(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面に高低差を有する地山の岩盤中に、集水部に向けて下るように形成された集水トンネルと、
該集水部から低位の地表に向けて下るように形成され、低位の地表に開口した送水トンネルとを備えてなり、
前記集水部には、高位の地表に向けて形成され、該地表に貫通した集水坑と、該集水坑を集水トンネル側の空間と送水トンネル側の空間とに仕切り、且つ集水トンネル側の空間と送水トンネル側の空間との連通空間の高さを任意に設定可能な隔壁とが設けられている
ことを特徴とする岩盤地下水取水施設。
【請求項２】
請求項１に記載された岩盤地下水取水施設において、
前記送水トンネルの途中位置に設けられ、集水された地下水を貯留する貯水空洞と、
該貯水空洞から流出する地下水の流量を制御する送水量制御装置とを備えている
ことを特徴とする岩盤地下水取水施設。
【請求項３】
請求項１または２に記載された岩盤地下水取水施設において、
前記集水坑が貫通した地表よりも高位の水源から取水し、集水坑に向けて送水する送水路を備えている
ことを特徴とする岩盤地下水取水施設。
【請求項４】
請求項１、２、３のいずれかに記載された岩盤地下水取水施設において、
前記送水トンネルが低位の水資源貯水施設に連結されている
ことを特徴とする岩盤地下水取水施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤中を流れる岩盤地下水を好適に取水し、さらに得られた水資源を既存の水資源貯水施設を併わせて有効に活用する岩盤地下水取水施設に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、飲料水、工業用水、農業用水等に用いられる水資源は、主に、河川、湖沼等の自然水域からの取水、ダムからの取水、および土壌中の地下水揚水で賄われている。しかしながら、河川、湖沼からの取水施設や、ダムの建設に適した立地が減少してきており、また、土壌中の地下水揚水においても、土壌中の地下水位の低下や地盤沈下の問題から取水が制限される方向にある。したがって、水資源の確保が困難になってきている。
【０００３】
そのため、これらに代わる水資源確保の方法が模索されており、そのひとつに海水淡水化プラントが挙げられる。この海水淡水化プラントによれば、海水から無尽蔵に水資源を確保することが可能であるが、その反面設備コストや運転コストが高く、一般には普及していないのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来型の水資源開発施設の適地が減少する状況を考慮して、未だ活用されていない岩盤中を流れる地下水、すなわち岩盤地下水が、新たな水資源として注目を集めているが、その利用はなされておらず水資源として有効利用する特別な取水設備等は提案されていないのが現状である。
【０００５】
例えば、トンネル構築後の坑内の湧水は単なる排水として処理されるのが一般的である。また、工事中の湧水対策に用いる水抜きボーリングは、それ自体が仮設の施設であって湧水を有効利用するというものではない。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、安定した取水量が見込める岩盤地下水を効率よく取水して利用することができる岩盤地下水取水施設を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するための手段として、請求項１に記載された岩盤地下水取水施設は、地表面に高低差を有する地山の岩盤中に、集水部に向けて下るように形成された集水トンネルと、この集水部から低位の地表に向けて下るように形成され、低位の地表に開口した送水トンネルとを備えてなり、集水部には、高位の地表に向けて形成され、該地表に貫通した集水坑と、この集水坑を集水トンネル側の空間と送水トンネル側の空間とに仕切り、且つ集水トンネル側の空間と送水トンネル側の空間との連通空間の高さを任意に設定可能な隔壁とが設けられていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載された岩盤地下水取水施設は、請求項１に記載された岩盤地下水取水施設において、送水トンネルの途中位置に設けられ、集水された