(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の揚水井戸で揚水を行って、改良対象地盤中の地下水位を適切かつ効率的に管理するための地下水位低下工法であって、
前記各揚水井戸における揚水ポンプのオン・オフの組み合わせによる揚水パターンを決定する工程と、
前記各揚水井戸について、収束計算により揚水量のパラメータセットを求め、当該揚水量のパラメータセットを用いて、現状の地下水位分布を算定する工程と、
前記各揚水井戸における揚水試験から求めた各揚水井戸の揚水感度値を用いて、前記決定した各揚水パターンを適用した場合の予測地下水位分布を算定する工程と、
前記算定した現状の地下水位分布から前記算定した予測地下水位分布を減算した値を評価ポイントとして、当該評価ポイントの合計値を算定する工程と、
前記算定した評価ポイントの合計値が最大となる揚水パターンを適用して、各揚水井戸の揚水量を制御する工程と、
を含むことを特徴とする地下水位低下工法。
【請求項２】
前記収束計算は、シンプレックス法を用いることを特徴とする請求項１に記載の地下水位低下工法。
【請求項３】
前記算定した各揚水井戸における現状の地下水位分布を可視的に表現する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の地下水位低下工法。
【請求項４】
前記各揚水井戸の揚水量を制御する工程では、各揚水井戸に対して設定した上限水位及び下限水位の範囲内で揚水量の制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地下水位低下工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水位低下工法に関するものであり、地下水位分布の可視化（所謂、見える化）及び揚水ポンプの自動制御を実現することにより、適切かつ効率的に地下水位を管理できるようにした技術である。
【背景技術】
【０００２】
埋め立て地をはじめとして、地下水位が高い砂質地盤では、地震の震動により液状化現象が発生し、マンホールや下水管が押し上げられて地表面から突出したり、建造物が傾いたりする被害が発生している。このような液状化現象を未然に防止するためには、液状化が懸念される地盤に対して改良工事を行わなければならない。
【０００３】
従来から行われている液状化対策工法には、種々のものが知られているが、その中の一つとして地下水位低下工法があり、地下水位低下工法として、ディープウェル工法、ウェルポイント工法等が知られている。
【０００４】
例えば、ウェルポイント工法の一例として、特許文献１に記載された地盤改良工法がある。この地盤改良工法は、地下水位を低下させて地盤を改良するための工法であり、改良対象地盤中の地下水位を低下させる際に、地表面から新鮮な空気又は清水を地中に供給するための有孔配管を地中に延設する工程と、所定の間隔をあけて地中に２本以上の井戸を設け、スーパーウェルポイント工法により地下水を揚水すると同時に当該地中の周辺域を減圧することによって、地中をほぼ真空状態にする工程と、地表面から地中に延長して設けたグラウト材供給設備の有孔配管を通じて新鮮な空気又は清水を供給することを繰り返す工程と、改良対象地盤中の地下水を自然地下水位まで戻す工程とからなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８０７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、地下水位低下工法では、対策範囲全域を目標低下水位以下まで水位低下させ、所要期間中はその水位を維持する必要がある。しかし、従来の地下水位低下方向では、種々の課題が残っていた。
【０００７】
例えば、観測井戸を用いて計測した地下水位は点の情報であり、面的に地下水位分布を把握することができないという問題があった。したがって、地下水位を低下させても、その効果を確実に発揮できないことがあり、また、不同沈下による地上構造物の傾斜が生じるリスクがあった。
【０００８】
