(57)【要約】【課題】淡水レンズからの取水を確実かつ安定に行い得る有効適切な取水施設と、その施工の際に淡水レンズが変状を来すことを防止し得る有効適切な施工方法を提供する。【解決手段】淡水レンズ３の底部に達するように設けられた立坑４と、立坑の底部からその周囲に削孔された集水孔５と、集水孔よりも下方位置に設けられて淡水レンズの底部に供給水を注水する注水孔８と、地表から淡水レンズに削孔されて該淡水レンズに供給水を注水する注水ボーリング孔１２を備える。施工に際しては、注水ボーリング孔を先行施工して淡水レンズに供給水を注水しつつ立坑、注水孔、集水孔を施工する。淡水レンズを取り囲むようにその周縁部に地下ダムとして機能する地下壁を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
島嶼における高透水性岩盤内に淡水が凸レンズ状に滞留することにより形成されている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、
前記淡水レンズの底部に達するように設けられて、該淡水レンズから集水された地下水を揚水するための立坑と、
前記立坑の底部からその周囲に削孔されて、該淡水レンズから地下水を集水して前記立坑に導く集水孔と、
前記集水孔よりも下方位置において前記立坑の底部からその周囲に削孔されて、地表から前記淡水レンズの底部に供給水を注水する注水孔と、
地表から前記淡水レンズに削孔されて該淡水レンズに供給水を注水する注水ボーリング孔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】
請求項１記載の岩盤地下水取水施設の施工方法であって、
前記注水ボーリング孔を先行施工した後、
前記注水ボーリング孔から前記淡水レンズに供給水を注水しつつ、前記立坑を施工するとともに該立坑から前記集水孔および前記注水孔を施工することを特徴とする岩盤地下水取水施設の施工方法。
【請求項３】
島嶼における高透水性岩盤内に淡水が凸レンズ状に滞留することにより形成されている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、
前記淡水レンズを取り囲むようにその周縁部に設けられて、該淡水レンズの層厚を増大させるための地下ダムとして機能する地下壁と、
前記地下壁の内側において前記淡水レンズの底部に達するように設けられて、該淡水レンズから集水された地下水を揚水するための立坑と、
前記立坑の底部からその周囲に削孔されて、前記淡水レンズから地下水を集水して前記立坑に導く集水孔と、
前記集水孔よりも下方位置において前記立坑の底部からその周囲に削孔されて、地表から前記淡水レンズの底部に供給水を注水する注水孔と、
地表から前記淡水レンズに削孔されて該淡水レンズに供給水を注水する注水ボーリング孔を備え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３記載の岩盤地下水取水施設の施工方法であって、
前記地下壁および前記注水ボーリング孔を先行施工した後、
前記注水ボーリング孔から前記淡水レンズに供給水を注水しつつ、前記立坑を施工するとともに該立坑から前記集水孔および前記注水孔を施工することを特徴とする岩盤地下水取水施設の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、島嶼における高透水性岩盤内に形成されている淡水レンズを取水源とする岩盤地下水取水施設およびその施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、淡水レンズとは琉球石灰岩や火山岩のような高透水性岩盤により形成されている島嶼において特有に生じる地下水（淡水）の滞留層であって、降雨に起因した地下水が岩盤内に滞留している海水位面上に比重差により凸レンズ状に浮いた状態で滞留することによって自然に形成されるものであり、河川等の地表水の乏しい島嶼における貴重な水源として古くより利用されているものである。
このような淡水レンズから不用意に多量の取水を行うと淡水レンズが縮小して地下水位が大きく低下してしまったり、淡水レンズの底面と海水位面との境界が乱れて淡水レンズに海水が混入してしまうことから、それを防止しつつ淡水レンズから安定に取水を行うことを可能とするための取水施設が特許文献１に提案されている。
