都市の沈下を防ぐ奇妙な対策

歴史的に、地下水は米国カリフォルニア州コーチェラ・バレーの生命線となってきました。農業や家族、地域社会のための水は私たちの足元から供給されていますが、それを汲み上げる作業は気づかれずに行われています。そして風船から空気が抜けたように、地面が沈み始めました。

1995年から2010年の間に、谷の一部は0.6メートルも沈下した。これは地盤沈下と呼ばれる現象だ。地面が不安定になり、大きな亀裂が生じました。不均一な沈下により建物や道路の基礎が損傷した。コーチェラ運河の水位が下がり始め、水の流れが妨げられるようになった。

このシナリオは、特に乾燥した人口密集地域では、あまりにもよくあることのように思えます。別の都市では地下水を過剰に汲み上げ、水と土地の需要が不安定になり、沈み始めている。しかし、他の沈下都市とは異なり、コーチェラ・バレーの水管理者は稀な偉業を成し遂げた。彼らは沈下を食い止め、さらには部分的に回復させたのだ。

水管理者は、コロラド川の水やリサイクル水を飲料以外の用途（農業、ゴルフ場）に使用したり、さらには水を地中に戻したりするなど、新たな水資源保全方法を推進してきました。多くの地域で地盤沈下率が50～75%減少しました。その後数年間で、谷の北部は最大 60 mm 隆起しました。

「私は長い間地盤沈下を研究してきたが、語るべき良い話はあまりないが、コーチェラ・バレーはその一つだ」と、米国地質調査所の水文学者、ミシェル・スニード氏は語った。

世界中で、地下水の過剰汲み上げが都市の沈下の主な原因の一つとなっている。わずか1ミリの沈下しか起こっていない地域では劇的な変化は見られないが、沈下速度が速い地域では沿岸部の洪水が増加し、建物への被害も拡大するだろう。

研究者らは、2024年までに世界の人口の約5分の1が、地下水の汲み上げにより足元でゆっくりと沈みつつある土地に住むことになる可能性があると推定している。

これまでのところ、地盤沈下を遅らせたり止めたりする対策に取り組んでいるのは、影響を受けた地域のごく一部にすぎない。

水を地中に戻す

地下水の汲み上げを止めない限り、地盤沈下を直すのは簡単な解決策ではありません。しかし、大規模な人口に水を供給する必要のあるコミュニティにとって、地下水を使用しないことは現実的ではありません。

代わりに、別のアプローチは地下水を補充することです。このアプローチは管理された帯水層涵養、別名「ウォーター・バンキング」と呼ばれます。

その仕組みを理解するには、まず地下水がどのように貯蔵され、抽出されるかを理解する必要があります。地面にはさまざまな堆積層の層があります。帯水層は地表近くまたは非常に深いところに存在する可能性があり、粒子間に多くの多孔質の空間がある岩石または堆積物の層です。これらの空きスペースはスポンジのようにしっかりとつながっています。帯水層は水を保持できるだけでなく、水が容易に流れることもできます。水を得るには、帯水層にストローを差し込んで水を吸い上げることを想像してください。

管理された補給システムにより水が収集され、帯水層に戻されます。水源は、雨水、洪水、処理された廃水、または川の水から得られます。コミュニティに水を供給するために水を汲み上げることができます。追加された液体によって地中の体積が戻ることもありますが、土壌中の粘土層の圧縮のため、ある程度までしか戻りません。

「季節的な洪水など水があるときに、この管理された帯水層涵養を行えば、その水は処理され、地下に汲み上げられてそこに貯蔵される」とリモートセンシングの専門家、マヌーチェル・シルザエイ氏は語った。地盤沈下を逆転させ、来年やそれ以降のために水を節約します。」

カリフォルニア州のコーチェラ、サンタクララ、サンタアナ渓谷、スペインのエルカラシージョ地区、イスラエルのネゲブ砂漠地域、サウスカロライナ州のヒルトンヘッド島、オーストラリアのパース、北京など、世界中のいくつかの場所で帯水層涵養システムが使用され、地盤沈下の変化が見られています。

しかし、ほとんどの場所では、地下水の需要をよりよく供給するためにこのシステムを設置しています。地盤沈下問題を解決できたのは、嬉しいボーナスです。

たとえば、カリフォルニア州オレンジ郡では、250 万人以上の住民が補給システムを通じて地下から 85% の水供給を受けています。同郡の主任水文地質学者ロイ・ハーンドン氏は、土地に多少の起伏は見られるものの、地盤沈下が悪化している様子は見られず、これは良い兆候だと語った。

オーストラリアのパースでは、研究者らが、管理された帯水層涵養システムによって、3年半で土地の一部が約20 mm隆起したことを発見した。

水管理者らは、米国東海岸で最も地盤沈下が進んでいるノーフォーク周辺で、管理された帯水層涵養システムの試験も行っている。

ハンプトン・ローズ地区水質管理責任者ジェイミー・ハイジグ・ミッチェル氏は、地盤沈下の一部は自然現象によるものだが、変化の大部分は地下水の汲み上げによるものだと述べた。

パイロット プロジェクトでは、ハンプトン ローズは廃水を処理し、帯水層に 1 日あたり 100 万ガロンの水を補給する補給システムを設置しました。ハイジグ・ミッチェル氏は、ポトマック川の水系が過剰に利用されていたため、この地域の持続可能な地下水供給源を見つけるために当初このシステムを設置したと述べた。しかし、彼らは地面も隆起しているのを目にした。