地下水面

地下水面の概要

地下水面（water table）は、地下水の圧力と気圧が釣り合う水平ラインであり、地下水が地表近くで見えることもあります。この面は「井水面」（phreatic surface）とも呼ばれることがあるものの、実際にはそれよりも高い位置にあることもあります。地下水が土壌中に浸透する際には、まず通気性の部分を通り、その後不飽和状態の土粒子間に水が浸透しますが、一定の深さに達すると材料の隙間が満たされ、地下水面に達することになります。この地下水面より下に位置する地層は「帯水層」と呼ばれ、帯水層が地下水を保持する能力は、その中の岩や土壌の透水性や隙間率に依存します。

地下水面の形状

地下水面の形は、季節、地形、地質の構造によって常に変化します。特に、発展が遅れている地域や降水量の多い場所では、地下水面は地表の凹凸に沿って形成され、浸透の状況によって上下します。湧水やオアシスは地下水面が地表に達することで現れ、特に山腹では地下水面と地表が交差することが多く見られます。また、川や湖の底に埋もれた湧水もあり、これらは周囲の水位に影響を与えます。

地形との関係

帯水層の地下水面は基本的には水平であることはなく、土壌などの多孔質構造による毛細管現象で形成されるため、凹凸に沿った形状となります。水が地下に浸透する際、その移動は単純な垂直方向の流れから、水平方向の流れに移行します。この水の動きは「動水勾配」（hydraulic gradient）で示され、水の供給量や構成する土壌の透水係数にも大きく依存します。起伏の多い地形では、地下水面が地表に現れると、その勾配変化によって川や湧水、オアシスができることがあります。

淡水レンズ

淡水レンズ（freshwater lens）とは、透水性のある岩石から形成される離島の地下において、淡水が塩水の上に浮かぶような状態を指します。この現象は、難透水性の基盤が存在しない地域で見られます。淡水レンズは、季節的な降雨に大きく依存しており、干ばつの際には急激に厚さが減少することがあります。例えば1997年-1998年にかけてマーシャル諸島での干ばつ後には、淡水レンズの厚さが大きく減少したことがUSGSの報告により明らかとなりました。

宙水とその変動

宙水は、通常の地下水面よりも上に位置する地下水であり、通気帯内に存在します。透水性の層の上に不透水性の層があると、このような宙水が形成されることがあります。もし宙水層が地表に露出する場合、例えば崖の中腹に見られるように、そこから湧水が発生します。

地下水面は潮汐の影響を受けることもあり、海上の島では海水の塩分濃度の影響で淡水がレンズ状に集まるため、潮の満ち引きによってその位置が変動します。また、季節によっても地下水量は変化し、降水量が多い冬から夏にかけて地下水面が低下することがあります。これにより、一部の層が飽和状態から不飽和状態になることがあり、これを「間欠的飽和層」と呼びます。

長期的な変動

長期的には、化石水と呼ばれる数千年の間に蓄積された地下水が砂漠地帯で見ることができます。これらは非常に深い位置に存在し、現代の降雨で補給されることはありません。そのため、鉱業などの人為的な活動によってこれらの地下水を採取すると、地下水面に恒久的な変化をもたらすことにつながる場合があります。

もう一度検索