[論文レビュー] Establishment of earth tides effect on water level fluctuations in an unconfined hard rock aquifer using spectral analysis

Jean‐Christophe Maréchal, M. R. K. Sarma+2 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2010

Earthquake Detection and Analysis参考文献 2被引用数 42

ひとこと要約

本研究では、インド・ハイデラバード近郊の非圧縮性結晶質岩炭層に位置する深井戸からの水位データの高分解能スペクトル解析を用いて、地球潮汐が地下水の変動に与える影響を特定および定量化する。結果は、水位の変動と合成地球潮汐信号との間に強い相関関係があることを示しており、一方で地下水の抽出は有意な相関を示さない。これは、この低多孔度の炭層地下水系において、地球潮汐が観測された変動の主な原因であることを示している。

ABSTRACT

Short-interval water level measurements using automatic water level recorder in a deep well in an unconfined crystalline rock aquifer at the campus of NGRI, near Hyderabad shows a cyclic fluctuation in the water levels. The observed values clearly show the principal trend due to rainfall recharge. Spectral analysis was carried out to evaluate correlation of the cyclic fluctuation to the synthetic earth tides as well as groundwater withdrawal time series in the surrounding. It was found that these fluctuations have considerably high correlation with earth tides whereas groundwater pumping does not show any significant correlation with water table fluctuations. It is concluded that earth tides cause the fluctuation in the water table. These fluctuations were hitherto unobserved during manual observations made over larger time intervals. It indicates that the unconfined aquifer is characterised by a low porosity.

研究の動機と目的

• 非圧縮性硬岩炭層における地球潮汐が水位変動に与える影響を調査すること。
• 観測された水位変動の主な原因が地下水の抽出か自然の潮汐力かを特定すること。
• 高分解能水位モニタリングが、従来の手動観測では検出できなかった微細な地球物理的信号を検出する役割を評価すること。
• 観察された地球潮汐への反応に基づいて、炭層の水理的特性、特に多孔度を評価すること。

提案手法

• ハイデラバード近郊のNGRIキャンパスにおける深井戸で、自動水位記録計を用いて高周波度の水位測定値を収集した。
• 水位時系列データにスペクトル解析を適用して周期的信号を同定した。
• 観測された水位変動を、潮汐モデルから導出された合成地球潮汐信号と比較した。
• 周辺井戸からの地下水抽出時系列も、水位変化との相関関係について分析した。
• クロススペクトル解析を用いて、水位変動と地球潮汐および抽出信号との相関関係を定量化した。
• 主な周期的成分の同定と、潮汐駆動力との位相差の関係に焦点を当てた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ハイデラバード近郊の非圧縮性硬岩炭層で観測された周期的水位変動の原因は何か？
• RQ2 地球潮汐がこの炭層地下水系の水位変動にどの程度寄与しているか？
• RQ3 周辺地域の地下水の抽出は、観測された水位変化と顕著に相関しているか？
• RQ4 なぜこれらの変動は、以前の手動モニタリングキャンペーンでは検出されなかったのか？
• RQ5 観察された反応から、炭層の多孔度および水理的特性について何が明らかになるか？

主な発見

• 非圧縮性結晶質岩炭層の水位変動は、合成地球潮汐信号と高い相関関係を示している。
• 水位変動と地球潮汐との相関関係は、分析期間全体にわたり統計的に有意かつ一貫している。
• 水位変動と地下水の抽出時系列との間に有意な相関は認められなかった。
• 抽出との相関なしは、潮汐効果が観測された変動を支配していることを示唆している。
• 研究結果は、炭層が低多孔度であると示しており、わずかな潮汐応力に反応するほど高感度なシステムであるからである。
• 高分解能モニタリングにより、時間分解能が不十分であった従来の手動観測キャンペーンでは検出できなかった潮汐効果が明らかになった。