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地下水が枯渇した場合、再生水を土壌中に徐々に浸透させることで帯水層に導入することができます

「パーコレーション」という言葉を聞くと、コーヒーを入れることを思い浮かべる人が多いでしょう。

パーコレーションとは

米国海洋大気庁のNorthwest River Forecast Centerは、水循環の文脈において、パーコレーションを「重力と毛細管現象によって、土壌とその層の中を水が移動すること」と説明しています。”

科学者や水管理者が計算して、地表水や地下水の純度や飲料性を確保するために活用できる重要な自然のプロセスです。

別の水管理ツールである地下水保持技術は、本質的に帯水層の涵養とは逆のものです。 このシステムを研究しているミシガン州立大学のアルビン・スマッカー教授によると、農地の下にバリアー膜を設置することで、帯水層への水の浸透を止めることができるそうです。 これにより、農業生産を向上させるだけでなく、過剰な肥料による栄養分の汚染から地下水を守ることができます。

Modeling Percolation

水は一般的に、土壌やシルト層を透過して固い岩盤に到達し、そこで停止して帯水層に留まります。 水の浸透速度には、いくつかの土壌特性が影響します。 土壌の特性には、土壌の空隙率や、すでに水が溜まっている状態などがあります。 例えば、頁岩（けつがん）や粘土は多孔質ですが、通常は水の浸透を制限します。

これらの異なる媒体でのパーコレーションは数学的にモデル化され、パーコレーションテスト（Percテスト）でテストされます。

再生水のパーコレーション

管理型帯水層涵養（MAR）とは、「その後の回復や環境上の利益のために、帯水層に意図的に水を再投入すること」と定義されています。 地下水の持続可能性を向上させるための効果的な戦略であり、特に不圧帯水層を涵養するための浸透技術では、パーコレーションが大きな役割を果たしています。 帯水層を涵養する際、水は「パーコレーション・ポンド」、「インフィルトレーション・ピット」、または「インフィルトレーション・ベイスン」に流され、そこから地下水に浸透していく。

2015年のあるケーススタディでは、クレイ郡（フロリダ州）ユーティリティー・オーソリティが一連のパーコレーション・ポンドを建設し、2.2 MGDもの再生水が地面を通って地元の浅い帯水層に徐々に浸透していくようにしました。

カリフォルニア州では、水文学者、水道局、セントラルバレーの生産者が「大気中の川を捕獲しよう」と試みています。これは、カリフォルニア州水道局協会の元ディレクター、ティム・クイン氏の言葉です。 水を川に流して海に注ぐ代わりに、余った水を「駐車場」に流し、帯水層に浸透させるという計画である。 そうすることで、太平洋側の嵐による集中豪雨でカリフォルニア州が水不足になるような異常に雨の多い年に、カリフォルニア州が水を蓄えることができ、その後、ますます頻発する深刻な干ばつを緩和するために使用することができるのです。

廃水の再利用

また、カリフォルニア州にあるスタンフォード大学のコディガ資源回収センター（CR2C）では、メンブレン・エアレイテッド・バイオフィルム・リアクター（MABR）と呼ばれる新しい処理技術が、同州の厳しいタイトル22基準への適合を確立するために、最近1年間のテスト期間を経ました。 MABRによる処理は、自治体の下水であっても、セントラルバレーの農業によって枯渇した帯水層に浸透しても安全な高品質の排水に変えることができます。

Fluence Aspiral™ MABR ユニットは、取り扱いが容易なように輸送用コンテナに梱包されており、分散型処理に適しています。分散型処理とは、小規模または中規模の処理プラントを、長いパイプラインのコストを節約するために、供給源や需要源、あるいは理想的にはその両方の近くに配置することを意味します。

浸出の予測

パーコレーションは、浸出率や水中への物質の流れなどの水輸送要因を予測するために使用できます。 農業分野では、肥料の移動や土壌の塩分濃度の測定によく用いられます。

「パーコレーション」という言葉は、水処理の分野では「パーコレーティング・フィルター」や「トリクリング・フィルター」と呼ばれる技術を表す言葉としても使われています。 トリックリング・フィルターは、生物学的な廃水処理プロセスで、水がろ過媒体を通過する過程で酸化され、浄化されます。

パーコレーションは帯水層を補充するプロセスであり、カリフォルニア州のように、多くの地域で帯水層を水の安全保障のために管理できる貴重な天然の水貯蔵インフラとして扱い始めています。

管理された帯水層の再充電プログラムを確立するための技術と専門知識については、Fluenceにお問い合わせください。