測点における高低２周波数別の比抵抗値を基に、（高周波数に対応する比抵抗値）／（低周波数に対応する比抵抗値）からなる各測点毎におけるインピーダンス効果を求める測点毎インピーダンス効果算出手段と、を有し、インピーダンス効果＞１の測点位置を地下水脈有り、と推定可能とした構成により実現した。
　以下、図面を参照して、まず、実施例に係る特定の地盤領域の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を実現するための「平面的、２次元的に地下水脈を可視化するための技術」について詳細に説明する。
　後記には、実施例に係る特定の地盤領域の地下水脈を及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を実現するための「平面的、２次元的に可視化した地下水脈における地下水の位置を３次元的に表示して、ピンポイントでボーリングできるようにするための技術」について詳細に説明する。
　以下、本発明の実施例に係る地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を実現するための平面的、２次元的に地下水脈を可視化するための技術である４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムについて詳細に説明する。
　すなわち、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムは、図１に示すように、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する４次元水循環再現・解析・予測シミュレーション（以下「シミュレーション」という）は、そのシミュレーションが要請される水問題解決のための課題の明確化の基にシミュレーションプログラムが組まれ、シミュレーションに必要なデータは衛星画像データ、現地実測データ、既存公表データ（或いは衛星画像データ又は現地実測データのいずれかのデータと既存公表されている地形・地質データを用いても良い）等で構成される多数のデータが収集インプットされ、そのシミュレーション結果は水質・水量数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され、実際と解析結果の齟齬が発生した場合は再度、シミュレーションプログラムにおける地形・地質モデル等の修正を行い、対象地域の水循環を正確に再現することを実現する。
　更に、このシミュレーション解析結果は２次元又は３次元の静止画及び動画に処理され、今まで人間が目にできなかった地下水を含む解析対象地域の水循環の可視化を実現していく。
　前記４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションは、図２に示すように、４次元水循環再現・解析・予測シミュレーションプログラム（以下「シミュレーションプログラム」という）を格納したプログラムメモリ１２と、全体の制御を行うとともにシミュレーションプログラムに基づく各種処理の制御を行う制御部１１と、４次元水循環再現・解析・予測処理に必要な各種データを収集蓄積するデータベース１３と、シミュレーションプログラムに基づき４次元水循環再現・解析・予測処理に必要な各種演算を実行する演算部１４と、シミュレーションプログラムに基づくシミュレーション処理に応じた画像生成処理を行う画像生成処理部１５と、シミュレーションプログラムに基づくシミュレーション結果を記憶するシミュレーション結果記憶部１６と、データ入力用のキーボード１７、マウス１８と、データ出力用のカラープリンタ１９、表示部２０と、を有している。
　前記データベース１３には、４次元水循環再現・解析・予測処理を実行するために、図３に示すように、気象、水文、地形等の各種データ項目に関する大量のデータが収集蓄積される。前記データには遠い過去から近現代、更には未来予測に関する気象、水文等に関するデータが含まれる。
　この場合、各種項目に関する大量のデータの収集蓄積は、衛星画像データや実際の現地調査データや公開されている既存の水文水質データベース、気象データベース等の外部データベースや、理科年表等の公知文献等から行うことができる。
　次に、前記シミュレーションプログラムにおける４次元水循環再現・解析・予測処理に関する機能について詳述する。
　前記シミュレーションプログラムは、東京大学登坂博行教授、株式会社地圏環境テクノロジー提供のGETFLOWS（GEneral purpose Terrestrial fluid-FLOW Simulator）：登録商標）を採用している。
　このGETFLOWSは、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する基幹技術であり、既に技術的に確立しているものである。
　前記シミュレーションプログラムは、地圏流体モデリングと数値シミュレーションを行うプログラムであり、陸域における水循環システムを多相多成分流体系として定式化し、従来困難であった地上及び地下の水の流れを一体化させた点に特徴がある。
　すなわち、一般的な地下水解析、河川流出解析、洪水・氾濫解析、地表水・地下水の相互作用解析、汚染物質を含む移流分散解析、油層解析、熱解析などを行う。
　前記シミュレーションプログラムは、地表水を含めた水・空気２相流動シミュレーションにより、陸水系における水の流れを表現する水・空気２相流解析機能、豪雨や破堤による洪水氾濫流を伴う地表水流動を解析する洪水氾濫解析機能、地上・地下地盤中における水相、空気相、汚染原液相の解析を行う多相流解析機能、流体相（水・ガス相）による熱移流、土壌・岩盤等の固相中の熱伝導を解析する水・熱連成解析機能、沿岸域における淡水と海水の相互作用（密度流）を考慮した流体挙動を解析する淡塩密度流解析機能、流域内で発生する汚濁物質と地上、地下における物質移動過程をシミュレートする反応性物質移行解析機能、反応性物質移行解析機能、放射性廃棄物・一般ごみ等廃棄物から発生するガスや埋設管漏えいガスの地下地盤中の移動挙動を解析する多成分ガス輸送解析機能、及び山間地の地下水又は水源における地下水涵養機能の空間的、長期的な変化を解析する水・流砂連成解析機能を主要な要素としている。
