(57)【要約】【課題】  淡水レンズの塩水化防止を確実に行える岩盤地下水取水施設を提供する。【解決手段】  取水源は、淡水からなる地下水が凸レンズ状になった淡水レンズ３であり、淡水レンズ３は、高透水性岩盤１内に浸透した海水に浮いた状態で安定している。本発明に係る岩盤地下水取水施設は、地表から淡水レンズ３の底面近くまで掘り下げた立坑５の下位部から淡水レンズ３に向けて略水平放射状に削孔された注水孔７と、立坑５から淡水レンズ３に向けて略水平放射状に削孔され、淡水レンズ３内において注水孔７の上方に延在する集水孔６とを備えている。立坑５の下位部は、集水孔６によって集水された地下水を貯留するための吸水槽５ａとなっており、立坑５内には、吸水槽５ａから地上まで配設された揚水管９と揚水管９の末端に接続された揚水ポンプ８からなる揚水手段を備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
島嶼において淡水からなる地下水が凸レンズ状になった淡水レンズを取水源とする岩盤地下水取水施設であって、
地表から前記淡水レンズ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前記淡水レンズに向けて削孔され、供給水を前記淡水レンズに送水する注水孔と、当該注水孔より上方の前記淡水レンズ内において前記立坑から前記淡水レンズに向けて削孔され、地下水を集水して前記吸水槽に送水する集水孔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】
島嶼において淡水からなる地下水が凸レンズ状になった淡水レンズを取水源とする岩盤地下水取水施設であって、
地表から前記淡水レンズ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側方に掘削された注水トンネルと、当該注水トンネルから前記淡水レンズに向けて削孔され、供給水を当該注水トンネルを介して前記淡水レンズに送水する注水孔と、前記注水トンネルおよび前記注水孔より上方の前記淡水レンズ内において前記立坑から側方に掘削された集水トンネルと、当該集水トンネルから前記淡水レンズに向けて削孔され、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】
地表から前記淡水レンズに向けて削孔され、供給水を前記淡水レンズに送水する地表注水孔を臨海部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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩盤地下水取水施設に関し、特に、島嶼において淡水からなる地下水が凸レンズ状になった淡水レンズを取水源とする岩盤地下水取水施設に関する。
【背景技術】
【０００２】
難透水性基盤が深い島嶼では、降雨に起因した地下水は、比重の差によって海水や汽水性地下水の上にレンズ状に浮かんだ状態で存在することが知られており、その形状から淡水レンズと呼ばれている。
【０００３】
琉球石灰岩や火山岩のような高透水性岩盤１が難透水性岩盤２上に厚く分布する島嶼では、淡水の地下水が凸レンズ状になった淡水レンズ３が地下に形成されることが多い（図４参照）。特に、沖縄県に多い琉球石灰岩からなる島嶼は、透水係数が１０−２〜１０−１ｃｍ／ｓｅｃ程度と極めて高いため、降雨が多い割に地下水面が高くならず、地下水は扁平な淡水レンズの形状で存在することが多い。琉球石灰岩からなる島嶼は、地形も扁平で河川等もない場合が多く、淡水レンズは貴重な水資源となる。しかし、井戸等の地下水開発を行うと、淡水レンズが縮小して海水が浸入するおそれがあり、地下水の塩水化を防止できる地下水開発方法が望まれている。
【０００４】
琉球石灰岩からなる島嶼における代表的な水資源開発方法として、難透水性岩盤が比較的浅い場合には、「堰上げ型」や「塩水浸入阻止型」の地下水ダムが多く建設されているが、図４のように難透水性岩盤が深い場合には、地下ダムの適用は技術的且つコスト的に困難である。また、井戸による地下水開発は、井戸を中心としたロート状の水位低下ゾーンが生じるため、井戸周辺の淡水レンズが薄くなり、海水が浸入しやすくなる。
そこで、淡水レンズ中の地下水を広範囲から一様に集水して水位低下量を低減することを目的として、図５に示すように、淡水レンズ３に達する立坑２０と、当該立坑２０から淡水レンズ３内に水平放射状に設けられた集水孔２１からなる岩盤地下水取水施設が提案されている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】岸  智、外４名、「沖縄県津堅島における集水井を利用した淡水レンズからの地下水開発」、応用地質、日本応用地質学会、１９９８年、第３９号、第３巻、ｐ．２９８−３０５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１に記載された岩盤地下水取水施設は、揚水量が過度になると、淡水レンズ３が３’のように縮小し、淡水レンズ３底面から海水ｓが浸入するおそれがあるうえ、塩水化防止の管理は、揚水量を変化させて試行錯誤的に行う必要があり、実際的な運用は難しい。