【０００３】
図３は特許文献１に示されている取水施設の概要を示すものである。
図中、符号１は海底面を形成している難透水性岩盤、２はその上に堆積して島嶼全体を形成している高透水性岩盤であり、その高透水性岩盤２内には海水が浸透して周囲の海水位面とほぼ同位置まで飽和状態で滞留している。
そして、高透水性岩盤２内の海水位面上には地表から浸透した地下水（淡水）が海水との比重差によって浮いた状態で滞留することにより凸レンズ状の淡水滞留層である淡水レンズ３が形成されている。
【０００４】
特許文献１に示される取水施設は、上記の淡水レンズ３から地下水の取水を行うために、淡水レンズ３の底部に達する立坑４を設けるとともに、その立坑４の底部から周囲に多数の集水孔５を略水平放射状に削孔し、それら集水孔５を通して淡水レンズ３の広範囲から地下水を立坑４内に集水し、立坑４内の底部に設置した揚水ポンプ６によって揚水管７を通して地表に揚水して取水を行うものである。
【０００５】
加えて、立坑４の底部には集水孔５よりも低い位置に多数の注水孔８を略水平放射状に削孔し、地表から供給水を注水ポンプ９によって注水管１０および注水孔８を通して淡水レンズ３内の底部に対して加圧送水するようにしている。供給水としては淡水レンズ３から揚水した地下水の一部や雨水を用いる他、高度に処理した下水処理水も利用可能であるが、必要に応じて水質調整装置１１により注水孔８の目詰まりを防止するための処理を行うことが好ましいとされている。
【０００６】
上記の取水施設は、淡水レンズ３に供給水を注水して淡水レンズ３を涵養しつつ取水を行うことにより、淡水レンズ３の急激な水位低下や縮小を抑制することができるものであり、特に集水孔５の下方に設けた注水孔８から淡水レンズ３の底部に供給水を注入することによりその注入水がいわばウォーターカーテンとして機能して淡水レンズ３の底面と海水位面との間の明確な境界面が乱されてしまうことを防止でき、それにより揚水される地下水中への海水の混入が防止されて淡水のみを安定に取水できるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１１８２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に示されている上記の取水施設は、淡水レンズ３から取水するための施設として充分に有効であって今後広く普及する気運にあるが、これを真に有効なものとしてさらなる普及を図るためには、取水に伴って淡水レンズ３が変状を生じるようなことを確実に防止してその安定性を維持することにより、取水施設としての信頼性と安定性をさらに向上させる必要もあるとされている。
【０００９】
また、淡水レンズ３はいったん変状が生じると再び安定な淡水レンズ３が形成されるまでには長期間を要してしまうものであるから、立坑４や集水孔５、注水孔８の施工の際に淡水レンズ３に変状が生じるとその後の取水に支障を来すことも想定され、したがってそのようなリスクを回避するためには上記の取水施設を施工する際に淡水レンズ３に悪影響が及ぶことを確実に防止する必要があり、それを可能とする施工方法の確立も必要とされている。
【００１０】
上記事情に鑑み、本発明は特許文献１に示される取水施設をさらに改良して淡水レンズからの取水をより確実かつ安定に行い得る有効適切な取水施設を提供するとともに、併せてその施工の際に淡水レンズが変状を来すことを防止し得る有効適切な施工方法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】
【００１１】
請求項１記載の発明は、島嶼における高透水性岩盤内に淡水が凸レンズ状に滞留することにより形成されている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、前記淡水レンズの底部に達するように設けられて、該淡水レンズから集水された地下水を揚水するための立坑と、前記立坑の底部からその周囲に削孔されて、前記淡水レンズから地下水を集水して前記立坑に導く集水孔と、前記集水孔よりも下方位置において前記立坑の底部からその周囲に削孔されて、地表から前記淡水レンズの底部に供給水を注水する注水孔と、地表から前記淡水レンズに削孔されて該淡水レンズに供給水を注水する注水