　前記４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムの基本的な処理の流れは、図２３に示すようにデータベース１３に蓄積した衛星画像と既存の地形データとを用いて演算部１４、画像生成処理部１５の動作により一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを生成してデータベース１３に記憶し、次に前記シミュレーションプログラムにより、３次元地形・地質モデルの地下は飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成してシミュレーション結果記憶部１６に記憶し、前記初期化モデルに対する過去・近現代再現、及び未来予測のための気象、水文、地形、土地利用、地質、土砂、水利用、人工物、流体物性、化学物質特性に関する各種パラメータの前記キーボード１７等からの入力に応じて、演算部１４、画像生成処理部１５の動作により当該一定範囲の地圏における過去から未来に至る４次元水循環状況の画像及び数値による再現・解析・予測を行い、シミュレーション結果記憶部１６に記憶し、必要に応じて表示部２０に表示し、カラープリンタ１９によりプリント出力するものである。
　前記シミュレーションプログラムに含まれる諸機能について以下に詳述する。
　＜水・空気２相流解析機能＞
　この機能は、地表水を含めた水・空気２相流動シミュレーションにより、陸水系における水の流れを詳細に表現する。また、陸水系における流体分布の初期状態は領域初期化により再現し、そこで生じる様々な現象を解析する。
　水・空気２相流解析機能における地形・地質、蛇行した河道・河床地形、人工物などの複雑な空間表現は、コーナーポイント型差分格子と呼ばれる任意ジオメトリの６面体格子により柔軟にモデル化が可能としている。
　また、地形・地質モデルデータの1つ1つの格子毎、或いは格子の面毎に物性データを与えることができるため、トンネル壁面、シートや壁状の人工構造物、異方性地盤等の表現が容易に行えるものである。
　前水・空気の２相流解析機能の適用分野としては、地表水・地下水の相互の作用解析（河川瀬切れ、湧水・涵養、河川の維持流量評価、水資源利用計画の適正化等々）、河川流出解析、飽和・不飽和浸透流解析、トンネル、ダム、遊水地、地下構造物等の建設工事による環境影響評価、水資源賦存量予測、揚水計画の適正化等の例を挙げることができる。
　図４上欄に３次元地形モデルの領域初期化処理の概念図を示す。
　図４中欄に示すように一定量の降水量（地下水涵養量と同じ１～２ｍｍ／日）を入力して計算を開始する。これにより、地表面に空気と水が浸入し、水より重い塩水が少しずつ海や川へ押し出されていく様子が得られる。
　図４下欄に示すように、数万年程度にわたる計算により、ほぼ現在と同程度の塩水、地下水位、河川流量などの水の分布が計算できる。そして、降雨と地下水位、地下水流出がバランスする状態が得られる。以上で実際の降水量データを用いた計算を実行する準備が完了する。
　次に、領域初期化シミュレーションを実行し、地形・地質等の格子を作成し、透水係数等の水理パラメータを格子に設定し、計算を開始する。まず、流域水循環モデルの格子を塩水で満たす（初期条件）。
　図５に領域初期化シミュレーションにより得られた不飽和帯の発達過程、地表水の出現形成過程、地表及び地下の流線軌跡概念図を示す。
＜洪水氾濫解析機能＞
　この機能は、豪雨や破堤による洪水氾濫流を伴う地表水流動シミュレートする機能である。
　前記シミュレーションプログラムでは、運動方程式の慣性項や速度項を省略した拡散波近似によって地表流動を解析し、様々な豪雨パターンや破堤条件に対して大きな水の動きを安定、かつ、高速に追跡することができるようにしている。
　河川等氾濫域や氾濫水量を予測することで、都市部の排水設計や災害時の避難計画の策定を支援するツールとなる。
　また、地盤内の地下水（空気も含めて）と同時に解くため、豪雨時の急激な地下水位上昇と内水氾濫を表現し、その発生地点や浸水域・浸水量を予測することができる。
　シミュレーションによって得られる数値情報は、氾濫範囲・水量、圧力、ポテンシャル、水深・水位、流速等である。
　図６に記録豪雨等の実降雨データを用いた洪水氾濫流れ及び河川堤防決壊によるゼロメートル地帯氾濫域シミュレーション事例の概念図を示す。
　洪水氾濫解析の適用分野としては、豪雨時の浸水域予測、内水氾濫、河川堤防決壊後の氾濫域予測、低平農地における湛水被害域の予測と暗渠・ポンプ等排水対策の効果検討、沿岸域における高潮氾濫及び記録豪雨による内水氾濫の浸水範囲予測等の例を挙げることができる。
＜多相流解析機能＞
　この機能は、地上・地下地盤中における水相、空気相、汚染原液相（非水溶性流体Non-Aqueous Phase Liquid：NAPL）の多相同時流れを実用レベルの３次元ソルバーにより解析するものである。
　前記汚染原液相は、有機溶剤や炭化水素系の非水溶性流体を対象とし、物質毎の流体物質（比重、粘性係数など）を詳細に与えることができる。
　地盤中のNAPL相の移動し易さ（可動性：Mobility）は、油層シミュレーション等で一般的なStone（1970、1973）やParker（1987）他の３相流パラメータ（相対浸透率曲線）を与え、流体相の相互置換挙動を追跡することができる。
　また、NAPL相が不飽和帯の空気や地下水と接触することで生じる揮発・溶解（相間移動）や、不飽和帯中あるいは水相中での物質移動を同時に考慮することができる。
　シミュレーションによって得られる数値情報は、地下水相中の汚染物質濃度、ガス相中の汚染物質濃度、水相・ガス相・NAPL相の飽和度、圧力、ポテンシャル、水深・水位や流速等である。
　図７に飽和・不飽和地盤内における水より比重の大きな汚染原液（DNAPL）の地下浸透の解析例を示す。汚染原液相から地下水相への溶解と移流分散過程を考慮した多相多成分系を対象とした２０日後、１００日後のシミュレーション事例の概念図である。
　多相流解析の適用分野としては、重金属、NAPL等による地下水・土壌汚染サイトの汚染範囲変化の予測、各種対策工（揚水、バリア井戸、止水壁、エアスパージング、土壌ガス吸引、バイオレメディエーション等）の効果検討と選定、河川や水辺環境における漏えい有害物質の挙動予測・リスクアセスメント、石油・ＬＰＧ等のエネルギー地下備蓄施設における各種設計解析・環境影響予測などである。
＜淡塩密度流解析機能＞
　この機能は、沿岸域における淡水と海水の相互作用（密度流）を考慮した流体挙動をシミュレートする。
　前記シミュレーションプログラムでは、通常、陸域と海域の双方をモデル化して、海域には陸域地形と連続した海底地形を直接組み込む。そして、海水は塩分を含んだ地表水として表現し、海底の地下水と同時に解かれる。
　地表水、地下水を区別することなく、いずれも水相中に含まれる塩分量の相違によって、沿岸域に形成される淡塩漸移帯とその周囲に生じる密度流を解析することが可能である。
