2024年の本水道協会の情報によれば、日本の浄水量の 15 % は地下水となっています。
中には、熊本市や東京の昭島市のように “蛇口 100 % 地下水” の都市もある一方、地下水利用を調査段階で断念する自治体も少なくありません。
この記事では、地下水を水道水源に採用するときの要点を 5 つの章だてで整理します。
水量と水質──地下水が“当たり”になる条件
地下水を水道に使いたい。そう考えたとき、最初に立ちはだかる問いが二つあります。「十分な量が出るのか」と、「飲める水質なのか」。
この二つがそろって初めて、地下水は水道水源として成立します。逆に言えば、どちらか一方でも欠けていれば、どれだけ費用をかけて掘っても使えない。それが地下水開発の、最初にして最大の関門です。
まず、合否を判断する3つの観点と、それぞれの確認タイミングを整理します。
| 観点 | クリア条件 | 確認タイミング |
|---|---|---|
| 水量 | 井戸1本あたり80L/min以上※ | 掘削後の揚水試験 |
| 水質 | 鉄・マンガン・塩分・ヒ素が基準内、または処理コストが許容範囲内 | 掘削後の水質試験 |
| 長期安定 | 地盤沈下・塩水化のリスクが小さいエリア | 計画段階 |
※水量の閾値は案件の規模・内容・地下水開発難易度を考慮して決定。15〜80L/minの場合はハンドポンプ利用など条件付き合格となるケースもある。
一点、補足しておきたいのが水質の判定です。基準値を超えていた場合でも、処理技術によって対応できるケースはあります。ただし「処理できるか」と「処理コストが現実的か」は別の話。後者まで含めて総合的に判断することが重要です。
また、長期安定性は掘削後ではなく計画の初期段階で確認すべき項目です。地下水の過剰汲み上げによる地盤沈下、沿岸部での塩水化リスクは、エリア選定の段階で潰しておく必要があります。
そして、この3つすべてに共通する前提として、一つ重要なことがあります。
水量・水質ともに、最終的には「掘ってみないとわからない」。これが地下水開発の最大リスクです。
掘削前に完全な予測はできない。だからこそ、事前調査と判断プロセスをどう組み立てるかが重要になります。この記事では、そのリスクとの付き合い方も含めて、地下水を水道水源にするための全体像を整理していきます。
地下のしくみ図解で学ぶ
そもそも地下水は、地面のどこにたまっているのでしょうか。「地下に水が流れている」とはよく聞きますが、それが具体的にどんな状態なのか、イメージしにくい方も多いと思います。
地下水を理解するうえで鍵になるのが、「帯水層」という概念です。
帯水層とは、礫（れき）や砂がスポンジのように積み重なった地層のことで、その隙間に水が蓄えられています。そして帯水層の上下には、粘土や岩盤でできた「不透水層」が存在し、水を通しません。地下水は、この不透水層に挟まれた帯水層の中に存在しています。
図１ 地下の地層と帯水層の構造
この図を見るとわかるように、帯水層には大きく二種類あります。
不透水層の上部にある帯水層の水を「不圧地下水」と呼びます。浅井戸で汲み上げるのはこのタイプです。地表に近い分、雨水などの影響を受けやすく、水質が変動しやすいという特徴があります。
一方、不透水層の下部にある帯水層の水を「被圧地下水」と呼びます。深井戸で利用するのはこのタイプです。上下を不透水層に挟まれているため外部の影響を受けにくく、水質が安定していることが多い。水道水源として地下水を利用する場合、この被圧地下水が主な対象となります。
ちなみに図中の「自噴井」とは、被圧地下水の圧力が高く、ポンプなしで自然に水が湧き出てくる井戸のことです。条件が整えば、エネルギーコストを大幅に抑えられる理想的な状態ですが、そのような場所はそう多くありません。
| 種類 | 位置 | 特徴 | 対応する井戸 |
|---|---|---|---|
| 不圧地下水 | 不透水層の上部 | 地表の影響を受けやすく水質が変動しやすい | 浅井戸 |
| 被圧地下水 | 不透水層の下部 | 外部の影響を受けにくく水質が安定しやすい | 深井戸 |
水道水源として地下水を検討する際、「どの深さの、どの帯水層を狙うか」はそのまま水質と水量の見通しに直結します。次の章では、実際に井戸を掘るプロセスを順を追って見ていきます。
井戸掘削：探査→掘削→揚水試験→水質試験→判定
