〔別府温泉での研究－昭和10年代から40年代まで〕

【新規源泉の開発が既存源泉におよぼす影響：揚水影響】

新たに井戸を掘って地下水の採取を始めると、周辺の井戸では、自噴量が減少したり、井戸水位が低下するなどの影響が現われます。これらの現象は「揚水影響」と呼ばれますが、温泉でも同じ様なことが起こります。
　大正時代の末頃（1920年代）、別府を研究フィールドとして、京都大学地球物理研究所（現：地球熱学研究施設；京大研と略する）が温泉の研究を開始した当時は、そうした揚水影響が現われたとしても、それを解析するための手法は未だ発達していなかったので、解析手法の開発から始めなければなりませんでした。具体的には、揚水影響を表現する方程式を組み立てて、その解を求めることです。
　温泉科学第8回で紹介した野満隆治教授は、学生を指導してこの問題に取組み、現在、タイスの式（Theis equation；Theis, 1935）として知られている揚水影響の式を独自に導き出しました。
　得られた結果の大要は、1935年6月に京都で開催された日本陸水学会の大会で発表されました。Theisの論文の発表と同じ年です。しかし、学術誌への印刷公表は大幅に遅れ、1943年6月になって「地球物理」誌にようやく印刷されたのです（野満・山下，1943）。
　専門的すぎるのですが、タイスの式（あるいはタイス-野満の式）の雰囲気を感じ取っていただくために、その式と揚水井周辺の地下水位低下の模式的な状態を紹介します。

こうして揚水影響に関する基礎理論は得られたのですが、その理論が適用されるような調査「揚水試験」が別府温泉で実施されたのは、太平洋戦争後、温泉法の施行（昭和23年7月10日）以降のことで、最初の揚水試験は昭和24（1949）年8月に行われました（瀬野・山下，1950）。これを皮切りに、数多くの揚水試験が行われ、得られたデータが解析されました。それらを記した報告書は、大分県温泉調査研究会の報告に掲載されていますので、本バーチャル博物館のリンク先「温泉の研究－大分県のホームページ」からダウンロードすることができます。

さて、タイスの式は、水を通さない地層（不透水層）で上方と下方を挟まれた被圧地下水層（被圧帯水層）に井戸を掘って揚水を続けたとき、井戸の周囲の地下水位が低下する状況を表現しています。（注：不透水層で閉じ込められた地下水は、圧力が掛かった状態なので、「被圧」が冠せられます。）
　ところが本来、完全な不透水層は存在せず、幾分かは水を通します（それゆえ「難透水層」と呼ぶのが適切です）。加えて、別府温泉では沢山の自噴井が掘られましたが、このことは上方の地層は穴だらけで、それらを通して水が漏れ出していることを意味します。ですから、水が漏れ出す状態にある地下水層（漏れのある被圧地下水層）に適用できるように、タイスの式を変形しなければなりません。
　山下（1961）は、別府温泉の自噴地域で測定した揚水試験データを、変形された解を用いて解析し、地下温泉水層からの漏れの大きさを表すパラメータが、自噴井の分布密度（単位面積当たりの自噴井の数）と比例関係にあることなどを見出しました。付図は、山下が行った揚水試験の一例です。（注：変形された解はベッセル関数で表されます。これについては、参考文献や外部サイトを参照してください。）

以上の一連の調査研究は、温泉資源保護の一指針を提供することとなりました。

【温泉資源の保護：掘削規制】

山下（1967）は、別府旧市内の自噴温泉地域を一辺100mの網目状に分割して、100m平方ごとに求めた自噴井数、総湧出量、1源泉当りの平均湧出量のデータを、前述の理論に基づいて解釈し、温泉資源保護のためには「100m平方からの1分間当りの総湧出量を120リットル以内に制限する必要がある」と警鐘を鳴らしました。当時の平均自噴量は1分当たり15リットル前後でしたから、自噴井数は7～10本程度となります。しかし、付図の源泉分布に見られるように、既に、山下の警鐘を超えた数の源泉が密集する区域がありました。
　このような事態は、温泉資源保護の観点からは憂慮されるべきものです。そこで、大分県では、昭和43年に初めて、新規掘削や動力装置設置に当っての規制を設けました。例えば、別府旧市内は「別府市南部特別保護地域」として指定され、原則として新規掘削はできないことになりました。同様の地域として、「別府市亀川特別保護地域」と「別府市鉄輪特別保護地域」が指定されました。
　このとき、規制が最も緩やかな地域として、一般地域が設けられました。ここでは、既存源泉からの距離が60mを超える場所での新規掘削が認められます。この規定による100m平方当りの最大の井戸数は約3本ですから、山下が述べた井戸数よりかなり少なく抑えられています。他方、動力による1分間の揚湯量は50リットル以内とされましたので、比較的多量の揚湯が認められたのです。おそらく、公共性の高い源泉に対する配慮がなされたのでしょう。この井戸数と揚湯量による、100m平方当りの1分間の総揚湯量は最大150リットル程度となり、山下が述べた量よりやや多めです。
　動力は一日中稼動されるわけではないので、自噴の場合とまったく同様の取扱いはできませんが、資源保護の重要性を常に考慮して、無用な揚湯は避けなければならないと執筆者は思います。

なお、同様の規制は、別府の場合に準じて、由布院温泉などでも行われています。詳しい内容は、大分県のホームページで検索することができます。