　また、潮汐や海水準変動による海水位の動的変化を考慮することで、陸域で生じる影響圏や水位応答の距離減衰を解析するなどして、地下地盤物性分布を同定することが可能となる。
　沿岸域での水資源開発では、井戸による海水の引き込みや揚水の塩分濃度変化を再現・予測し、各種水質基準を考慮した適正揚水量の評価等を行う。シミュレーションによって得られる数値情報は、塩分濃度、水相・ガス相の飽和度、圧力、ポテンシャル、水深・水位、流速等である。
　淡塩密度流解析の適用分野としては、淡塩漸移帯を伴う密度流問題、潮汐・海水準変動解析、沿岸域地下ダム建設にともなう水環境影響評価、離島淡水レンズ水資源量予測等である。
　図８に沿岸域における塩水侵入シミュレーション事例の概念図を示す。
　地形、地層分布、降水、海水位変化等の自然条件とバランスする塩淡漸移帯を解析したものである。
＜反応性物質移行解析機能＞
　この機能は、流域内で発生する汚濁物質と地上、地下における物質移動過程を詳細にシミュレートする。
　汚濁負荷の発生は、都市域における生活排水や事業所排水、農地への施肥や畜産糞尿に関するものなど多岐にわたる。
　発生源や汚濁物質の違いによっても、分解・反応過程や地下への侵入経路、その後の移動形態は様々である。
　前記シミュレーションプログラムでは、点源、非特定排出源からの様々な汚濁物質について、分解・化学反応による物質の動態変化を考慮しながら、河川輸送、地盤内侵入、収着・脱離、移流分散等の物質移動過程を取り込んだより自然な物理モデルを実現し提供する。
　これによって、従来の巨視的な視点から汚濁負荷量を強制的に与える原単位法では困難であった遅延現象やその他の物質移動過程の詳細なメカニズムを知る手掛かりを得ることができる。
　シミュレーションによって得られる数値情報は、各物質の水中における濃度、固相中の濃度、水相・ガス相の飽和度、圧力、ポテンシャル、水深・水位、流速等である。
　反応性物質移行解析の適用分野としては、硝酸態窒素汚染、閉鎖性水域への汚濁負荷量予測、放射性廃棄物の地層処分システム性能評価（核種移行・被爆線量評価）等である。
　図９に湖沼へ流入する河川とその流域からのインパクトをシミュレーションによって解析した事例の概念図を示す。
＜多成分ガス輸送解析機能＞
　この機能は、放射性廃棄物・一般ごみ等廃棄物から発生するガスや埋設管漏えいガスの地下地盤中の移動挙動を詳細にシミュレートする。
　地盤中のガス移動は、水・空気２相流動シミュレーションと同様に一般化ダルシー則によって記述され、間隙圧の蓄積・上昇に伴って生じる溶解・遊離、媒体の空隙変形と浸透率の増加等の浸透パラメータの圧力依存の動的変化を考慮した解析が可能となる。
　また、ガス相に含まれる物質成分（付臭剤やトレーサ）が各種相変化や吸着・脱離を伴いながら移動する等、フィールド条件や試験系に応じた詳細解析が可能となる。
　シミュレーションによって得られる数値情報は、水相・ガス相の飽和度、水相・ガス相中の物質濃度、圧力、ポテンシャル、水深・水位、流速等である。
　多成分ガス輸送解析の適用分野としては、埋設管損傷部からの漏えいガス拡散移動、放射性廃棄物や金属容器腐食により生じるガスの移行挙動、二酸化炭素地中処分におけるＣＯ２圧入・溶解とキャップロックによる封じ込め性能解析等である。
　図１０に原位置実験系における人工バリア中のガス移行挙動の三次元シミュレーション事例の概念図を示す。
　模擬廃棄体から発生したガスが間隙水中に溶解し・移動するプロセスを追跡・再現する状態を概念的に示している。
＜水・流砂連成解析機能＞
　この機能は、地表水、地下水を一体化した流動モデルと流砂輸送モデルをカップリングし、山間地の地下水又は水源における地下水涵養機能の空間的、長期的な変化を解析するものである。
　考慮できる水文素過程は、地表水、地下水流動、地表水・地下水相互作用（河川の伏没や湧水等）、掃流砂移動、浮遊砂移動（移流及び乱流拡散）、沈降・巻き上げ、土砂輸送による地形変化（侵食・堆積）、地形変化によって生じる流況変化である。
　図１１に水・流砂・地盤床変動連成系の概念及び人工降雨による斜面流、浸食、土砂移動、堆積がリーフ状の地形起伏形成状態を概念的に示している。
　前記シミュレーションプログラムによるシミュレーションによって得られる数値情報は流体相毎（水相・ガス相）の飽和度、圧力、ポテンシャル、流速、地形標高、浮遊砂濃度や土砂フラックス等である。
　水・流砂連成解析の適用分野としては水流による地形変化の解析、山間地水源域の治山管理、統合型水資源管理（IWRM：Integrated Water Resources Management）、総合土砂管理計画の策定等である。
　図１２は、前記シミュレーションプログラムが対象とする地域の水循環モデルの物理的概念を示すものである。
　次に、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムの具体的活用例について説明する。
　図１３は、日本列島全体の水循環モデルを示し、陸域・沿岸水循環の大局構造を捉えたものである。これは、陸域及び沿岸海洋部を平面的に１ｋｍオーダーのグリッドに分割し、地形及び大まかな地質状況を入力した３次元モデルによるシミュレーションの結果である。
　このスケールの格子システムの計算では、大地形による地表や地下の流動系の構造推定、広域の水資源量評価、温暖化による地下水淡水資源量の変化の予測、潜在水力発電ポテンシャル等の例えば日本国の全国概要評価を目的としたものである。
　また、このモデルには海底地形が反映され、海域の塩水条件が反映されており、陸域周辺の沿岸海底での地下水湧出の様子も表現できる。
　図１４は、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して関東地方を中心とする日本列島中央部において長期平衡計算を行い得られた圧力分布、飽和率分布から流速場を計算し、降雨による水滴が地表面から浸透し湧出する３次元的軌跡を天空からみた正射影として描いたものである。
　この図１４は人為が加わらない以前の利根川の水循環の原風景を示しており、利根川の表流水及び地下水の流れは、例えば千葉県の銚子に向かわず東京湾に向かっている。
　図１５の左図は、現在の関東の地形を示す陰影図であり、右図は６，０００年前の関東の地形を示す陰影図である。６，０００年前の縄文前期は海面が約５ｍ上昇していた縄文海進時代であり、図１５の右図は左図の海面をコンピュータで５ｍ上昇させたものであり、縄文時代には海が関東の奥深くまで浸入していたことが明瞭に表されている。関東平野の海の浸入の先端の現在の関宿付近で陸地が繋がっていて、利根川はここで流れの方向を南に変えて東京湾に流れ込んでいたことが明瞭である。
