(57)【要約】【課題】  岩盤内の地下水資源を効率的に取水でき、初期コストも大幅に削減される岩盤地下水取水施設を提供する。【解決手段】  岩盤地下水取水施設は、地表から岩盤内まで掘り下げられた立坑１と、立坑１の下位部から岩盤内に突出して形成された集水孔打設スペース３と、集水孔打設スペース３から岩盤に向けて水平放射状に配置された集水孔４とから概略構成される。立坑１の下位部は、集水孔４によって集水された岩盤地下水ｗを貯留するための吸水槽２となっている。立坑１内には、吸水槽２に貯留された岩盤地下水ｗを地上で利用するために、吸水槽２から地上まで配設された揚水管１２ａと揚水管１２ａの末端に接続された揚水ポンプ１２ｂから構成される揚水手段１２が備えられている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表から岩盤内まで掘り下げられ下位部を吸水槽とする立坑と、当該立坑の下位部から岩盤内に突出して形成された集水孔打設スペースと、当該集水孔打設スペースから岩盤に向けて放射状に削孔され、岩盤地下水を集水して前記吸水槽に送水する集水孔と、前記吸水槽に貯留された岩盤地下水を汲み出す揚水手段とを備えることを特徴とする岩盤地下水取水施設。
【請求項２】
地表から岩盤内まで掘り下げられ下位部を吸水槽とする立坑と、岩盤内に形成され、前記吸水槽に向けて下るように設けられた集水トンネルと、当該集水トンネルの端部から岩盤に向けて放射状に削孔され、岩盤地下水を集水して当該集水トンネルを介して前記吸水槽に送水する集水孔と、前記吸水槽に貯留された岩盤地下水を汲み出す揚水手段とを備えることを特徴とする岩盤地下水取水施設。
【請求項３】
前記立坑の上位部から地盤内に突出して形成された注水孔打設スペースと、当該注水孔打設スペースから地盤に向けて放射状に削孔され、供給水を地盤に供給する注水孔とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の岩盤地下水取水施設。
【請求項４】
地表から地中に向けて削孔され、供給水を地盤に供給する注水孔を前記立坑の周囲に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の岩盤地下水取水施設。
【請求項５】
臨海地に設けられる請求項１または２に記載の岩盤地下水取水施設であって、
前記集水孔打設スペースまたは前記集水トンネルと前記集水孔を前記立坑の陸側にのみ備えるとともに、供給水を地盤に供給する塩水化防止孔を前記立坑の海側に備え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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩盤内を流れる岩盤地下水を好適に取水できる岩盤地下水取水施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
岩盤地下水資源を効率的に取水する施設として、例えば特許文献１や特許文献２では、地表から岩盤に達して掘り下げられ最深部分を吸水槽とする揚水トンネルと、岩盤地下水を導き入れる複数の集水孔を壁面に有し、吸水槽に向けて下るように設けられた集水トンネルと、吸水槽に貯留された岩盤地下水を揚水する揚水手段とを備える岩盤地下水取水施設が開示されている。
【特許文献１】特開平９−７１９８３号公報  （第２−４頁、第１図）
【特許文献２】特開平９−１３２９２８号公報  （第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１や特許文献２に記載された岩盤地下水取水施設は、集水領域に効率的に集水孔を設置するため集水トンネルを設けるようにしているが、建設費や設備費などの初期コストに占める集水トンネルの割合が比較的大きく、集水トンネルの長さが数百メートル程度の小規模な岩盤地下水取水施設の場合には、集水トンネルの初期コストが費用対効果に大きく影響するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、岩盤内の地下水資源を効率的に取水でき、初期コストも大幅に削減される岩盤地下水取水施設を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係る岩盤地下水取水施設は、地表から岩盤内まで掘り下げられ下位部を吸水槽とする立坑と、当該立坑の下位部から岩盤内に突出して形成された集水孔打設スペースと、当該集水孔打設スペースから岩盤に向けて放射状に削孔され、岩盤地下水を集水して前記吸水槽に送水する集水孔と、前記吸水槽に貯留された岩盤地下水を汲み出す揚水手段とを備えることを特徴とする。
