地下水を多くくみ上げるなどして地下の水圧が下がると、地層が締まり、地盤が沈下する場合があります。土の粒が水へ溶けて消える説明ではありません。粒の間の隙間が小さくなる圧密が関係します。また、水位が回復した後も、締まった地層がすべて元の厚さへ戻るとは限りません。
地下水位と地面の高さは別の値
井戸の水位が1m下がったから地面も1m下がる、と比例関係を作ってはいけません。水位は地下水の状態を示す観測で、地盤の高さは地層の変形などを反映する観測です。地層の種類や厚さ、過去の履歴が関係するため、両者を一対一にする資料がない限り、同じ数値として扱えません。
模型では、スポンジの隙間に水があり、押されると隙間が狭くなる様子を想像すると入口になります。ただし、スポンジが弾んで戻る性質まで土の地層へそのまま当てはめると誤解になります。模型が表しているのは隙間の減少であり、すべての地層の回復のしやすさではありません。
例題1 二つの地層が縮んだ
地面の下に、初めの厚さ10mの層Aと5mの層Bがありました。Aが厚さの0.2％、Bが0.6％だけ縮み、ほかの層の変化はない模型では、地表は合計何cm下がりますか。
答え・解説： Aは10×0.002＝0.02m＝2cm、Bは5×0.006＝0.03m＝3cmなので、合計5cmです。0.2％と0.6％を足した0.8％を地層全体15mへ掛けることはできません。それぞれの割合の基準になっている厚さが違うためです。
厚い層Aより薄い層Bの方が大きく縮んだという結果も、割合を掛ければ確かめられます。見た目の厚さだけで沈下への寄与を決めないようにしましょう。この計算は地層ごとの収縮率が与えられた場合の模型であり、地下水位から収縮率を推定する式ではありません。
例題2 少し戻った後の高さ
初めの地表を0cmとすると、観測値が1年後−5cm、2年後−8cm、3年後−7cmでした。2年目の沈下量と、3年目の回復量、初めから見た3年後の沈下量をそれぞれ求めてください。
答え・解説： 1年後から2年後は3cm沈下し、2年後から3年後は1cm戻っています。しかし初めと比べれば、3年後も7cm低いままです。最後の一年で上がったことと、元へ完全に戻ったことは違います。累積位置の表と、一年間の変化量の表を分けると整理できます。
もし同期間に地下水位が初めの高さへ戻ったとしても、この地表記録は完全な復元を示しません。二種類のグラフの線がともに上向きだからといって、戻る程度も同じとは限らないことが分かります。
海面の変化との組合せにも注意
沿岸では、海そのものの高さが変わらなくても、土地が下がると土地に対する海面は相対的に高くなります。しかし、検潮所の記録だけで地下水のくみ上げが原因だと断定できるわけではありません。地盤の測定と地下水の記録など、別の資料が必要です。相対海面の記事と本稿は、見ている関係が違います。
また、液状化の説明をそのまま圧密へ置き換えないでください。どちらも土の粒と水を扱いますが、地震時の振動や水圧の変化を中心にする液状化と、地層の収縮を追うこの模型では、条件や時間の流れが異なります。名前の似た現象を一つにまとめず、「粒が消えたのか」「隙間が変わったのか」「どの時刻と比べたのか」を確認しましょう。中学入試の図表では、縦軸のゼロと基準年を読むだけでも、回復と未回復を正しく分けられます。
地下水の水位計と、地表の高さの記録
井戸の水位が何メートル下がったかと、地表が何センチメートル沈んだかは、異なる測定値です。水位は地下水の圧力状態にも関係する指標であり、その低下量だけ地層が空洞になって縮むという図ではありません。土の骨組みが荷重を支える状態の変化によって圧密が進む場合があります。水位のグラフと地表高のグラフが似た動きをしても、縦軸の単位と変化量を同じものとして扱わないことが重要です。
二層の収縮を足す例題では、各層の初めの厚さをそれぞれの収縮率に掛けています。十メートルの層と五メートルの層の割合を単純平均して全厚十五メートルに掛けると、厚い層と薄い層を同じ重みで扱ってしまいます。まず層ごとの短くなった長さを求め、センチメートルへ単位をそろえてから足します。横方向の伸び縮みなどを無視し、上下に重なった層の収縮が地表へ現れるという模型の条件にも目を向けてください。
水位が回復した年に地表が少し上がっても、沈下がすべて元に戻ったという結論にはなりません。例題では最も低い時点から一センチメートル上がっていますが、開始時点より七センチメートル低いままです。比較の出発点をどこに取るかで、回復した量と残っている沈下量が変わります。観測表に前年との差と開始時からの差を並べれば、回復という言葉がどちらを指すのかを明示できます。圧密には戻りにくい変形もあるので、水を戻せば地面も同じだけ戻ると一般化しないことが大切です。