ボーリング孔を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の岩盤地下水取水施設の施工方法であって、前記注水ボーリング孔を先行施工した後、該注水ボーリング孔から前記淡水レンズに供給水を注水しつつ、前記立坑を施工するとともに該立坑から前記集水孔および前記注水孔を施工することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、島嶼における高透水性岩盤内に淡水が凸レンズ状に滞留することにより形成されている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、前記淡水レンズを取り囲むようにその周縁部に設けられて、該淡水レンズの層厚を増大させるための地下ダムとして機能する地下壁と、前記地下壁の内側において前記淡水レンズの底部に達するように設けられて、該淡水レンズから集水された地下水を揚水するための立坑と、前記立坑の底部からその周囲に削孔されて、前記淡水レンズから地下水を集水して前記立坑に導く集水孔と、前記集水孔よりも下方位置において前記立坑の底部からその周囲に削孔されて、地表から前記淡水レンズの底部に供給水を注水する注水孔と、地表から前記淡水レンズに削孔されて該淡水レンズに供給水を注水する注水ボーリング孔を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明の岩盤地下水取水施設の施工方法であって、前記地下壁および前記注水ボーリング孔を先行施工した後、前記注水ボーリング孔から前記淡水レンズに供給水を注水しつつ、前記立坑を施工するとともに該立坑から前記集水孔および前記注水孔を施工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の取水施設によれば、取水時に注水孔を通して淡水レンズの広範囲に対して注水することに加えて、注水ボーリング孔からも淡水レンズに対して注水を行うことにより、淡水レンズに過度の縮小や大きな水位低下が生じることを確実に防止でき、それにより淡水レンズからの取水をより確実かつ安定に行うことが可能となってこの種の取水施設としての信頼性と安定性をさらに向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の取水施設の施工方法によれば、立坑や集水孔、注水孔よりも注水ボーリング孔を先行施工してそこから淡水レンズに注水を行いつつ立坑や集水孔、注水孔を施工することにより、施設施工に起因して淡水レンズが変状を来すことを防止でき、それにより施設が完成した後における取水に支障を来すことを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の取水施設の実施形態を示す概要図である。
【図２】本発明の取水施設の他の実施形態を示す概要図である。
【図３】本発明の基礎となった取水施設の概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に本発明の取水施設の一実施形態を示す。これは図３に示した取水施設を基本としてそれをさらに改良したものであって、立坑４の周囲に地表から複数の注水ボーリング孔１２を立坑４の底部周囲に達するように斜孔として放射状に設けて、注水ポンプ９によって淡水レンズ３に注入する供給水の一部を注水管１３を通して注水ボーリング孔１２に送水することにより、それら注水ボーリング孔１２からも淡水レンズ３内に供給水を注水するようにしたものである。
【００１９】
これによれば、取水時に注水孔８を通して淡水レンズ３の広範囲に対して注水することに加えて注水ボーリング孔１２からも注水を行うことにより、取水に伴う淡水レンズ３の水位低下や過度の縮小、淡水レンズ３の底面と海水位面との間の境界の乱れが生じることを確実に防止することができ、それにより確実かつ安定に取水を行うことが可能となってこの種の取水施設としての信頼性と安定性をより向上させることができる。
【００２０】
そして、上記実施形態の取水施設は、これを施工する際に注水ボーリング孔１２を有効に利用することにより、施工に伴う淡水レンズ３への悪影響を防止してそれに変状が生じるようなことを防止することが可能である。