ここで、集水孔の長さは、条件次第でいかようにも設定可能であり、長い場合には数ｋｍにも及ぶことがある。一般的には、５０〜４００ｍ程度を想定しており、片側の集水トンネルの長さが４００ｍ未満であれば、集水トンネルに代えて集水孔を設けることで初期コストを大幅に削減することができる。
他方、本発明の取水原理は、従来型の岩盤地下水取水施設と同様、周辺地下水面と立坑水位との水頭差で湧出する岩盤地下水を揚水して利用するものであり、揚水手段を用いて立坑水位を調整することで取水量を制御することが可能である。
【０００６】
また、本発明に係る岩盤地下水取水施設は、地表から岩盤内まで掘り下げられ下位部を吸水槽とする立坑と、岩盤内に形成され、前記吸水槽に向けて下るように設けられた集水トンネルと、当該集水トンネルの端部から岩盤に向けて放射状に削孔され、岩盤地下水を集水して当該集水トンネルを介して前記吸水槽に送水する集水孔と、前記吸水槽に貯留された岩盤地下水を汲み出す揚水手段とを備えることを特徴とする。
本発明では、集水領域が集水孔の施工可能な長さを超える場合、集水トンネルと集水孔を組み合わせることにより、集水トンネルに掛かる初期コストを最小限に抑えることができる。
【０００７】
本発明に係る上記各岩盤地下水取水施設は、未利用な岩盤地下水資源を効率的に取水して利用するものであるが、周辺地下水位が大幅に低下した場合には、地下水環境や地下水利用に悪影響を与えるとともに、岩盤地下水取水施設の取水能力そのものの低下につながるおそれがある。
そこで、本発明に係る岩盤地下水取水施設では、前記立坑の上位部から地盤内に突出して形成された注水孔打設スペースと、当該注水孔打設スペースから地盤に向けて放射状に削孔され、供給水を地盤に供給する注水孔とを備えていてもよい。
本発明では、供給水を地盤に供給する注水孔を集水孔より上方の水位低下範囲に配置することにより、注水孔からの人工涵養で地下水位を回復させることができる。しかも、注水孔による人工涵養は、地下水位の低下防止効果に加えて、注水孔と集水孔との間で地下水流動が生じるので取水量増大効果も期待できる。
【０００８】
また、本発明に係る岩盤地下水取水施設では、上記注水孔および注水孔打設スペースに代えて、地表から地中に向けて削孔され、供給水を地盤に供給する注水孔を前記立坑の周囲に備えていてもよい。
これによっても上記と同様の効果が期待できる。
【０００９】
また、本発明に係る岩盤地下水取水施設では、上記岩盤地下水取水施設が臨海地に設けられる場合、前記集水孔打設スペースまたは前記集水トンネルと前記集水孔を前記立坑の陸側にのみ備えるとともに、供給水を地盤に供給する塩水化防止孔を前記立坑の海側に備えていてもよい。
臨海地に岩盤地下水取水施設を設置する場合、臨海地の地下水位の低下量が大きいと、海水が地下水に浸入して地下水が塩水化し、地下水環境の悪化と地下水利用障害が起きるおそれがある。
そこで、本発明では、集水孔打設スペースまたは集水トンネルと集水孔を立坑の陸側にのみ設けるとともに、供給水を地盤に供給する塩水化防止孔を立坑の海側に設けることにより、海側の地下水位を回復させるとともに、ウォーターカーテン的に塩水の侵入を防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、立坑下位部から岩盤内に突出して形成された集水孔打設スペースから岩盤に向けて放射状に集水孔を設けることにより、岩盤内の地下水資源を効率的に取水でき、初期コストも大幅に削減される岩盤地下水取水施設を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る岩盤地下水取水施設の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る岩盤地下水取水施設の第一の実施形態を示す概略図である。
図１に示すように、本実施形態による岩盤地下水取水施設は、地表から岩盤内まで掘り下げられた立坑１と、立坑１の下位部から岩盤内に突出して形成された集水孔打設スペース３と、集水孔打設スペース３から岩盤に向けて水平放射状に削孔された集水孔４とから概略構成される。
【００１２】
立坑１の下位部は、集水孔４によって集水された岩盤地下水ｗを貯留するための吸水槽２となっている。
立坑１内には、吸水槽２に貯留された岩盤地下水ｗを地上で利用するために、吸水槽２から地上まで配設された揚水管１２ａと揚水管１２ａの末端に接続された揚水ポンプ１２ｂから構成される揚水手段１２が備えられている。
【００１３】
また、集水孔打設スペース３は、図示しない削孔機械により集水孔４の削孔作業を行うためのスペースである。
【００１４】