　このような歴史的事実比較検証手法によって上記シミュレーション解析の結果は人為が加わらない以前の関東の水循環の原風景を示していると実証でき、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムが客観的で正確な水循環を社会に提供していくことが可能となる。
　図１６は、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して解析した、相模湾、駿河湾領域の表流水と地下水一体の水循環の結果である。地表面に入力された降雨粒子が地下に浸透し、相模湾、駿河湾で多数の海底湧水となっていくことが解析の結果が示している。
　図１７は、静岡大学の加藤憲二教授によって行われた、上記シミュレーション解析結果の正確性の実証のため、駿河湾沿岸域において数多くの測定ポイントで、深さ方向に海水を採取し、海水塩分濃度・水温・濁度・電気伝導度及びＤＯ（溶存酸素量）の測定データを示すものである。この水質分析結果のＳｔ．Ｔ１－８Ｇ測定ポイントにおいて、海底９６ｍ地点で海水の塩分濃度が淡水に近いことが確認され、更にそのＤＯはゼロという数値を得た。それは富士山からの地下水が深く駿河湾に入り込みゆっくり海に向かって流下する間に水に含まれていた酸素がバクテリアに捕食されゼロになったことを示している。
　このような数値の水質・水量分析手法によって、上記シミュレーションの地下水解析の結果は正しいことが実証でき、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムが客観的で正確な水循環の姿を社会に提供していくことが可能となる。
　上述した数値の水質・水量分析手法は、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する実証分析手法の一つである。
　図１８は４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気２相流解析機能を使用して解析した、濃尾平野における人為が加わらない以前の自然状態の表流水と地下水一体の水循環の解析結果である。
　例えば日本国の濃尾平野の自然状態では、地表面を表流水が網の目のように流れていて、一帯が湿地帯であった解析結果となっていて、数百年前の濃尾平野の人々の生活形態は住居を堤防で囲う輪中堤であったことがこの結果からも明らかになってくる。
　図１９は本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの水・空気の２相流解析機能を使用して解析した例えば濃尾平野の２１世紀の現在の表流水と地下水一体の水循環の解析結果である。近世から近代にかけて人為的な堤防が造られ、表流水の河川は堤防の中に押し込められており、地下水はそれらの下を密度濃く流下している解析結果となっている。
　図１８、図１９の比較によって数百年の人為の営みが、自然の水循環を変質させていることが示されており、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムが長期の歴史的現象を再現していることを明瞭に実証している。
　図２０は、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの多相流解析機能を使用して工場やオイルタンクから地下水に油分、重金属、熱溶解性物質が流れる状態を解析する場合を概念的に示すものである。
　図２１は、４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの反応性物質移行解析機能を使用して難透水槽から地下水面へのトリクロロエチレン（難溶解性）、ベンゼン（溶解性）浸透状態を解析シミュレーションした事例の概念図である。
　図２２は、同じく４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成するシミュレーションの反応性物質移行解析機能を使用して、ある地域の２箇所の汚染源からの農薬汚染の状態を解析シミュレーションした事例の概念図である。
　以上説明した４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムによれば、過去の地域本来の自然状態での水循環（表流水・地下水、海水）を再現したり、現在の水循環（表流水・地下水、海水）の状態、都市排水、農業用水、化学物質等の循環の状況を解析、推定したり、未来における水循環（表流水・地下水、海水）状態を予測・推定し可視化することが可能となる。
　これにより、国土の一定地域の陸域で生じる様々な水問題（水資源、水環境、水災害）において要請される実用的、かつ、客観的で、地上及び地下の水の流れを一体化して把握し、再現・解析・予測・可視化することが可能になる４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを実現し提供できるという極めて斬新な効果を奏する。
　本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムを構成する各技術要素は、既に具体的に確立しているとともに、本実施例に係る４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムは、コンピュータにより具体的に実現できることは勿論である。
　上述したように、本実施例の４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムによれば、本発明に係る地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を実現するために、平面的、２次元的に地下水脈を可視化することができる。
　すなわち、衛星画像データ、現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データ、或いは衛星画像データ又は現地実測データのいずれかのデータと既存公表されている地形・地質データを用いて生成した一定範囲の地圏における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基にコンピュータに組み込まれたシミュレーションプログラムの実行によって、過去における地域本来の自然状態での水循環（表流水・地下水、海水）を再現したり、現在における水循環（表流水・地下水、海水）状態、都市排水、農業用水、海水淡水化、化学物質等の水循環の状況を解析、推定したり、未来における水循環（表流水・地下水、海水）状態を予測し推定することが可能となり、これらの解析結果を可視化することにより、本発明に係る地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を実現するために、平面的、２次元的に地下水脈を可視化することができる。