地下水を貯留する貯水空洞と、この貯水空洞から流出する地下水の流量を制御する送水量制御装置とを備えることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載された岩盤地下水取水施設は、請求項１または２に記載された岩盤地下水取水施設において、集水坑が貫通した地表よりも高位の水源から取水し、集水坑に向けて送水する送水路を備えることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に記載された岩盤地下水取水施設は、請求項１、２、３のいずれかに記載された岩盤地下水取水施設において、送水トンネルが低位の水資源貯水施設に連結されていることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る岩盤地下水取水施設の第１の実施形態を図１に示して説明する。図１に示す岩盤地下水取水施設は、丘陵地等の地表面に高低差を有する地山１に構築されており、地山１の岩盤２中に傾斜して掘削された集水トンネル１０と、集水トンネル１０の坑口に位置して地下水の集まる集水部１１から高位の地表Ｈに向けて鉛直上方に掘削され、その高位の地表Ｈに貫通した立坑（集水坑）２０と、集水部１１から低位の地表Ｌに向けて傾斜して掘削され、その低位の地表Ｌに開口した送水トンネル３０とを備えている。
【００１２】
集水トンネル１０の両側壁面および天井面には、岩盤２中を流れる地下水を集水する集水孔１２が岩盤２中に向けて多数形成されている。また、集水トンネル１０の底面には、湧き出した地下水を下方に向けて流す溝状の導水路１３が形成されている。
【００１３】
立坑２０の内部には、この立坑２０を集水トンネル１０側の空間２１と送水トンネル３０側の空間２２とに仕切る隔壁２３が設けられており、この隔壁２３には、所要の高さにそれぞれ離間して複数のバルブ２４が設置されている。
【００１４】
送水トンネル３０の途中位置には、集水された地下水を貯留する貯水空洞４０が設けられており、この貯水空洞４０には、低位の地表Ｌに向けて流出する地下水の流量を制御する送水量制御装置として、開度が自在に調節できるバルブ４１が設置されている。
なお、送水トンネル３０のうち、貯水空洞４０よりも上流側に位置する第１の送水トンネル３１は貯水空洞４０の天井部に開口されており、貯水空洞４０よりも下流側に位置する第２の送水トンネル３２は貯水空洞４０の底部に開口されている。
【００１５】
さらに、地山１には、立坑２０が貫通した高位の地表Ｈよりもさらに高位に位置する河川（水源）Ｒから取水し、立坑２０に向けて送水する送水路５０が設けられている。送水路５０の上端は河川Ｒの計画最高水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ．）を越した位置に開口されている。また、送水路５０の途中位置には、河川水中の懸濁物等を除去する濾過装置５１が設けられている。
【００１６】
上記のように構成された岩盤地下水取水施設においては、岩盤２中を流れる地下水が、地下水面の高低差から生れるエネルギーによって自然湧水として得られるので、次のような運転方法により有効な利水を図ることができる。
【００１７】
岩盤２中を流れる地下水は、地下水面よりも低位に位置する集水トンネル１０に向けて移動し、集水トンネル１０の壁面および集水孔１２から湧き出す。湧き出した地下水は、集水トンネル１０を流れ下り、集水部１１を満たし集水トンネル１０側の空間２１を満たす。この状態においても立坑２０の水位は地下水面よりも低いため、地下水は集水トンネル１０内に湧き出し続け、これによって空間２１の水位は漸次高まる。
【００１８】
各バルブ２４をすべて閉じた状態であれば、空間２１の水位が上昇し地下水面との差が縮まるにつれて集水トンネル１０内の湧水量が抑えられ、空間２１の水位が地下水面と同じ高さまで上昇したところで集水トンネル１０内の湧水が止まる。そこで、各バルブ２４を上方に位置するものから任意の数だけ開放し、それらのバルブ２４から空間２１を満たした地下水を送水トンネル３０側の空間２２に向けて放出する。このとき、開放するバルブ２４の数を減らして空間２１の水位を高めに設定すれば、集水トンネル１０内の湧水量が少なくなってバルブ２４から放出される水量も少なくなり、開放するバルブ２４の数を増やして空間２１の水位を低めに設定すれば、集水トンネル１０内の湧水量が多くなってバルブ２４から放出される水量も多くなるので、必要とされる取水量に応じて開放するバルブ２４の数を調節する。
