(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染地下水の揚水井戸からの揚水による地下水浄化への貢献度を地下水の汚染濃度の変化量及び単位時間あたりの揚水量を入力とするファジイ推論により評価し、
前記揚水による地盤環境へのリスクを地下水位変化量又は地盤沈下量を入力とするファジイ推論により評価し、
前記地下水浄化への貢献度の評価データ及び地盤環境へのリスクの評価データを入力とするファジイ推論により最適揚水量を決定し、
この最適揚水量に基づいて揚水を制御することを特徴とする汚染地下水の揚水制御方法。
【請求項２】
地下水浄化への貢献度e(t)は、地下水の汚染濃度の変化量をd(t)、単位時間あたりの揚水量をQ(t)として、次式
e(t)＝{d(t−1)−d(t)}／Q(t)    …（１）
により評価することを特徴とする請求項１に記載の汚染地下水の揚水制御方法。
【請求項３】
最適揚水量の決定は、地下水浄化への貢献度の評価データとして平面図形で表されるメンバーシップ関数と、地盤環境へのリスクの評価データとして平面図形で表されるメンバーシップ関数を重合し、その重心を求めることにより行うことを特徴とする請求項１に記載の汚染地下水の揚水制御方法。
【請求項４】
式（１）により求められた地下水浄化への貢献度e(t)から、浄化の終了又はシステムの異常の発生を判断することを特徴とする請求項２に記載の汚染地下水の揚水制御方法。
【請求項５】
揚水井戸に設置され地下水を揚水するポンプと、
前記ポンプで揚水される地下水の単位時間あたりの揚水量を計測する流量計測手段と、
揚水井戸から揚水される地下水の汚染濃度を計測する濃度計測手段と、
地下水位監視井戸に設置されて地下水位を計測する水位計測手段と、
前記ポンプの駆動を制御するファジイコントローラとを備え、
前記ファジイコントローラは、汚染地下水の揚水井戸からの揚水による地下水浄化への貢献度を前記濃度計測手段による計測値から求められた地下水の汚染濃度の変化量及び前記流量計測手段により計測された単位時間あたりの揚水量を入力とするファジイ推論により評価し、揚水による地盤環境へのリスクを前記水位計測手段による計測値から求められた地下水位変化量又は地盤沈下量を入力とするファジイ推論により評価し、前記地下水浄化への貢献度の評価データ及び地盤環境へのリスクの評価データを入力とするファジイ推論により求められる最適揚水量に基づいて制御データを出力することを特徴とする汚染地下水浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚染地下水を浄化するための井戸におけるポンプによる揚水量を適正に制御するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えば家庭や工場からの廃棄物や、農薬等の汚染物質による地下水の汚染が問題になっている。そして、このような汚染地下水の浄化方法の一種として、従来から、汚染領域の地盤に所要数の井戸を掘削して、汚染地盤領域内の汚染地下水をポンプで汲み上げて浄化し、この浄化した水を汚染地盤領域内に復水し浸透させることによって、汚染地盤領域の浄化を図る方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような汚染地下水の揚水井戸においては、予め汚染地下水分布状況の調査により設定した計画揚水量に基づいて、水中ポンプの運転を行っている。しかしながら、このような方法では、揚水に伴って変化する地下水の汚染濃度の変化に対応することができず、事前調査時との誤差を生じることが多い。しかも、揚水量によっては、近隣の井戸枯れや、地盤沈下といった弊害を来すおそれもあり、このため、当初の揚水計画どおりに浄化を行うことが困難であった。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題とするところは、揚水に伴って変化する地下水汚染濃度の変化や、地盤環境のリスクに対応して、ポンプによる揚水量を適切に補正して効率良く地下水の浄化を行うことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するため、本発明に係る汚染地下水の揚水制御方法は、汚染地下水の揚水井戸からの揚水による地下水浄化への貢献度を地下水の汚染濃度の変化量及び単位時間あたりの揚水量を入力とするファジイ推論により評価し、前記揚水による地盤環境へのリスクを地下水位変化量又は地盤沈下量を入力とするファジイ推論により評価し、前記地下水浄化への貢献度の評価データ及び地盤環境へのリスクの評価データを入力とするファジイ推論により最適揚水量を決定し、この最適揚水量に基づいて揚水を制御するものである。
