国立先进产业技术综合研究所[所长：中钵良二]（以下简称“AIST”）地圈资源环境研究部[研究主任：三畑雄二]地下水研究小组制作了大阪平原的水文环境图。根据该水文环境图，可再生能源研究中心[研究中心主任：Hiroshi Furuya]和地热团队正在与大阪府[知事吉村博文]合作创建地热利用系统（闭环、开环)的地热潜力图，并与水文环境图一起发布在我们的网站上。
水文环境图显示地下水水质、水量、温度和含水层地热潜力图是总结特征等的地图，是通过从水文环境图中的地下水信息中提取相关数据（地质、地下水位、地下水温度等）并进行分析来显示地热的潜在利用的地图。通过开发日本西部最大的经济都市区大阪平原的水文环境图，并与大阪府合作创建第一个满足冷却需求的地热潜力图，预计学术成果将以适合该地区特点的形式应用，并为地热利用系统的社会实施铺平道路。
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水文环境图（左）与地热潜力图（右）之间的关系
地热潜力图（右）是通过根据总结了地质、地下水位和地下温度等信息的水文环境图（左）创建的地下水流/热传输模型（中）分析地热分布而创建的。 |
地下水不仅支持城市地区的日常生活，还支持工业和农业。然而，从1930年左右开始，由于过度抽水导致的地面沉降和盐碱化变得明显，东京和大阪等一些地区的地下水使用受到限制。近年来，因地下水位恢复导致地铁等地下建筑物渗漏水问题已成为问题，一些地区面临着采取措施阻止地下水位上升的压力。在这种情况下，需要可持续利用和保护地下水，以及利用新技术利用地下水。
地热利用系统是有效利用地下水的热量和地下温差，以较少的电力进行供暖和制冷的节能技术。东日本大地震后，作为抑制热岛现象和全球变暖的技术，它最近引起了人们的关注。先前的研究表明，通过引入地热利用系统，每年可节省 40% 至 50% 的电力和能源。然而，缺乏足够的信息来设计适合该地区的地热利用系统并估算安装成本，这是广泛使用的障碍。
日本地质调查所（AIST）根据国家政策，整合并数字化了各种地下水数据，编制并出版了人口和经济基础设施集中的大平原和盆地的水文环境图，旨在确保人民的生命安全。自2019年5月31日起，网站已向公众开放（2019 年 5 月 31 日 AIST 新闻稿）。地下水研究小组一直在整理大阪平原的地下水信息，为制作水文环境图做准备。此外，作为新能源和产业技术综合开发机构（NEDO）委托项目的一部分，地热团队一直在研究和开发评估地热潜力的方法，目标是供暖需求较高的东北地区，但挑战在于将其应用于制冷需求为主要焦点的日本西部地区。
同时，东日本大地震后，大阪府与大阪市共同制定了《大阪能源当地生产和当地消费促进计划》，并以此计划为基础，致力于普及可再生能源和促进节能。作为这项努力的一部分，已经努力促进个人和企业引进地热利用系统，但还没有为此目的制定必要的指标。因此，产业技术研究院和大阪府致力于评估大阪平原的地热潜力，并制作潜力图，以便可视化大阪平原的地热潜力信息。
AIST 创建了大阪平原的水文环境图，使用其中的一些信息构建了地下水流和热量传输模型，并在此基础上创建了地热潜力图（概念图）。详细信息如下所示。
◆大阪平原水文环境图
大阪平原的水文环境图是通过从现有报告和论文中提取、审查和编制与地下水相关的地形和地质结构、过去和现在的地下水位、水质和温度数据而创建的。大阪平原的旧形态贝德里尔岩（花岗岩等）以及自约258万年前开始的更新世以来沉积在其上的沉积物，分为含水层1至4，以及每个含水层中的地下水具体流出, 水质,基面的深度和其他特征。
图1作为水文环境图的一个例子，示出了大阪平原的含水层划分和第1含水层底面的高程线（图1左侧地层“Ma9”的下表面）。从西宫到大阪的沿海地区以及以河内为中心的内陆地区，都有深蓝色所示的第一含水层底部较深、呈凹陷状的地方，表明大阪平原下方存在两个盆地结构，蕴藏着大量的地下水。这些数据包含在第11号水文环境图“大阪平原”中（https://gbankgsjjp/WaterEnvironmentMap/contents/osaka/osakahtm)，并且还维护和发布第一含水层以外的含水层和其他地下水的信息。
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图1 大阪平原含水层分类（左）和第1含水层底面高程图（右）
右图中，底面上海拔较高的区域以暖色显示，海拔较低的区域以冷色显示。 |
◆大阪平原地热潜力图
创建地热势图需要地下水流/热传输模型，以便在计算机上计算和重现地下水流和热传输。因此，我们在根据水文环境图含水层分类创建的地质结构模型（图1）上反映了水文环境图中包含的地下水位和地下温度剖面信息，建立了地下水流/热传输模型，并计算了地热潜力（概念图）。根据这些结果，我们为两种类型的地热利用系统创建了“所需的热交换器长度”和“合适的位置”地图：“闭环”和“开环”。
图 2 显示了大阪平原“闭环”地热利用系统的地热潜力图示例。该图显示了闭环地热利用系统所需的热交换器长度分布，该系统可以满足大阪平原平均天气条件下典型独立式住宅的供暖和制冷需求。一般来说，地下水流较快的地区可以更有效地进行热交换，因此地热热利用系统所需的热交换器的长度较短。可以说，换热器长度越短，安装成本越低，地热潜力越高。在整个大阪平原，地下水流活跃的富田林市和河内长野市（图2中红色和橙色区域）的热交换器长度往往最短。
除了图2中的换热器长度分布图外，闭环地热势图还包括安装100 m换热器时的换热器长度分布图热量提取和废热还创建并发布了 (https://wwwgsjjp/data/interim-report/GSJ_DOC_INR_078_2019pdf[PDF：4 MB]）。
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图2 与“闭环”相关的地热潜力图示例
所需热交换器长度较短的区域以暖色显示，所需长度较长的区域以冷色显示。 |
图3是地热潜力图，显示了“开环”地热利用系统的合适位置。此次，我们确定含水层厚度为20m以上的地区适合确保充足的地下水。此外，为了引入开环，需要了解地下水的抽水能力和回水能力。图3中，丘陵、高原等含水层较薄、抽水能力相对较低的地区用黄色表示，而地下水向上流动的地区，如泉水，抽水很难返回含水层，抽水能力相对较低的地区用蓝色表示。粉色显示的其他区域被认为适合开环。该图所示的适宜地点大致对应于图1（右）所示的具有大量地下水的结构的区域（蓝色阴影区域）。
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图 3 地热潜力图显示了“开环”的合适位置
开环地热利用系统的合适位置以粉色显示。 |
通过这种方式，我们能够首次在空调需求量很大的大阪县周围应用地热潜力评估方法，并且有可能开发出预测日本西部其他地区制冷需求的地热潜力图。此外，从大阪平原水文环境图和两类地热潜力图可以看出，适合各地区地下环境的地热利用系统已被定量“可视化”，更容易具体考虑地热利用系统的引进成本和安装。预计这将促进最适合每个地区地下环境的系统设计。该地热潜力图的详细信息可以在“大阪平原地热潜力图”中找到地质调查中心公告也已发布。
今后，我们将继续制作新泻平原、静冈平原、京都盆地、和歌山平原、北九州地区等地区的水文环境图，并依次发布。除了供暖需求较高的日本东部地区外，我们还将开发并发布制冷需求较高的日本西部地区的地热潜力图。