　以下、図面を参照して、実施例に係る前記平面的、２次元的に可視化した特定の地盤領域の地下水脈における地下水の位置を３次元的に表示して、ピンポイントでボーリングできるようにするための技術について詳細に説明する。
　最初に地下水脈の探査に採用されているダイポール・ダイポール配置の比抵抗法について概説する。
　一般に、比抵抗法は、あらかじめ測線に沿って多数の電極を設置しておき、ダイポール・ダイポール配置となる４極を組み合わせて、測点を、切替え測点位置を測線に沿ってシフトさせ測点毎に比抵抗を求める作業を実行するものである。
　この場合、地下構造が均質でない時には、電極間隔、電極位置、電極配置形などの変化とともに、ダイポール・ダイポール配置で測定する比抵抗の値も変化し、測定する比抵抗の値は真の比抵抗値としての意味を失う。
　しかし、測定する比抵抗の値は、地下構造と何らかの関係がある量であり、その電極系の影響下にある地下構造を均質であるとみなした時に得られる見掛け比抵抗値ρと考えられる。
　次に、本実施例に係る地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１に関する特定の地盤領域の地下水脈における地下水の位置を３次元的に表示して、ピンポイントでボーリングできるようにするための技術について説明する。
　本実施例の地下水脈における水源の検知・確認システム２１、すなわち、特定の地盤領域の地下水脈における地下水の位置を３次元的に表示して、ピンポイントでボーリングできるようにするための技術は、図２４、図２５に示すように、特定の地盤領域に測線に沿って配置される多数の電極群２２（図２４には電極番号０～２０までの各電極２２ａを示す）と、前記電極群２２のうちダイポール・ダイポール配置となる４極の電極（図２４に示す例においては電極番号０～３までの各電極２２ａ）のうち２極（図２４に示す例においては電極番号０、電極番号３の２極）を電位電極、他の２極（図２４に示す例においては電極番号１、電極番号２の２極）を電流電極とし、これらを組み合わせて、かつ、切り替えて、比抵抗法、ウェンナー法により特定の地盤領域の水平探査、地下垂直探査を実施する測点切替ユニット２３と、前記電極群２２の各電極２２ａと、前記測点切替ユニット２３とを接続する所要数の電気ケーブル群２４と、前記ダイポール・ダイポール配置となる２極の電位電極（初回は電極番号０、電極番号３の電極２ａ）に例えば静電容量切り替え式で高低２周波数からなる電圧を印可し、他の２極の電流電極（初回は電極番号１、電極番号２の電極２２ａ）により、前記電位電極間に流れる高低２周波数別の電流を検出する測定を特定地盤領域全体の測点毎に行う測定手段２５と、前記高低２周波数からなる電圧、検出した高低２周波数別の電流を基に対応する前記特定地盤領域の各測点における水平、垂直方向にわたる高低２周波数別の比抵抗値を測点毎に算出する測点毎比抵抗算出手段３１と、算出した各測点における高低２周波数別の比抵抗値を基に、（高周波数に対応する比抵抗値ρＨ）／（低周波数に対応する比抵抗値ρＬ）からなる各測点毎におけるインピーダンス効果を求める測点毎インピーダンス効果算出手段４１と、を有している。
　前記測定手段２５、測点毎比抵抗算出手段３１、測点毎インピーダンス効果算出手段４１は、図２４、図２５に示す測定装置３０に搭載されている。
　また、前記測定装置３０に対しては、蓄電池Ｂにより所要の電力供給を行うように構成している。
　なお、図２４下欄は本実施例に係る地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１により描画できる特定地盤領域の探査結果である等比抵抗線、及びインピーダンス効果の表示概念を示すものである。
　そして、インピーダンス効果＞１の測点位置を地下水脈有り、と推定可能としたものである。
　次に、本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１における特に前記測定装置３０の詳細構成について図２５を参照して説明する。
　前記測定装置３０は、本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１の動作プログラムを格納したプログラムメモリ２６と、前記動作プログラムに基づき全体の制御を行う制御部２７と、前記測定手段２５を構成するとともに、前記測点切替ユニット２３に対して高低２周波数からなる測点毎の電圧を出力し、かつ、当該測点毎の電圧の値を制御部２７に伝送し、また前期電流電極からの側転ごとの検出電流の値を制御部２７に伝送する可変周波数電圧出力・検出電流処理部２８、及び可変周波数電圧出力・検出電流処理部２８が出力する測点毎の電圧の周波数を高低２周波数（例えば高周波数４０Ｈｚ、低周波数４Ｈｚ）に切り替える周波数切替スイッチ２９と、を有している。
　また、前記測定装置３０は、前記制御部２７を介して伝送される前記測点毎の電圧の値、測点毎の電流の値を記憶する測点毎電圧・電流記憶部３４と、前記測点毎比抵抗算出手段３１を構成する前記電圧、電流に基づき測点毎の比抵抗値ρ４０、ρ４を算出する測点毎比抵抗算出部３２及び測点毎比抵抗算出部３２の算出結果を記憶する測点毎比抵抗記憶部３３と、前記測点毎インピーダンス効果算出手段４１を構成するとともに前記測点毎の比抵抗値ρ４０、ρ４を基に各測点のインピーダンス効果（ρ４０／ρ４）の値を算出する測点毎インピーダンス効果算出部４２及び測点毎インピーダンス効果算出部４２の算出結果を測点毎に記憶する測点毎インピーダンス効果記憶部４３と、を有している。
　更に、前記測定装置３０は、各種文字、画像を表示する表示部４４と、前記動作プログラムに基づき前記測点毎の比抵抗値ρ４０、ρ４に対応する測点毎等比抵抗線図、前記各測点のインピーダンス効果（ρ４０／ρ４）に対応するインピーダンス効果図を前記表示部４４の画面に描画する測点毎等比抵抗線図・測点毎インピーダンス効果描画処理部４５と、各種文字等の入力操作を行う入力操作部４６と、前記蓄電池Ｂとを具備している。
　次に、本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム１による地盤探査の一連の工程について説明する。
　本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１による地盤探査は、特定の地盤領域において予め設定した測線に沿って電極群２２の各電極２２ａを等間隔で連続配置し、各電極２２ａと、前記測点切替ユニット２３とを所要数の電気ケーブル群２４により接続する。