【０００６】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、淡水レンズの塩水化防止を確実に行え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】
【０００７】
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、島嶼において淡水からなる地下水が凸レンズ状になった淡水レンズを取水源とする岩盤地下水取水施設であって、地表から前記淡水レンズ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前記淡水レンズに向けて削孔され、供給水を前記淡水レンズに送水する注水孔と、当該注水孔より上方の前記淡水レンズ内において前記立坑から前記淡水レンズに向けて削孔され、地下水を集水して前記吸水槽に送水する集水孔とを備えることを特徴とする。
ここで、「凸レンズ状になった淡水レンズ」とは、上面および下面の曲率が同じ両凸レンズだけでなく、平凸レンズのような上面と下面で異なる曲率を有する形状の淡水レンズも対象としている。
本発明では、淡水レンズ内において集水孔の下方に注水孔を設置しているので、供給水が注水孔から淡水レンズ内に送水され、揚水によって淡水レンズが縮小することがない。その結果、淡水レンズ底面からの海水の浸入が防止され、淡水レンズが塩水化することがない。
【０００８】
また、大規模な淡水レンズを取水源とする場合には、上記構成に代えて、本発明に係る岩盤地下水取水施設が、地表から前記淡水レンズ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側方に掘削された注水トンネルと、当該注水トンネルから前記淡水レンズに向けて削孔され、供給水を当該注水トンネルを介して前記淡水レンズに送水する注水孔と、前記注水トンネルおよび前記注水孔より上方の前記淡水レンズ内において前記立坑から側方に掘削された集水トンネルと、当該集水トンネルから前記淡水レンズに向けて削孔され、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を備えていてもよい。
【０００９】
また、本発明に係る岩盤地下水取水施設では、地表から前記淡水レンズに向けて削孔され、供給水を前記淡水レンズに送水する地表注水孔を臨海部に備えていてもよい。
本発明では、地表から淡水レンズに向けて削孔された地表注水孔を臨海部に設け、地表注水孔から淡水レンズの周縁部に供給水を送水することにより、淡水レンズ側方からの海水の浸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、地表から淡水レンズ内まで掘り下げられた立坑から淡水レンズに向けて削孔された集水孔に加えて、当該集水孔の下方に前記立坑から淡水レンズに向けて削孔された注水孔を備えているので、注水孔から供給水が淡水レンズ内に送水され、揚水によって淡水レンズが縮小することがない。その結果、淡水レンズ底面からの海水の浸入が阻止され、淡水レンズの塩水化が防止される。
【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念図である。
図１に示すように、本発明に係る岩盤地下水取水施設は、島尻泥岩などの難透水性岩盤２上に形成され、周囲を海４に囲まれた琉球石灰岩や火山岩などの高透水性岩盤１からなる島嶼に建設される。
【００１２】
取水源は、淡水からなる地下水が凸レンズ状になった淡水レンズ３であり、淡水レンズ３は、高透水性岩盤１内に浸透した海水に浮いた状態で安定している。また、淡水レンズ３から難透水性岩盤２まではかなりの距離があり、取水施設として地下ダムは建設困難である。
【００１３】
本実施形態では、地表から淡水レンズ３の底面近くまで立坑５を掘り下げ、立坑５の下位部から淡水レンズ３に向けて略水平放射状に削孔された注水孔７が延在している。また、淡水レンズ３内において注水孔７の上方には、立坑５から淡水レンズ３に向けて略水平放射状に削孔された集水孔６が延在している。
【００１４】
立坑５の下位部は、集水孔６によって集水された地下水を貯留するための吸水槽５ａとなっている。
立坑５内には、吸水槽５ａに貯留された地下水ｗを地上で利用するために、吸水槽５ａから地上まで配設された揚水管９と揚水管９の末端に接続された揚水ポンプ８から構成される揚水手段が備えられている。
【００１５】
本発明に係る岩盤地下水取水施設の取水原理は、淡水レンズ３の水位Ｌ２と立坑水位Ｌ１との水頭差を利用するものであり、揚水手段を用いて立坑水位Ｌ１を調整することで取水量を制御することができる。
立坑水位Ｌ１は淡水レンズ３の水位Ｌ２より多少低い程度とし、揚水による淡水レンズ３の縮小を極力抑えている。
【００１６】
しかし、本発明に係る岩盤地下水取水施設では、立坑５下方の淡水レンズ３底面からの海水の浸入をさらに確実に防止するため、集水孔６の下方に注水孔７を設置し、注水孔７から淡水レンズ３に供給水を送水している。
供給水は、地上に設置された水質調整装置１０と加圧ポンプ１１を経て、注水孔７の基端部に設置されたパッカー７ａを貫通する注水管１２を介して注水孔７に送られ、注水孔７から淡水レンズ３内に送水される。
