Assessment of groundwater depletion rate by numerical modelling: a case study of Johar town Lahore, Pakistan

南アジアの活気ある都市では、街の地下で静かな危機が進行している。地下に隠された膨大な淡水の貯蔵庫である地下水が、自然による補充を上回る速さで汲み上げられているのだ。この隠された資源は無限の井戸ではない。引き出しが預け入れを上回っている銀行口座のようなものである。雨が降ると、それは土壌に浸透し、ゆっくりと地下へと滴り落ちてこれらの地下層を補充する。これは「涵養（かんよう）」として知られるプロセスである。しかし、都市が拡大するにつれ、コンクリートやアスファルトが地面を覆い、雨が下の帯水層に到達するのを遮ってしまう。同時に、増加する人口や産業が、加速的なペースで水を汲み上げている。バランスが崩れると、地下水位が低下し、人々はより深い井戸を掘らざるを得なくなり、コストが増大し、残された水の質が損なわれるリスクが高まる。特定の地域でこの水が具体的にどのくらいの速さで消失しているのかを正確に理解することは、都市が枯渇しない未来を計画する上で極めて重要である。

パキスタンのラホールの街の一角、ジョハール・タウンの密集した都市景観において、研究者たちはこの目に見えない減少を測定するためにデジタルツールを活用した。ソニア・アンワル氏率いるチームは、高度なコンピュータプログラムを使用して、この地域の地下水システムの「デジタルツイン（仮想的な双子）」を作成した。Visual MODFLOWとして知られるこのソフトウェアは、土壌や岩石の層を通じて水がどのように移動するかをシミュレートする詳細な地図のような役割を果たす。このモデルを構築するために、研究者たちは地元の当局から、井戸からどれだけの水が汲み上げられたかの記録、水位の深さ、過去10年間の降雨パターンを含む現実世界のデータを収集した。彼らは、あらゆるポンプ場の位置と、水がどれほど容易に土壌を流れるかという物理的特性（「透水係数」と呼ばれる特性）をマッピングした。これらの情報をコンピュータに入力することで、彼らはシミュレーション内で時間の経過とともに水位がどのように変化するかを観察することができ、実質的に過去6年間の歴史をデジタル環境で再現し、地下で実際に何が起きていたのかを突き止めたのである。

このデジタル調査の結果は、明確かつ着実な傾向を明らかにした。2015年から2021年の間に、ジョハール・タウンの地下水位は平均して毎年約0.88メートル低下した。これら6年間の過程で、地下水位は合計で2メートル以上も下がった。この低下は単なるチャート上の数字ではない。それは環境の具体的な変化を表している。水が後退するにつれ、抽出コストは上昇し、水自体も地表からの汚染に対してより脆弱になる。研究者たちは、この低下の主な要因が、この地域の急速な都市化であることを突き止めた。農地や空き地が建物や道路に置き換わるにつれ、地面が雨水を吸収する能力を失っていくのである。雨は帯水層を涵養するために土へ染み込む代わりに、硬い表面の上を流れて流出してしまい、地下の貯蔵庫を空にしてしまう。この問題は、増加する人口とその産業のニーズを満たすために汲み上げられる膨大な水の量によって、さらに深刻化している。

研究者たちは、自分たちのモデルの正確性を確保するために、現実の観測結果を用いてモデルをテストした。彼らは、コンピュータ・シミュレーションの設定、特に水がどれほど容易に土壌を移動するかという値を、現場の井戸から実際に測定された水位と一致するように調整した。その結果、水が地面を移動する速度が、水位を決定する最も重要な要因であることを発見した。モデルが現実と一致するように調整されると、減少率が一定かつ重大であることが確認された。また、この研究は、降雨が帯水層の補充を助ける一方で、この地域に降る雨の量は、取り除かれる膨大な水の量に対抗するには不十分であることを強調した。降雨量の多い年であっても、純粋な効果としては、地下システムからの水の損失であった。

これらの知見が持つ意味は、単一の近隣地域にとどまらない。この研究は、現在のラホールにおける水管理の方法は持続不可能であることを示唆している。研究者たちは、単に雨を待つことはもはや有効な戦略ではないと提言している。代わりに、彼らは都市が水循環とどのように関わるべきかという転換を推奨している。これには、雨水を捕らえて地下深くへと導くように設計された構造物である「逆井（ぎゃくい）」の設置や、土壌が呼吸し水を吸収できる緑地の創出が含まれる。彼らはまた、より厳格なモニタリングを求めており、問題を早期に察知するために、水レベルのチェックを年に一度ではなく毎月行うべきだと示唆している。さらに、新しい住宅開発においては、取り出す水と戻す水のバランスを取ることが義務付けられるべきである。目標は、都市が単に水資源を消費するだけでなく、積極的にそれを補充することに加わり、次世代のために蛇口が枯れないようにするシステムを作り上げることである。