　次に、等間隔で連続配置する多数の電極２２ａの起点側で、ダイポール・ダイポール配置となる４極を組み合わせ、例えば４０Ｈｚと４Ｈｚの高低２周波数の電圧を４極の内の２極の電位電極に個別に印加し、残りの２極の電流電極に流れる電流を各々測定しながら、前記測点切替ユニット２３により切り替えを行いつつ順に終点側へ進み、一列の測定を終えたら電極間隔を変えて同様な測定を次の測線に沿って行う。
　そして、測点毎の高低２周波数の電圧と、対応する測点毎の電流を前記測点毎電圧・電流記憶部３４に記憶し、これらを基に各測点毎の比抵抗値ρ４０、ρ４を測点毎比抵抗算出部３２により算出し、算出結果を測点毎比抵抗記憶部３３に記憶する。
　ダイポール・ダイポール配置による測定が終わったら、前記電極をそのまま利用し、必要な部分には増接してウェンナー配置（或いはシュランベルジヤー配置）による垂直探査を実施し、上述した場合と同様に，各測点毎の比抵抗値ρ４０、ρ４を測点毎比抵抗算出部３２により算出し、これも測点毎比抵抗記憶部３３に記憶する。このようにして当該特定の地盤領域の概略の地質構造を知る。
　このとき、表層土の等比抵抗値と深度はそのまま採用し、深い部分は等価の水平層として扱う。
　次に、ダイポール・ダイポール配置で測定した２周波数別の比抵抗値ρ４０、ρ４の内、一方で求めた比抵抗値（例えば比抵抗値ρ４０）を、前記測点毎等比抵抗線図・測点毎インピーダンス効果描画処理部４５により表示部４４の画面において各々中心点直下の深度にプロットして測線に対応する垂直断面の等比抵抗線図を描き、ウェンナー法と合わせて地質の判読を行う。
　次に、測点毎インピーダンス効果算出部４２により、垂直断面の各点の２周波数別の比抵抗値ρ４０、ρ４に基づき各点のインピーダンス効果（ρ４０／ρ４）の値を算出し、測点毎インピーダンス効果記憶部４３に記憶するとともに、各インピーダンス効果（ρ４０／ρ４）の値も前記測点毎等比抵抗線図・測点毎インピーダンス効果描画処理部４５により表示部４４の画面において各々中心点直下の深度に描画し、インピーダンス効果図を描き、このインピーダンス効果図を解析してインピーダンス効果（ρ４０／ρ４）＞１となる地下水脈の位置を知る。
　このインピーダンス効果（ρ４０／ρ４）＞１となる効果を有する測点の位置は、良好な地下水脈が存在するとの判断は、本発明者らの実際の地盤探査による経験から取得したものである。
　次に、図２６乃至図２８を参照して本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を使用した例えば日本国の特定の地盤領域における実際の探査結果について説明する。
　図２６は、本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を使用して取得した例えば日本国；Ａ地盤領域におけるウェンナー法による比抵抗値（上欄）、ダイポール・ダイポール法による等比抵抗線図（中欄）、インピーダンス効果図（下欄）、及び深度に対応した岩石等の分布図（柱状線図）を示すものである。
＜ウェンナー法による探査結果について＞
　図２６上欄から明らかなように、例えば日本国；Ａ地盤領域においては、
　深度０．０～４．２ｍ：沖積低地堆積粘性土（比抵抗２８Ωｍ）
　深度４．２～１１．０ｍ：沖積低地堆積砂質土（比抵抗９０Ωｍ）
　深度１１．０～１９．０ｍ：粘性土（比抵抗３１Ωｍ）
　深度１９．０～５０ｍ：凝灰角礫岩（比抵抗３００Ωｍ）
　深度５０ｍ～：砂岩頁岩
　であった。
＜ダイポ一ル・ダイポ一ル法の等比抵抗線図による探査結果について＞
　図２６中欄から明らかなように、日本国；Ａ地盤領域においては、測点４０から起点側は深度２０ｍ付近まで砂礫層があり、以下３０ｍ付近まで粘性土、測点１５０～１５５、深度２０～３０ｍの高比抵抗（１３６～１５０Ωｍ）は三面河川の影響、深度２０～５０ｍは幾分比抵抗が高く凝灰角礫岩で、終点側は地表部まで分布している。
＜インピーダンス効果図による探査結果について＞
　図２６下欄から明らかなように、日本国；Ａ地盤領域においては、地下水脈はインピーダンス効果（ρ４０／ρ４）＞１．１以上を示す。
　測点８５、深度６０～７０ｍ以深
　測点１０５～１１５、深度６０～８０ｍ以深
　測点１４０、深度４０～５０ｍ以深
　の各領域に期待でき、試掘井に適切である。
　なお、ダイポール・ダイポール法による等比抵抗線図、及びインピーダンス効果図において、横軸は測点０～２００、縦軸は深度０～９０ｍを示すものである。
　上述したＡ地盤領域の深度に対応した岩石等の分布を図２６最右欄に柱状線図として示す。
　解析後、測点１１０線でボーリングを実施し、４００立方メートル／分の地下水脈を発見した。
　図２７は、本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を使用して取得した日本国；Ｂ地盤領域におけるダイポール・ダイポール法による等比抵抗線図（上欄）、インピーダンス効果図（下欄）、及び深度に対応した岩石等の分布図を示すものである。
　探査結果は、以下の通りである。
　図２７において、浅所高比抵抗層のピーク８０～１００Ωｍ，深度１０ｍ付近までは砂礫層、比抵抗１０～２０Ωｍは頁岩、比抵抗２０～５０Ωｍは砂質頁岩と砂岩の互層、起点より１２０ｍ付近の第三紀層とは不整合、左下がりの正断層を推定した。
　インピーダンス効果（ρ４０／ρ４）の高い測点１１０の深度４０～５０ｍと、深度７０ｍ付近を狙い、誤差を含めた測点１１０線の位置のボーリングを実施し、１．２立方メートル／分の地下水脈を発見した。
　上述したＢ地盤領域の深度に対応した岩石等の分布を図２７最右欄に柱状線図として示す。
　図２８は、本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を使用して取得した例えば日本国；Ｃ地盤領域におけるウェンナー法による比抵抗値（上欄）、ダイポール・ダイポール法による等比抵抗線図（中欄）、インピーダンス効果図（下欄）、及び深度に対応した岩石等の分布図（柱状線図）を示すものである。
＜ウェンナー法による探査結果について＞
　図２８上欄から明らかなように、例えば日本国；Ｃ地盤領域においては、
　深度０．８～１．７ｍ：砂質土
　深度１．７～６．５ｍ：砂礫
　深度６．５～３０．０ｍ：粘性土
　深度３０．０～６０ｍ：洪積砂礫又は軟岩
　深度６０～７４ｍ：強風化帯又は断層
　深度７４ｍ～：中硬岩
　であった。
＜ダイポ一ル・ダイポ一ル法の等比抵抗線図による探査結果について＞