これにより、淡水レンズ３の上水面が揚水により幾分低下しても、注水孔７が海水浸入に対するウォーターカーテンとなり、塩水化を確実に防止することができる。しかも、注水孔７を設置することにより、注水孔７から集水孔６に向かう地下水ｗの流れが発生するため、供給水はかなり回収でき、取水能力もさらに向上する。
【００１７】
供給水には揚水した地下水の一部を用いてもよいし、下水処理水や雨水等を利用してもよいが、注水時の目詰まりを防止するために水質調整装置１０を設置している。水質調整装置１０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１０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１０による水質調整は不要である。
【００１８】
加圧ポンプ１１は、注水孔７に海水の浸入を防止するうえで必要な水頭圧を与えるために必要に応じて設置する。この際、所要水頭（水位）は、初期の淡水レンズ３の水位Ｌ２程度でよい。
【００１９】
本実施形態による岩盤地下水取水施設では、地表から淡水レンズ３内まで掘り下げられた立坑５から淡水レンズ３に向けて削孔された集水孔６に加えて、集水孔６の下方に立坑５から淡水レンズ３に向けて削孔された注水孔７を備えているので、注水孔７から供給水が淡水レンズ３内に送水され、揚水によって淡水レンズ３が縮小することがない。その結果、淡水レンズ３底面からの海水の浸入が阻止され、淡水レンズ３の塩水化が防止される。
【００２０】
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念図である。
図２に示すように、本実施形態では、第一の実施形態に加えて、地表から淡水レンズ３に向けて削孔され、供給水を淡水レンズ３に送水する地表注水孔１３が、海４に面する島の周囲（臨海部）に設置されている。
【００２１】
地表注水孔１３には、水質調整装置１０と加圧ポンプ１１を経た供給水が注水管１２を介して送水される。
本実施形態による岩盤地下水取水施設では、地表から淡水レンズ３に向けて削孔された地表注水孔１３を臨海部に設け、地表注水孔１３から淡水レンズ３の周縁部に供給水を送水することにより、淡水レンズ３側方からの海水の浸入を防止することができる。
【００２２】
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念図である。
本実施形態は、大規模な淡水レンズ３を取水源とする場合の岩盤地下水取水施設であり、図３に示すように、地表から淡水レンズ３内まで掘り下げられた立坑５の下位部から側方に掘削された注水トンネル１５を備えるとともに、淡水レンズ３内において注水トンネル１５の上方に、立坑５から側方に掘削された集水トンネル１４を備えている。
【００２３】
集水トンネル１４の壁面には、淡水レンズ３に向けて略水平に削孔された複数の集水孔１６が設けられている。集水トンネル１４自体は、集水孔１６によって集水された地下水が吸水槽５ａに流れるように、吸水槽５ａに向けて下る水勾配を有するように設けられている。
一方、注水トンネル１５の壁面には、淡水レンズ３に向けて略水平に削孔された複数の注水孔１７が設けられている。注水トンネル１５の基端部はパッカー１５ａによって封止されており、地上に設置された水質調整装置１０と加圧ポンプ１１を経た供給水は、パッカー１５ａを貫通する注水管１２によって注水トンネル１５から注水孔１７に送られ、注水孔１７から淡水レンズ３内に送水される。
【００２４】
以上、本発明に係る岩盤地下水取水施設の実施形態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、第三の実施形態において、第二の実施形態のように、地表注水孔を臨海部に設けてもよい。要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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念図である。
【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念図である。
【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念図である。
【図４】淡水レンズの概念図である。
【図５】非特許文献１に記載された岩盤地下水取水施設の概念図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  高透水性岩盤
２  難透水性岩盤
３  淡水レンズ
４  海
５、２０  立坑
５ａ  吸水槽
６、１６、２１  集水孔
７、１７  注水孔
７ａ、１５ａ  パッカー
８  揚水ポンプ
９  揚水管
１０  水質調整装置
１１  加圧ポンプ
１２  注水管
１３  地表注水孔
１４  集水トンネル
１５  注水トンネル
ｗ  地下水
ｓ  海水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006118298.tif 000006
【図５】
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