地下水開発は、「とりあえず掘ってみる」ではうまくいきません。掘削は高額な作業であり、掘り直しがきかない一発勝負です。だからこそ、掘る前の「探査」と、掘った後の「試験・判定」というプロセスが重要な意味を持ちます。
全体の流れは以下の通りです。
探査 → 掘削 → 揚水試験 → 水質試験 → 判定
順を追って見ていきましょう。
3-1｜探査と踏査――どこに掘るかを決める
井戸を掘る前に、まず「ここに帯水層があるか」を地上から調べます。この調査を探査と呼びます。
代表的な手法が二次元比抵抗探査です。地面に電流を流し、地層ごとの電気抵抗の違いを測定することで、地下の構造を断面図として可視化します。砂や礫（水を含みやすい層）と、粘土や岩盤（水を通しにくい層）では電気抵抗が異なるため、帯水層の分布や深さをある程度推定することができます。
ただし、探査だけで掘削位置を決めるわけではありません。以下の情報を総合的に判断して、最終的な位置を決定します。
- 地下の帯水層の分布範囲
- 深度方向の帯水層の厚み
- 不透水層と帯水層の位置関係
- 水理地質専門家による地表踏査の結果
- 周辺地域の過去の井戸掘削データ
科学的な調査と、経験に基づく専門家の判断を組み合わせて、最も可能性の高い地点を絞り込んでいきます。
3-2｜掘削・揚水試験――水量の合否を判定する
位置が決まれば、いよいよ掘削です。掘削後は「揚水試験」を実施し、実際に水を汲み上げて水量を測定します。試験は予備揚水試験・段階揚水試験・連続揚水試験・回復試験という一連のステップで行われます。
判定の基準は以下の通りです。
| No. | 水量（L/min） | 判定 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 失敗 | ― |
| 2 | 1〜15 | 失敗 | ― |
| 3 | 15〜80 | 条件付合格 | ハンドポンプ |
| 4 | 80以上 | 合格 | 水中ポンプ＋上水道 |
※水量閾値は案件規模・内容・地下水開発難易度を考慮して決定
上水道として利用するには、80L/min以上が一つの目安です。15〜80L/minでも用途を限定すれば活用できる場合がありますが、15L/min未満では水道水源としての利用は現実的に難しくなります。
3-3｜水質試験――飲める水かどうかを確かめる
水量の合格が確認できたら、次は水質試験です。汲み上げた水を採取・分析し、飲料水として安全かどうかを確認します。
地下水に含まれやすく、特に注意が必要な成分は以下の通りです。
| 項目 | 水質基準 | 混入リスク | 水処理方法 | 処理難易度・コスト |
|---|---|---|---|---|
| 鉄・マンガン | 鉄：0.3mg/L以下、マンガン：0.05mg/L以下 | 高い | ばっ気／塩素添加による酸化→ろ過除去、生物処理による除去 | 比較的簡単／処理方法による |
| ヒ素 | 0.01mg/L以下 | 特定の地域では高い | 鉄との共沈法（生物処理） | 鉄が一定量含まれていれば比較的安価 |
| フッ素 | 0.8mg/L以下 | 日本ではまずない | 特定微量元素を用いた処理 | 高価 |
| 窒素系物質 | NO3＋NO2：10mg/L、NO2：0.04mg/L※ | 地域による | 生物処理 | 条件により難しいこともある／濃度による |
※亜硝酸性窒素（NO2）は法定基準ではなく、自主管理目標として設定
基準値を超えていた場合でも、処理技術で対応できるケースはあります。ただし前章でも触れたように、「処理できるか」と「処理コストが現実的か」は別問題です。処理が高価になりすぎる場合は、その水源の採用を見送る判断も必要になります。
水量と水質、どちらも「合格」となって初めて、その井戸は水道水源として採用されます。このプロセスは、確かに手間も費用もかかります。しかしそれだけの調査と判定を経ることで、長期にわたって安全な水を供給できる水源かどうかが、初めて見えてくるのです。
井戸掘削は最後は博打？その不確実性をどう見るか
ここまで読んで、こう思った方もいるかもしれません。
「結局、掘ってみないとわからないなら、博打じゃないか」
その感覚は、半分正しく、半分違います。
不確実性は「ゼロにはできないが、小さくできる」