【００１９】
放出された地下水は、第１の送水トンネル３１を流れ下り、貯水空洞４０を経て第２の送水トンネル３２をさらに流れ下り、低位の地表Ｌに設けられた開口に向かうので、送水量制御装置としてのバルブ４１の開度を適宜調節して貯水空洞４０への貯蔵を図りながら計画的に外部への送水を行う。なお、地下空洞４０にも周囲の岩盤２から地下水が湧き出すので、この湧水をも取水して有効に利用する。
【００２０】
また、送水路５０からは、河川Ｒの水位が計画最高水位を越した場合にその増水分の河川水を取水し、濾過装置５１で懸濁物等を除去したうえで、立坑のうち送水トンネル３０側の空間２２に送水して有効に利用する。
【００２１】
渇水期を見込んだ岩盤地下水取水施設の効果的な運転方法としては、まず、平年時には、空間２１の水位を比較的高くして周辺環境へ影響が及ばない程度に取水量を少なく設定し、バルブ２４から放出される地下水と、岩盤２から貯水空洞４０へ湧き出す地下水とを貯水空洞４０に貯蔵する。貯水空洞４０の貯蔵量が最大となったら、バルブ２４から放出される地下水の水量と貯水空洞４０へ湧き出す地下水の水量とを合計した岩盤地下水量（平年時合計送水量）に相当する地下水を第２の送水トンネル３２から放出して常時利用する。
【００２２】
渇水時には、空間２１の水位を低くして取水量を多く設定し、平年時合計送水量以上の地下水を利用する。加えて、貯水空洞４０の貯蔵量を減らせば、岩盤２から貯水空洞４０に湧き出す地下水の水量も増えるので、さらに多くの地下水を利用することが可能である。
【００２３】
上記のように構成された岩盤地下水取水施設によれば、岩盤２中を流れる地下水を集水トンネル１０の壁面からの自然湧水として得ることができ、この地下水を、集水トンネル１０および集水部１１に貯留させることができる。そして、隔壁２３に設置された各バルブ２４を上方に位置するものから任意の数だけ開放し、双方の空間２１、２２の連通空間の高さを任意に設定することで、集水部１１から送水トンネル３０に流入する地下水の流量を段階的に調節することができる。さらに、自然湧水として得た地下水を、送水トンネル３０を通じて低位の地表Ｌから放出することで、揚水装置等の設備を使用せずに取水することができる。これによって、揚水装置等の建設コストや運転コスト等が不要となり、当該施設を建設し運用するうえで大幅なコスト削減が可能となる。
【００２４】
岩盤地下水は気象等の影響を受けにくく安定した取水量が見込めるので、外部への送水を行いながらも貯水空洞４０に地下水を貯蔵しておくことができ、渇水時等においてこの貯蔵しておいた地下水を放水することで、集水トンネル１０から取水される地下水の水量以上の利水が可能となり、これによって渇水時にも安定した水の供給が可能となる。さらに、地下空洞４０にも周囲の岩盤２から地下水が湧き出すので、この湧水も取水して利用することができる。
【００２５】
さらに、送水路５０を通じて水位が増した河川Ｒから取水し、送水トンネル３０側の空間２２に送水することで、他の水源から得た水をも利用して貯水空洞４０の貯蔵量を増やすことができる。
【００２６】
貯水空洞４０に貯蔵された地下水を、水量に関わらず常時放水しておけば、貯水空洞４０周辺の岩盤２中を流れる地下水は貯水空洞４０に向かい、逆に貯蔵された地下水は岩盤２内に向かわないので、貯蔵水の漏洩が生じない合理的な貯蔵方式を実現できる。このため、貯水空洞４０は漏洩防止を目的とした巻きたてコンクリートや鋼板ライニング等の技術が不要になり、施工コストの削減が可能である。
【００２７】
なお、本実施形態においては、隔壁２３に複数のバルブ２４を設置しこれらの開閉によって集水部１１から送水トンネル３０に流入する地下水の流量を制御したが、これに代えて、立坑の高さ方向に伸縮自在な隔壁を採用してもよい。
【００２８】
また、貯水空洞４０の最高部から、第１の送水トンネル３１、立坑２０を経て空気抜き管を配設すれば、貯水空洞４０のほぼ１００％を地下水の貯蔵に充てることができる。
【００２９】
次に、本発明に係る岩盤地下水取水施設の第２の実施形態を図２に示して説明する。