また、揚水ポンプのオン・オフを手動で制御しているため、オペレーターの勘に頼った制御や維持管理を行わなければならないという問題があった。このため、オペレーターによる制御ミス等の人的リスクが存在するだけではなく、半永久的に維持管理を行うことから継続的な負担が大きいという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、地下水位分布を面的に把握することにより最適な揚水ポンプの制御を実施して、適切かつ効率的に地下水位を管理することが可能な地下水位低下工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】
【００１０】
本発明に係る地下水位低下工法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係る地下水位低下工法は、複数の揚水井戸で揚水を行って、改良対象地盤中の地下水位を適切かつ効率的に管理するための地下水位低下工法であって、各揚水井戸における揚水ポンプのオン・オフの組み合わせによる揚水パターンを決定する工程と、各揚水井戸について、収束計算（シンプレックス法）により揚水量のパラメータセットを求め、当該揚水量のパラメータセットを用いて、現状の地下水位分布を算定する工程と、各揚水井戸における揚水試験から求めた各揚水井戸の揚水感度値を用いて、決定した各揚水パターンを適用した場合の予測地下水位分布を算定する工程と、現状の地下水位分布から算定した予測地下水位分布を減算した値を評価ポイントとして、当該評価ポイントの合計値を算定する工程と、算定した評価ポイントの合計値が最大となる揚水パターンを適用して、各揚水井戸の揚水量を制御する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１１】
また、算定した各揚水井戸における現状の地下水位分布を可視的に表現する工程を含むことが好ましい。さらに、各揚水井戸の揚水量を制御する工程では、各揚水井戸に対して設定した上限水位及び下限水位の範囲内で揚水量の制御を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る地下水位低下工法によれば、シンプレックス法を用いた収束計算により、各揚水井戸の揚水量を決定して、各揚水井戸の揚水量を制御することにより、最適な揚水ポンプの制御を実施して、適切かつ効率的に地下水位を管理することが可能となる。
【００１３】
また、決定した揚水量に基づき、群井戸の井戸公式を用いて、改良対象地盤における地下水位分布を可視的に表現することにより、観測井戸毎の点的な情報ではなく、改良対象地盤全体における地下水位分布を面的に把握することができる。
【００１４】
また、各揚水井戸に対して設定した上限水位及び下限水位の範囲内で揚水量の制御を行うことにより、極端な地下水位の差違を無くして、改良対象地盤全体として適切に地下水位を管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る地下水位低下工法における揚水自動制御のフローチャート。
【図２】水位分布の重ね合わせのイメージ図。
【図３】シンプレックス法の概念を示す説明図。
【図４】地下水位分布の一例を示すコンター図。
【図５】各揚水井戸における揚水自動制御のイメージを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る地下水位低下工法を説明する。図１〜図５は本発明の実施形態に係る地下水位低下工法を説明するもので、図１は地下水位低下工法における揚水自動制御のフローチャート、図２は水位分布の重ね合わせのイメージ図、図３はシンプレックス法の概念を示す説明図、図４は地下水位分布の一例を示すコンター図、図５は各揚水井戸における揚水自動制御のイメージを示す説明図である。
【００１７】
＜地下水位低下工法の概要＞
本発明の実施形態に係る地下水位低下工法は、地下水位分布の可視化（見える化）及び揚水ポンプの自動制御を実現することにより、適切かつ効率的に地下水位を管理できるようにした技術である。本発明は、収束計算（シンプレックス法）により、各揚水井戸における現状の地下水位分布を算定し、次ステップである揚水パターン（複数の揚水井戸のオン・オフの組合せ）を適用した場合の予測地下水位と目標地下水位との差違に基づいて評価ポイントを算定し、全揚水パターンの中から評価ポイントの合計値が最大となる揚水パターンを適用して各揚水井戸の揚水量を制御する点に特徴がある。