集水孔４の長さは、条件次第でいかようにも設定可能であるが、ここでは、ある程度幅広い地質で施工可能な長さである３００〜４００ｍ程度を有する長尺集水孔としている。因みに、集水孔４のメーター当たりの建設単価は集水トンネルの１／５〜１／１０程度であり、片側の集水トンネルの長さが４００ｍ未満であれば、集水トンネルに代えて集水孔４を設置することで初期コストを大幅に削減することができる。特に、極めて透水性の高い石灰岩地帯の場合は、集水トンネルを省略した構造形式でも十分な取水量が見込めるので経済性がさらに高くなる。
【００１５】
なお、本発明に係る岩盤地下水取水施設の取水原理は、従来型の岩盤地下水取水施設と同様、周辺地下水面Ｌ２と立坑水位Ｌ１との水頭差で湧出する岩盤地下水ｗを揚水して利用するものであり、揚水手段１２を用いて立坑水位Ｌ１を調整することで取水量を制御することができる。その結果、地下水環境への悪影響を極力防止して、安定した地下水の利用が可能となる。
【００１６】
図２は、本発明に係る岩盤地下水取水施設の第二の実施形態を示す概略図である。
図２に示すように、本実施形態による岩盤地下水取水施設は、第一の実施形態に加えて、立坑１を含む鉛直面内について、集水孔打設スペース３から下方に削孔された傾斜集水孔（集水孔）５を備えている。
これにより、立坑１より下方の深部地下水についても取水することが可能となる。
【００１７】
図３は、本発明に係る岩盤地下水取水施設の第三の実施形態を示す概略図である。
本実施形態による岩盤地下水取水施設では、集水領域が集水孔の施工可能な長さを超える場合を想定しており、図３に示すように、地表から岩盤内まで掘り下げられ下位部を吸水槽２とする立坑１と、岩盤内に形成され、吸水槽２に向けて下るように設けられた集水トンネル６と、集水トンネル６の端部６ａから岩盤に向けて水平放射状に削孔された集水孔７とから概略構成される。
集水トンネル６は、立坑１を挟んで水平２方向に形成されており、その壁面には、岩盤に向けて削孔されてなる集水孔８が集水トンネル６のトンネル軸方向に沿って複数設けられている。
【００１８】
集水孔７、８によって集水された岩盤地下水ｗは、集水トンネル６を介して吸水槽２へ送水される。
立坑１内には揚水手段１２が備えられており、吸水槽２に貯留された岩盤地下水ｗは揚水手段１２によって地上まで汲み上げられて利用される。
【００１９】
図４は、本発明に係る岩盤地下水取水施設の第四の実施形態を示す概略図である。
本実施形態による岩盤地下水取水施設では、地下水資源の汲み上げにより周辺地下水位が大幅に低下するのを防止するための策が講じられている。具体的には、図４に示すように、本実施形態では、第二の実施形態に加えて、立坑１の上位部から地盤内に突出して形成された注水孔打設スペース９と、注水孔打設スペース９から地盤に向けて水平放射状に削孔された注水孔１０とを備えている。
【００２０】
ここで、注水孔打設スペース９は、図示しない削孔機械により注水孔１０の削孔作業を行うためのスペースである。
【００２１】
供給水は、地上に設置された水質調整装置１３と加圧ポンプ１４を経て、注水孔打設スペース９の基端部に設置されたプラグ９ａを貫通する注水管１０ａを介して注水孔１０に送られ、注水孔１０から地盤内に供給される。
【００２２】
供給水には下水処理水や雨水等を利用し、注水における目詰まりを防止するために水質調整装置１３を設置している。水質調整装置１３は多段の処理装置で構成し、大きい懸濁物から極めて微細な懸濁物まで多段の処理装置で順次除去し、微細物の増殖が懸念される場合は塩素系の薬品を添加する。また、供給水中の重金属イオンが目詰まり要因として懸念される場合は、重金属イオンの強制酸化措置と濾過装置等で構成された重金属イオン処理装置を水質調整装置１３に付加する。
なお、供給水が所定の基準以上に清浄なものであるならば、水質調整装置１３による水質調整は不要である。
【００２３】
本実施形態による岩盤地下水取水施設では、供給水を地盤に供給する注水孔１０を集水孔４より上方の地下水位が低下する範囲に配置することにより、注水孔１０を設置しない場合に比べて地下水面がＬ３からＬ２に上昇する。しかも、注水孔１０による人工涵養は、水位低下防止効果に加えて、注水孔１０と集水孔４および傾斜集水孔５との間で地下水流動が生じるので取水量増大効果も期待できる。
【００２４】
図５は、本発明に係る岩盤地下水取水施設の第五の実施形態を示す概略図である。
図５に示すように、本実施形態による岩盤地下水取水施設では、第四の実施形態の注水孔１０と注水孔打設スペース９に代えて、地表から地中に向けて削孔され、供給水を地盤に供給する注水孔１１が立坑１の周囲に設けられている。
【００２５】
供給水は、地上に設置された水質調整装置１３と加圧ポンプ１４を経て、注水管１１ａを介して注水孔１１に送られ、注水孔１１から地盤内に供給される。