図２に示す岩盤地下水取水施設は、第１の実施形態とほぼ同様に、丘陵地等の地表面に高低差を有する地山１に構築されており、岩盤２中に掘削された集水トンネル１０と、地下水の集まる集水部１１から鉛直上方に掘削された立坑２０と、集水部１１から傾斜して掘削され低位の地表Ｌに開口した送水トンネル３０とを備えてなるものである。
【００３０】
しかしながら、この岩盤地下水取水施設には、送水トンネル３０の途中位置に貯水空洞が設けられておらず、送水トンネル３０が当該施設に隣接するダム貯水池（水資源貯水施設）Ｄに連結されている。しかも、当該施設の最深部にあたる送水トンネル３０の先端は、ダム貯水池Ｄの利水容量水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ．）と同等もしくは高位に位置している。
【００３１】
上記のように構成された岩盤地下水取水施設においても、岩盤２中を流れる地下水が自然湧水として得られる。岩盤地下水は気象等の影響を受けにくく安定した取水量が見込めるので、例えば異常気象による長期間の降水量低下によってダム貯水池Ｄの貯水量が低下した場合にも、当該施設から得られた地下水をダム貯水池Ｄに放水することでその貯水量を回復させることができる。これによってダム貯水池Ｄの計画流量を賄い、異常気象に影響されず安定した水の供給が可能となる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載された岩盤地下水取水施設によれば、岩盤中に集水トンネルを形成することにより、岩盤中を流れる地下水を集水トンネルの壁面からの自然湧水として得ることができ、この地下水を、集水トンネルおよび集水部に貯留することができる。また、集水部に、高位の地表に貫通した集水坑を形成し、この集水坑を集水トンネル側の空間と送水トンネル側の空間とに仕切る隔壁の高さを可変として双方の空間の連通空間の高さを任意に設定することで、集水トンネルから送水トンネルに流入する地下水の流量を自在に調節することができる。さらに、当該施設を地表面に高低差を有する地山に構築し、送水トンネルを集水部から低位の地表に向けて下るように形成して低位の地表に開口させることにより、自然湧水として得た地下水を、揚水装置等の設備を使用せずに取水することができる。これらのことから、揚水装置等の建設コストや運転コスト等が不要となり、当該施設を建設し運用するうえで大幅なコスト削減が可能である。
【００３３】
請求項２に記載された岩盤地下水取水施設によれば、外部への送水を行いながらも貯水空洞に地下水を貯蔵しておき、渇水時等においてこの貯蔵しておいた地下水を放水することで、集水トンネルから取水される地下水の水量以上の利水が可能となり、これによって安定した水の供給が可能となる。さらに、地下空洞にも周囲の岩盤から地下水が湧き出すので、この湧水をも取水して利用することができる。
【００３４】
請求項３に記載された岩盤地下水取水施設によれば、集水坑が貫通した地表よりも高位の水源から集水坑に向けて送水路を設けることにより、他の水源から得た水を利用して貯水空洞の貯蔵量を増やすことができる。
【００３５】
請求項４に記載された岩盤地下水取水施設によれば、送水トンネルを低位の水資源貯水施設に連結することにより、岩盤地下水取水施設から得られた地下水を水資源貯水施設に放水することでその貯水量を回復させることができる。これによって水資源貯水施設の計画流量を賄い、異常気象等に影響されず安定した水の供給が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の岩盤地下水取水施設の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の岩盤地下水取水施設の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  地山
２  岩盤
１０  集水トンネル
２０  立坑（集水坑）
２１  集水トンネル側の空間
２２  送水トンネル側の空間
２３  隔壁
２４  バルブ
３０  送水トンネル
４０  貯水空洞
５０  送水路
Ｈ  高位の地表
Ｌ  低位の地表
Ｒ  河川（水源）
Ｄ  ダム貯水池（水資源貯水施設）
【図１】
0003579809.tif 000002
【図２】
0003579809.tif 000003