第3章で説明した探査（二次元比抵抗探査）や地表踏査、周辺の掘削データの収集は、すべて「外れくじを引く確率を下げる」ための作業です。地下の状況を科学的に推定し、最も可能性の高い地点を絞り込む。この事前調査の精度が、成功率を大きく左右します。
ただし、どれだけ精密な探査を行っても、地下の実態を100%把握することは現時点では不可能です。帯水層の厚みや連続性は、実際に掘削してみて初めてわかる部分があります。これは地下水開発に限らず、地盤調査全般に共通する宿命です。
つまり、正確には「博打」ではなく「確率を高めた上での意思決定」です。ただし、その確率が100%になることはない。
失敗した場合、コストはどうなるか
では、万が一掘削が失敗に終わった場合、費用はどうなるのでしょうか。
結論から言えば、掘削費用は「結果に関わらず」発生します。
水が出なかった、あるいは水質が使えなかった場合でも、掘削作業そのものにかかった費用は回収できません。これが地下水開発における最大のリスクであり、事前調査に十分な時間と費用をかける理由でもあります。
このリスクをどう捉えるかは、事業の規模や状況によって異なります。一つの考え方として、「事前調査費用は保険料」という整理があります。探査にかけるコストは、掘削失敗という最悪のシナリオの確率を下げるための投資です。探査を省いてコストを圧縮することは、一見合理的に見えて、実際には大きなリスクを抱え込む選択になりかねません。
不確実性と向き合うための三つの視点
地下水開発の不確実性と現実的に向き合うために、以下の三点を意識しておくことをお勧めします。
① 探査に手を抜かない 事前調査の質が成功率に直結します。費用を惜しんで探査を簡略化することは、掘削リスクをそのまま高めることを意味します。
② 複数地点の候補を持つ 一地点だけに絞り込まず、候補地を複数設定しておくことで、第一候補が失敗した際の選択肢を残すことができます。
③ 失敗シナリオを計画に織り込む 「失敗した場合にどうするか」を事前に検討しておくことで、万が一の場合でも冷静な判断ができます。代替水源の確保や、隣接地点での再掘削の可能性なども含めて、計画段階で議論しておくことが重要です。
地下水開発は、不確実性を「なくす」ことはできません。しかし、正しい知識と適切な手順を踏むことで、リスクを「管理できる範囲」に収めることはできます。この前提を理解した上で計画を進めることが、地下水開発を成功に近づける最初の一歩です。
井戸の構造について
井戸」と聞いてどんな姿を思い浮かべますか。お城の庭に掘られた石組みの井戸に、木桶をロープで下ろして水をくみ上げる――そんなイメージを持つ方が多いかもしれません。
実はそのイメージ、「浅井戸」の構造にはほぼ当てはまります。でも水道水源として使われる井戸は、ほとんどの場合「深井戸」です。その構造は、昔ながらの井戸とはまったく異なるものです。
5-1. 浅井戸の構造
浅井戸は、地表に近い不圧帯水層（不透水層より上の層）から水を取る井戸です。間口は1〜2m程度で、上から覗くと水面が見える開放型の構造です。
構造がシンプルである一方、地表に近い分だけ外部の影響を受けやすいという弱点があります。雨水や地表の汚染物質が混入しやすく、水質が季節や天候によって変動することもあります。水道水源として利用する場合は、この点を十分に考慮する必要があります。
5-2. 深井戸の構造
深井戸は、不透水層の下にある被圧帯水層まで到達する井戸です。水道水源として地下水を利用する場合、主にこちらが対象となります。
掘削後は、以下の工程で井戸を仕上げていきます。
① ケーシングの挿入 掘削穴の壁面が崩れるのを防ぐため、塩化ビニル樹脂製のパイプ（ケーシング）を挿入します。パイプには壁面が通常のものと、スリットが開いたタイプ（スクリーンパイプ）の2種類があり、帯水層の部分にはスクリーンパイプを設置して地下水を取り込む構造になっています。
② 砂利充填 ケーシングと井戸壁面の間に砂利を充填します。細かい砂などが井戸内に流入するのを防ぐとともに、地下水のろ過効果も得られます。
③ 遮水処理 地表からの汚水の流入を防ぐため、砂利充填部の上部に粘土やセメントを流し込みます。これにより、表層からの汚染物質の侵入を遮断します。
④ 井戸上部の保護 井戸の上部はコンクリートと鋼製の蓋で覆い、第三者が誤って内部を汚染することのないよう保護します。
このように、ケーシングパイプを挿入するその構造から、深井戸は「管井戸」や「チューブウェル（tube well）」と呼ばれることもあります。