【００２６】
図６は、本発明に係る岩盤地下水取水施設の第六の実施形態を示す概略図である。
本実施形態では、臨海地に岩盤地下水取水施設を設置する場合を想定しており、図６に示すように、地表から岩盤内まで掘り下げられた立坑１の陸側にのみ集水孔打設スペース３と集水孔４および傾斜集水孔５を備えている。
一方、立坑１の海側には、供給水を地盤に供給する塩水化防止孔１５が地表から地中に向けて削孔されている。供給水は、地上に設置された水質調整装置１３と加圧ポンプ１４を経由して注水管１５ａにより塩水化防止孔１５に送られる。
【００２７】
本実施形態による岩盤地下水取水施設では、供給水を地盤に供給する塩水化防止孔１５を立坑１の海側に設けることにより、塩水化防止孔１５を設置しない場合に比べて海側の地下水面がＬ３からＬ２に上昇する。その結果、海水の侵入が防止され、地下水が塩水化することがない。
また、本実施形態による岩盤地下水取水施設では、集水孔打設スペース３と集水孔４および傾斜集水孔５を立坑１の陸側にのみ設けているので、海水の侵入をより困難にし、確実に塩水化防止を図ることができる。
【００２８】
なお、塩水化防止を行いながら水資源開発を行うものに、琉球石灰岩等に設置される地下ダムが知られているが、地下ダムの立地条件には難透水の基盤岩が浅いことが不可欠であり、琉球石灰岩が深い場合は地下ダムの設置は不利になるが、このような場合にも本実施形態による岩盤地下水取水施設で塩水化防止を実施すれば、琉球石灰岩中の地下水を利用することが可能となる。
【００２９】
［岩盤地下水資源の調査］
岩盤地下水取水施設の建設費等の初期コストが同じであれば、湧水量が多いほど原水単価が低くなって経済性が向上する。そのため、岩盤地下水取水施設の建設に当たっては、湧水量の高精度な推定が求められる。
しかし、地表ボーリングを用いた従来の調査・試験では、集水トンネルや集水孔に沿った連続的なデータの取得において量的且つ質的に問題があり、水理特性の推定精度に限界があった。
【００３０】
そこで、岩盤地下水取水施設に設けられる集水孔を削孔する際に、幾つかの集水孔についてボーリングコア観察や区間透水試験、湧水量の測定などの調査も併せて行うのである。
この方法によれば、所定の深度における連続データが得られ、水理特性や帯水層能力の評価精度が飛躍的に向上する。
【００３１】
あるいは、上記方法に代えて、掘削中にボーリング孔の方向や傾斜を自在に変化させることのできるコントロールボーリングによってもよい。この方法によれば、立坑を設けることなく、所定の深度付近の連続データを比較的経済的に得ることができる。また、この方法によれば、調査範囲が広い場合でも調査範囲を分割して調査を行うことが可能である。
【００３２】
以上、本発明に係る岩盤地下水取水施設の実施形態および岩盤地下水資源の調査について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、水平面内および鉛直面内のみに集水孔を設置しているが、これに限るものではなく、集水孔打設スペースから斜め上方あるいは斜め下方に集水孔を設置してもよい。要は、周辺地下水面と立坑水位との水頭差が確保されていればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る岩盤地下水取水施設の第一の実施形態を示す概略図である。
【図２】本発明に係る岩盤地下水取水施設の第二の実施形態を示す概略図である。
【図３】本発明に係る岩盤地下水取水施設の第三の実施形態を示す概略図である。
【図４】本発明に係る岩盤地下水取水施設の第四の実施形態を示す概略図である。
【図５】本発明に係る岩盤地下水取水施設の第五の実施形態を示す概略図である。
【図６】本発明に係る岩盤地下水取水施設の第六の実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  立坑
２  吸水槽
３  集水孔打設スペース
４、７、８  集水孔
５  傾斜集水孔（集水孔）
６  集水トンネル
６ａ  端部
９  注水孔打設スペース
９ａ  プラグ
１０、１１  注水孔
１０ａ、１１ａ、１５ａ  注水管
１２  揚水手段
１２ａ  揚水管
１２ｂ  揚水ポンプ
１３  水質調整装置
１４  加圧ポンプ
１５  塩水化防止孔
ｗ  岩盤地下水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006104699.tif 000006
【図５】
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【図６】
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