　図２８中欄から明らかなように、ウェンナー法で深度６．６ｍまでに砂礫層があり、電極聞隔の都合で深度１０ｍ付近に現れている。
　深度１５～４０ｍに挟まれる低比抵抗（１２０Ωｍ以下）は最も比抵抗値が下がる。
　深度２５～３０ｍまでが粘性土で、上昇過程にある部分は砂貫土である（深度５０ｍ付近までが洪積砂礫層と推定される）。
　深度５０ｍ以下の右隅は基盤岩であり、測点１１０深度５０ｍと測点８０深度７０ｍとを結ぶ右下がりの面は断層面の可能性がある。
　図２８下欄にインピーダンス効果図による探査結果を示す。
　図２８下欄から明らかなように、例えば日本国；Ｃ地盤領域においては、インピーダンス効果（ρ４０／ρ４）＞１は地下水の可能性があるが、比抵抗が高くρ４０／ρ４＝１．０７～１．１８が集中する測点８５～１２０の３０ｍ以深を対象に深度１１０ｍ以降に試掘井を勧める。
　上述したＣ地盤領域の深度に対応した岩石等の分布を図２８最右欄に柱状線図として示す。
　解析後、測点１００線でボーリングを実施し、１４０リットル／分の地下水脈を発見した。
　図２９は、本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を使用して取得した例えば日本国；Ｄ地盤領域におけるアースダムの漏水個所の探査結果を示すものであり、同図上欄はＤ地盤領域におけるダイポール・ダイポール法による等比抵抗線図、同図下欄はインピーダンス効果図を示すものである。
　同図下欄のインピーダンス効果図を基に８個の小さな漏水個所と、２個の大きな漏水個所を発見した。
　このように本実施例の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１は、ダム等における地下水管の存在する地盤領域の漏水個所の探査用としても有効である。
　本実施例に係る地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１は、特定の地盤領域に関して実際にボーリングをしないで、地表からの電気探査で地下水脈をピンポイントで推定し確認することができるという斬新な効果を奏する。
　また、特定の地盤領域の傾斜の有無にかかわらず的確な地下水脈における地下水の検知・確認を実現できるとともに、従来のボーング手法に比べたら遥かに低価格で特定の地盤領域の地下水脈における地下水の検知・確認を実施できるという利点も存する。
　上述したように、本発明に係る特定の地盤領域の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１を実現するための技術、すなわち、前記平面的、２次元的に地下水脈を可視化した地下水脈における地下水の位置を３次元的にピンポイントとで表示することができる。
　すなわち、特定の地盤領域に測線に沿って配置される多数の電極群と、前記電極群のうちダイポール・ダイポール配置となる４極の電極のうち２極を電位電極、他の２極を電流電極とし、これらを組み合わせ、かつ、切り替えて、比抵抗法、ウェンナー法により特定の地盤領域の水平探査、地下垂直探査を実施する測点切替ユニットと、前記ダイポール・ダイポール配置となる２極の電位電極に高低２周波数からなる電圧を印可し、他の２極の電流電極により前記電位電極間に流れる高低２周波数別の電流を検出する測定を特定地盤領域全体の測点毎に行う測定手段と、前記高低２周波数からなる電圧、検出した高低２周波数別の電流を基に対応する前記特定地盤領域の各測点における水平、垂直方向にわたる高低２周波数別の比抵抗値を測点毎に算出する測点毎比抵抗算出手段と、算出した各測点における高低２周波数別の比抵抗値を基に、（高周波数に対応する比抵抗値）／（低周波数に対応する比抵抗値）からなる各測点毎におけるインピーダンス効果を求める測点毎インピーダンス効果算出手段と、を有し、インピーダンス効果＞１の測点位置を地下水脈有り、と推定可能とした構成を基に、特定の地盤領域の地下水の位置を３次元的にピンポイントで表示するシステムを実現することができる。
　以上説明したように、本発明によれば、特定の地盤領域において、平面的、２次元的に地下水脈を可視化して、当該可視化した地下水脈における地下水の位置を３次元的に表示して、ピンポイントでボーリングを行うことができるシステムを実現できる。
　以上説明した４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムは、上述したような例えば日本国内の一定の地圏における水循環の再現・解析・予測・可視化に用いる他、例えば外国の特定地域における水循環の再現・解析・予測・可視化に用いて国際貢献に資する等の応用が可能であり、また、上述した地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム２１は、特定の地盤領域の地下水脈における地下水或いは地下水の検知・確認用として、或いはダム等における地下水管が埋設されている地盤領域の地下漏水の検知・確認用として広範に利用可能である。
　　１　　４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステム
　１１　　制御部
　１２　　プログラムメモリ
　１３　　データベース
　１４　　演算部
　１５　　画像生成処理部
　１６　　シミュレーション結果記憶部
　１７　　キーボード
　１８　　マウス
　１９　　カラープリンタ
　２０　　表示部
　２１　　地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム
　２２　　電極群
　２２ａ　電極
　２３　　測点切替ユニット
　２４　　電気ケーブル群
　２５　　測定手段
　２６　　プログラムメモリ
　２７　　制御部
　２８　　可変周波数電圧出力・検出電流処理部
　２９　　周波数切替スイッチ
　３０　　測定装置
　３１　　測点毎比抵抗算出手段
　３２　　測点毎比抵抗算出部
　３３　　測点毎比抵抗記憶部
　３４　　測点毎電圧・電流記憶部
　４１　　測点毎インピーダンス効果算出手段
　４２　　測点毎インピーダンス効果算出部
　４３　　測点毎インピーダンス効果記憶部
　４４　　表示部
　４５　　測点毎等比抵抗線図・測点毎インピーダンス効果描画処理部
　４６　　入力操作部
　　Ｂ　　蓄電池

Claims (3)

  1. 　衛星画像データ、現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データ、或いは衛星画像データ又は現地実測データのいずれかのデータと既存公表されている地形・地質データを用いて生成した特定の地盤領域における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、