5-3. 構造の違いと水質への影響
浅井戸と深井戸の構造の違いは、そのまま水質の安全性の違いに直結します。
| 浅井戸 | 深井戸 | |
|---|---|---|
| 取水する帯水層 | 不圧帯水層（不透水層より上） | 被圧帯水層（不透水層より下） |
| 外部からの影響 | 受けやすい | 受けにくい |
| 水質の安定性 | 変動しやすい | 安定しやすい |
| 水道水源としての適性 | 条件による | 高い |
深井戸の密閉された構造は、表層からの汚染物質の混入を防ぎ、より安全な水質を長期にわたって確保するのに役立っています。水道水源として地下水を利用する場合に深井戸が選ばれるのは、こうした構造上の理由からです。
一方で、深井戸であっても絶対に安全とは言い切れません。ケーシングの劣化や破損、施工不良による汚染リスクは存在します。適切な施工と定期的なメンテナンスが、長期にわたる水質確保の前提となります。
掘削後に井戸上部の保護が完了した状態
井戸の概略掘削コスト
「実際のところ、いくらかかるのか」。地下水開発を検討する上で、最も気になる問いの一つではないでしょうか。
井戸の掘削にはそれなりの費用がかかります。ただし、コストは掘削深度・地盤の状況・地域・案件規模によって大きく変わるため、「いくら」と一概には言えません。ここでは、深井戸（掘削深度100m）を一例として、費用の目安と内訳を整理します。
6-1｜井戸掘削コストの一例（掘削深度100m）
掘削にかかる費用は、大きく「①深井戸の掘削費用」と「②掘削位置を決めるための探査費用」の二つに分けて考える必要があります。
① 深井戸の掘削費用
| 項目 | 費用の目安 |
|---|---|
| 掘削工事費（100m） | 1,000〜1,500万円程度 |
| ケーシング・スクリーン材料費 | 掘削費に含む場合が多い |
| 揚水試験費 | 100〜200万円程度 |
| 水質試験費 | 10〜50万円程度 |
| 合計目安 | 1,100〜1,750万円程度 |
※上記はあくまで概算です。地盤の硬さ、ケーシング径、深度などによって大きく変動します。
② 掘削位置を決めるための探査費用
| 項目 | 費用の目安 |
|---|---|
| 二次元比抵抗探査（測線1本あたり） | 50〜150万円程度 |
| 水理地質専門家による踏査・解析 | 50〜100万円程度 |
| 合計目安 | 100〜250万円程度 |
※探査の測線数や範囲によって変動します。
コストを見る上で押さえておきたい二つのポイント
探査費用は「必要経費」として計上する
探査費用は掘削費用と比べると小さく見えますが、第4章で述べたように、探査の質が成功率に直結します。全体費用の中で探査費用を削ることは、失敗リスクを高める選択です。掘削費用とセットで計画に組み込むことを前提としてください。
「失敗した場合」のコストも視野に入れる
水が出なかった、あるいは水質が使えなかった場合でも、掘削費用は発生します。この「埋没コスト」の可能性を計画段階で認識しておくことが重要です。複数候補地の検討や、代替水源の確保といったリスク分散の視点も、予算計画と並行して持っておく必要があります。
掘削コストは決して小さくありません。しかし、長期的な水源確保という観点で見れば、適切な調査と施工を経た井戸は、数十年にわたって安定した水を供給し続ける資産になります。初期投資の規模だけでなく、運用期間全体を通じたコストで判断することが、地下水開発では特に重要です。
地下水利用の留意点
ここまで読んで、「地下水って、うまくいけばかなり良い水源だな」と感じた方もいるかもしれません。その認識は正しいのですが、もう一つ大事なことを押さえておく必要があります。
地下水は、掘削して水が出た時点がゴールではありません。その後、長期にわたって安全に使い続けるためには、いくつかのリスクを理解した上で、適切な運用を続けることが求められます。
リスク① 水質が将来的に変化する
地下水の水質は、掘削時点では基準を満たしていても、年月とともに変化することがあります。代表的なのが以下の二つです。
塩水化：沿岸部や過剰汲み上げが続いた地域では、海水や塩分を含む地層の水が帯水層に浸入し、水質が悪化するケースがあります。一度塩水化が進むと、回復は非常に難しい。