すなわち、図３に示した取水施設を施工する際には淡水レンズ３に悪影響が及ぶ懸念も完全に否定できず、特に立坑４や集水孔５、注水孔８の施工に際して湧水を不用意に排水してしまうとそれに起因して淡水レンズ３を縮小させてしまったり、淡水レンズ３に海水を混入させてしまうことが想定され、施設完成後の取水に支障を来すことも懸念される。
【００２１】
そこで、本実施形態の取水施設を施工する際には、まず注水ボーリング孔１２を先行施工してその注水ボーリング孔１２から淡水レンズ３に対して直接的に注水を行いつつ、立坑４、集水孔５、注水孔８を施工することとする。
すなわち、立坑４や集水孔５、注水孔８を施工する際には、その施工に支障を来さない範囲で必要最少限の湧水排水を行うに留めたうえで、湧水排水に伴って淡水レンズ３が急激にかつ過度に縮小してしまうことのないように注水ボーリング孔１２から注水を行うとともにその注水量を適正に調整しながら施工を行うこととする。
【００２２】
これにより、立坑４や集水孔５、注水孔８の施工に起因して淡水レンズ３が不用意に縮小してしまうことを防止することが可能であり、また淡水レンズ３の底面と海水位面との境界が乱れて海水が淡水レンズ３に混入してしまうことも防止することができ、その結果、施設完成後の取水に支障を来すことを未然に防止することができ、この点においてもこの取水施設の信頼性と安定性の確保に寄与し得る。
【００２３】
図２は本発明の取水施設の他の実施形態を示す。これは自然に形成される淡水レンズ３の外周縁部の位置に地下壁１４を全周にわたって取り囲むように施工することにより、その地下壁１４を地下ダム（止水機能のある難透水性岩盤１までには達していない所謂フローティング型地下ダム）として機能せしめて地下水をその内側に閉じ込めるようにしたものであり、それ以外の構成は図１に示した上記実施形態の取水施設と同様である。
本実施形態の取水施設によれば、上記実施形態の取水施設と同様の効果が得られることはもとより、地下壁１４（地下ダム）の施工によって周囲が締め切られて形成される淡水レンズ３の層厚はそれが自然に形成される場合に比べて拡大するから、淡水レンズ３における滞留水量が増大して取水量を増大させることが可能であり、取水施設としての安定性や信頼性をさらに高めることができる。
勿論、本実施形態の取水施設を施工する際にも、注水ボーリング孔１２を先行施工してそこから注水を行いつつ立坑４や集水孔５、注水孔８の施工を行うことにより、施工に伴う淡水レンズ３の変状を確実に防止することができる。
【００２４】
なお、上記各実施形態では注水ボーリング孔１２を斜孔として設けてその先端を立坑４の底部に達するようにしたが、注水ボーリング孔１２は少なくとも施工時における淡水レンズ３の変状を防止できるものであれば良く、その限りにおいて注水ボーリング孔１２の所要本数や設置位置は任意であって適正位置に適正配置すれば良い。また、注水ボーリング孔１２は必ずしも上記実施形態のように斜孔として設けることはなく、たとえば鉛直孔とすることでも良いし、コントロールボーリングによる曲線孔とすることでも良い。
【００２５】
また、施設完成後の取水時には注水孔８と注水ボーリング孔１２の双方からの注水を行うこととすれば良いが、基本的には取水に伴う淡水レンズ３の変状を防止してその安定性を維持すれば良いのであって、淡水レンズ３の縮小や地下水位低下を補償し得る限りにおいて注水量を調整することは差し支えなく、状況によってはいずれか一方もしくは双方からの注水を適宜停止することを妨げるものではない。
【００２６】
また、図２に示した実施形態での取水施設において、地下ダムとして機能する地中壁１４の施工に際して淡水レンズ３の変状を生じる懸念がある場合には、地中壁１４の施工予定位置の近傍にも注水ボーリング孔１２を先行施工して、そこから注水を行いつつ地中壁１４を施工することも考えられる。
【符号の説明】
【００２７】
１  難透水性岩盤
２  高透水性岩盤
３  淡水レンズ
４  立坑
５  集水孔
６  揚水ポンプ
７  揚水管
８  注水孔
９  注水ポンプ
１０  注水管
１１  水質調整装置
１２  注水ボーリング孔
１３  注水管
１４  地下壁（地下ダム）
【図１】
2011032705.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011032705.tif 000005