【００１８】
＜地下水位分布の可視化＞
図２に示すように、任意地点における任意時刻の地下水位分布は、定常水位に移行するまでの過渡的な状態にあり、各揚水井戸を中心とした水位分布（井戸公式）の重ね合わせにより表現できる。任意地点における群井戸の井戸公式は下記式（１）で表されるため、各揚水井戸の揚水量Ｑｉ（ｉ＝１〜ｎ）を決定すれば、面的な地下水位分布を一意的に表現することができる。
【００１９】
【数１】
0006727947.tif 000002
【００２０】
なお、式（１）において、
ｈｊ：任意点ｊにおける水位（ｍ）
Ｈ：揚水開始前の地下水位（ｍ）
Ｑｉ：揚水井戸ｉの揚水量（ｍ3／ｓ）
ｋ：透水係数（ｍ／ｓ）
Ｒ：影響半径（ｍ）
ｒｉ：揚水井戸ｉからの距離（ｍ）
を表す。
【００２１】
＜収束計算＞
現状の水位分布を最もよく近似できる上記式（１）のパラメータセットＱｉ（ｉ＝１〜ｎ：ｎ＝揚水井戸本数）を算定するため、シンプレックス法による収束計算を適用した。すなわち、各観測井戸における観測水位と計算水位の誤差を最小化するＱｉを下記手順に基づき算定する（図３参照）。なお、現状の水位分布を近似することができれば、シンプレックス法以外の収束計算を行ってもよい。
【００２２】
（ａ）ｎ本の各揚水井戸の揚水量（Ｑ１〜Ｑｎ）のパラメータセットをｎ＋１個設定する（初期値の設定）。
（ｂ）上記ｎ＋１個のパラメータセットに対して、式（１）より各観測井戸地点の地下水位を算定する。
（ｃ）各観測井戸の観測水位と計算水位の差の合計ΣΔｈｊを算定し、ｎ次元空間上にプロットする。ここで、これらｎ＋１個の点を頂点とする幾何学的図形をシンプレックスと呼ぶ。
（ｄ）シンプレックスの頂点の内、最大点（誤差の総和が最大となる点）と、第２最大点と、最小点を抽出する。
（ｅ）鏡映・伸張・収縮・縮小などの修正動作を実施し、シンプレックスを更新する。
（ｆ）更新されたシンプレックスについて、ΣΔｈｊに対する収束判定を実施し、収束するまで上記（ｅ）の動作を繰り返す。
（ｇ）収束したシンプレックスの頂点のパラメータセット（Ｑ１〜Ｑｎ）を最適解と評価する。
【００２３】
＜適用例＞
上述した手法を実工事に適用すると、例えば、図４に示すような地下水位分布のコンター図を得ることができた。このように、本発明の実施形態に係る地下水位低下工法によれば、地下水位分布をコンター図として可視化することができるので、現場において、管理者や作業者が地下水位分布を的確に把握することができる。
【００２４】
＜揚水ポンプの自動制御＞
改良対象範囲の計算水位を算定した後、改良対象範囲において、図１に示す手順に基づいて、最適な揚水ポンプの制御を実施する。また、図５に揚水自動制御のイメージを示す。
【００２５】
（ａ）各揚水井戸のポンプＯＮ／ＯＦＦの組合せによる揚水パターンｋ（ｋ＝１〜２ｎ：ｎ＝揚水井戸本数）を設定する（Ｓ１）。
（ｂ）シンプレックス法を用いた収束計算により、現状水位分布を算定する（Ｓ２）。
（ｃ）単独井戸の揚水試験から求めた感度（揚水試験にて揚水井戸の水位を１．０ｍ低下及び上昇させた際の各節点の水位変化量）を用いて、各揚水パターンを適用した場合の予測水位分布を算定する（Ｓ３）。
（ｄ）各揚水パターンにて、評価ポイントの合計ΣΔｈｋを算定する（Ｓ４）。
（ｅ）評価ポイントの合計ΣΔｈｋが最大となる揚水パターンを、次ステップの制御に適用する（Ｓ５）。
そして、設定した時間サイクルにて、上述した手順（Ｓ３（ｃ）〜Ｓ５（ｅ））を繰り返して、各揚水ポンプの自動制御を実施する。
【００２６】
なお、揚水ポンプにより地下水位を低下させる際に、上下限水位を設けて各揚水井戸における揚水制御を行うことにより、不同沈下の原因となる極端な地下水位勾配の発生を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２７】
Ｓ１〜Ｓ５  揚水自動制御の工程（ステップ）
【図１】
0006727947.tif 000003
【図２】
0006727947.tif 000004
【図３】
0006727947.tif 000005
【図４】
0006727947.tif 000006
【図５】
0006727947.tif 000007