鉄分・マンガンの増加：地下の酸化還元条件の変化によって、鉄分やマンガンの濃度が上昇することがあります。水が赤みを帯びたり、異臭が生じたりする原因となります。
定期的な水質モニタリングを継続し、変化の兆候を早期に把握することが重要です。
リスク② 地下水の過剰汲み上げによる地盤沈下
帯水層から水を汲み上げすぎると、地層の支持力が失われ、地盤沈下が起きる可能性があります。これは個別の井戸の問題だけでなく、同じ帯水層を複数の利用者が使っている場合、地域全体の問題になり得ます。
適切な揚水量の管理と、定期的な地下水位のモニタリングが、長期利用の前提となります。自治体によっては地下水採取に関する条例や規制が設けられているケースもあるため、計画段階での確認が必要です。
リスク③ 地震による地下構造の変化
大きな地震が発生すると、地下の断層や地層の構造が変化し、帯水層の状態が変わることがあります。具体的には、地下水が枯渇する、あるいは逆に水位が急上昇する、流路が変化して水質が悪化するといった影響が生じることがあります。
地震大国である日本において、このリスクはゼロではありません。複数の水源を確保するなど、地下水だけに依存しない体制を整えておくことが、特に水道事業においては重要な視点です。
リスク④ 機械設備の故障とメンテナンス
深井戸には、水を地上に引き上げるための水中ポンプや制御機器が必要です。これらは機械設備であるため、経年劣化や故障が避けられません。
ポンプの交換やメンテナンスにかかるコストと工数は、長期的な運用計画の中に必ず組み込んでおく必要があります。また、故障時に迅速に対応できる体制（業者との連携、予備部品の確保など）を整えておくことも、安定供給を維持する上で欠かせません。
これらのリスクは、地下水に限らず、どのような給水施設を選択しても、それぞれ固有のリスクが存在します。大切なのは「リスクがあるから地下水は使えない」と判断することではなく、「このリスクを理解した上で、適切に管理できるか」を検討することです。
正しく運用された地下水源は、長期にわたって地域の安全な水を支える、信頼性の高いインフラになり得ます。
まとめ
今回は、地下水を水道水源として採用するときの要点を、探査・掘削・試験・構造・コスト・留意点という流れで整理してきました。最後に、記事全体を通じて伝えたかったことを簡単に振り返ります。
地下水は「掘ってみないとわからない」が、準備で確率は上げられる
地下水開発の最大の特徴は、不確実性を完全にゼロにはできないことです。しかし、事前の探査・踏査・周辺データの収集といったプロセスを丁寧に踏むことで、成功の確率を大幅に高めることができます。「博打」ではなく「確率を高めた意思決定」として臨むことが、地下水開発を成功に近づける基本姿勢です。
水量と水質、どちらも「合格」して初めて水源になる
水量が十分でも水質が使えなければ意味がなく、水質が良くても水量が足りなければ水道水源にはなりません。この二つを、揚水試験・水質試験という段階を踏んで確認するプロセスが、安全な水源確保の根幹を支えています。
深井戸の構造は、水質の安定性を守るための設計
ケーシング・砂利充填・遮水処理・上部保護という深井戸の構造は、単なる工法の話ではありません。外部からの汚染を遮断し、長期にわたって安全な水質を維持するための、合理的な設計の積み重ねです。
コストは「掘削費用」だけで見ない
探査費用・揚水試験・水質試験・長期的なメンテナンスコストまで含めて、総合的に判断することが重要です。また、失敗した場合の埋没コストも視野に入れた計画を、最初から立てておくことをお勧めします。
運用が始まってからが、本当のスタート
水質変化・地盤沈下・地震リスク・機械設備の故障。地下水利用には、掘削後も向き合い続けるべきリスクがあります。定期的なモニタリングと適切なメンテナンスを継続することが、地下水源を長期にわたって活かし続ける前提条件です。
地下水は、適切に開発・管理されれば、地域の水道を長期にわたって支える信頼性の高い水源になります。一方で、その開発には専門的な知識と判断が随所に求められます。
「自分たちの地域で地下水を使えるか検討したい」「掘削の前に何から始めればいいかわからない」「水質や水量について詳しく聞きたい」――そうした疑問やご相談があれば、お問い合わせフォームからお気軽にご連絡ください。みなさまの声が、これからの水道をより良くする第一歩になります。