    　要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、３次元地形・地質モデルの地下を飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、
    　前記初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための各種パラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によるシミュレーションを実行し、
    　当該シミュレーション結果は数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され必要に応じ地形・地質モデル等の修正を行ってシミュレーション精度を高め、
    　当該シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元又は３次元の静止画及び動画処理して表示手段に表示し、
    　前記特定の地盤領域における地下水脈に関して過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を平面的、２次元的に行うようにした４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムとともに、
    　前記特定の地盤領域に測線に沿って配置される多数の電極群と、
    　前記電極群のうちのダイポール・ダイポール配置となる４極の電極を組み合わせて、かつ、切り替えて、比抵抗法により前記特定の地盤領域の水平探査、地下垂直探査を実施する測点切替ユニットと、
    　前記ダイポール・ダイポール配置となる４極の電極のうちの２極に高低２周波数からなる電圧を印可し、他の２極により前記２極間に流れる高低２周波数別の電流を検出する測定を前記特定地盤領域全体の測点毎に行う測定手段と、
    　前記高低２周波数からなる電圧、検出した高低２周波数別の電流を基に対応する前記特定地盤領域の各測点における水平、垂直方向にわたる高低２周波数別の比抵抗値を測点毎に算出する測点毎比抵抗算出手段と、
    　算出した各測点における高低２周波数別の比抵抗値を基に、（高周波数に対応する比抵抗値）／（低周波数に対応する比抵抗値）からなる各測点毎におけるインピーダンス効果を求める測点毎インピーダンス効果算出手段と、
    　を有し、
    　前記インピーダンス効果＞１の測点位置を地下水脈有り、と推定可能として、前記特定の地盤領域の地下水脈における地下水の位置を３次元的にピンポイントで表示可能としたシステムにより、
    　前記特定の地盤領域の地下水脈を平面的、２次元的に可視化しつつ当該地下水脈における地下水の位置を３次元的にピンポイントで表示可能としたことを特徴とする地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム。
  2. 　衛星画像データ、現地実測データ及び既存公表されている地形・地質データ、或いは衛星画像データ又は現地実測データのいずれかのデータと既存公表されている地形・地質データを用いて生成した特定の地盤領域における地表、地下を含む３次元地形・地質モデルを記憶手段に記憶し、
    　要請される水問題解決のための解析課題の明確化の基に組まれたシミュレーションプログラムの実行によって、３次元地形・地質モデルの地下を飽和帯とする初期化処理を行って初期化モデルを生成し、
    　前記初期化モデルに対してシミュレーションプログラムの実行の基に、過去・近現代再現、及び未来予測のための各種パラメータの入力手段からの入力に応じて、演算手段による演算処理、画像生成処理手段による画像生成処理によるシミュレーションを実行し、
    　当該シミュレーション結果は数値解析手法や地形・地質解析手法及び歴史的事実比較手法等により検証され必要に応じ地形・地質モデル等の修正を行ってシミュレーション精度を高め、
    　当該シミュレーション結果を記憶手段に記憶するとともに、２次元又は３次元の静止画及び動画処理して表示手段に表示し、
    　前記特定の地盤領域における地下水脈に関して過去から未来に至る４次元水循環状況の再現・解析・予測・可視化を平面的、２次元的に行うようにした４次元水循環再現・解析・予測・可視化シミュレーションシステムとともに、
    　前記特定の地盤領域に測線に沿って配置される多数の電極群と、
    　前記多数の電極群のうちダイポール・ダイポール配置となる４極の電極のうちの２極を電位電極、他の２極を電流電極とし、これらを組み合わせ、かつ、切り替えて、比抵抗法、ウェンナー法により前記特定の地盤領域の水平探査、地下垂直探査を実施する測点切替ユニットと、
    　前記ダイポール・ダイポール配置となる２極の電位電極に高低２周波数からなる電圧を印可し、他の２極の電流電極により前記電位電極間に流れる高低２周波数別の電流を検出する測定を前記特定地盤領域全体の測点毎に行う測定手段と、
    　前記高低２周波数からなる電圧、検出した高低２周波数別の電流を基に対応する前記特定地盤領域の各測点における水平、垂直方向にわたる高低２周波数別の比抵抗値を測点毎に算出する測点毎比抵抗算出手段と、
    　当該算出した各測点における高低２周波数別の比抵抗値を基に、（高周波数に対応する比抵抗値）／（低周波数に対応する比抵抗値）からなる各測点毎におけるインピーダンス効果を求める測点毎インピーダンス効果算出手段と、
    　を有し、
    　前記インピーダンス効果＞１の測点位置を地下水脈有り、と推定可能としたことを特徴とする地下水脈における地下水の検知・確認システム。
    　前記インピーダンス効果＞１の測点位置を地下水脈有り、と推定可能として、前記特定の地盤領域の地下水脈における地下水の位置を３次元的にピンポイントで表示可能としたシステムにより、
    　前記特定の地盤領域の地下水脈を平面的、２次元的に可視化しつつ当該地下水脈における地下水の位置を３次元的にピンポイントで表示可能としたことを特徴とする地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム。
  3. 　前記高低２周波数のうち、高周波数は４０Ｈｚ、低周波数は、４Ｈｚであることを特徴とする請求項１又は２記載の地下水脈及び当該地下水脈における地下水の検知・確認システム。
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