【０００６】
なお、ここでいう「地盤環境のリスク」としては、例えば地下水位低下による地盤沈下や、近隣の井戸枯れ等が挙げられる。
【０００７】
上記本発明に係る汚染地下水の揚水制御方法において、地下水浄化への貢献度e(t)は、地下水中の汚染物質の濃度変化量をd(t)、揚水量をQ(t)として、次式
e(t)＝{d(t−1)−d(t)}／Q(t)    …（１）
により評価するものである。
【０００８】
上記本発明に係る汚染地下水の揚水制御方法において、最適揚水量の決定は、地下水浄化への貢献度の評価データとして平面図形で表されるメンバーシップ関数と、地盤環境へのリスクの評価データとして平面図形で表されるメンバーシップ関数を重合し、その重心を求めることにより行うものである。
【０００９】
上記本発明に係る汚染地下水の揚水制御方法においては、上記式（１）により求められた地下水浄化への貢献度e(t)から、浄化の終了又はシステムの異常の発生を判断する。
【００１０】
上記本発明に係る汚染地下水の揚水制御方法を実現するため、本発明に係る汚染地下水浄化システムは、揚水井戸に設置され地下水を揚水するポンプと、前記ポンプで揚水される地下水の単位時間あたりの揚水量を計測する流量計測手段と、揚水井戸から揚水される地下水の汚染濃度を計測する濃度計測手段と、地下水位監視井戸に設置されて地下水位を計測する水位計測手段と、前記ポンプの駆動を制御するファジイコントローラとを備え、前記ファジイコントローラは、汚染地下水の揚水井戸からの揚水による地下水浄化への貢献度を前記濃度計測手段による計測値から求められた地下水の汚染濃度の変化量及び前記流量計測手段により計測された単位時間あたりの揚水量を入力とするファジイ推論により評価し、揚水による地盤環境へのリスクを前記水位計測手段による計測値から求められた地下水位変化量又は地盤沈下量を入力とするファジイ推論により評価し、前記地下水浄化への貢献度の評価データ及び地盤環境へのリスクの評価データを入力とするファジイ推論により求められる最適揚水量に基づいて制御データを出力するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る汚染地下水浄化システムの好ましい実施の形態を示す説明図で、図中の符号Ｇは汚染領域の地盤、ＧＷＬはこの地盤Ｇにおける地下水位である。地盤Ｇには、ボーリング等により揚水井戸１及び地下水位監視井戸２が削孔される。
【００１２】
揚水井戸１には、地下水位ＧＷＬよりも十分深い位置に、地下水を揚水する水中ポンプ３が設置されており、その吐出口から地上へ延在された揚水管４には、流量計５及び濃度センサ６が設けられている。流量計５は、揚水井戸１から水中ポンプ３で揚水される地下水の単位時間あたりの揚水量を計測するものであり、濃度センサ６は、揚水された地下水の汚染濃度を計測するものである。一方、地下水位監視井戸２は、揚水井戸１からの揚水による井戸枯れや地盤沈下の影響が高いと考えられる場所に設けられ、地下水位ＧＷＬを計測する水位センサ７が設置されている。
【００１３】
流量計５濃度センサ６及び水位センサ７の計測データは、ファジイコントローラ８に入力される。このファジイコントローラ８は、各計測データを一時的に記憶するデータメモリ８１と、後述する各メンバーシップ関数及びファジイ推論ルールが記憶されたファジイ推論用メモリ８２と、各計測データから、各メンバーシップ関数及びファジイ推論ルールに基づいてファジイ推論演算を実行する演算部８３とを備える。
【００１４】
詳しくは、ファジイコントローラ８は、まずファジイ推論の前件部として、流量計５により計測された単位時間あたりの揚水量Q(t)と、濃度センサ６による計測値から求められた地下水の汚染濃度変化量d(t)と、水位センサ７による地下水位ＧＷＬの計測値から求められた地下水位変化量又は地盤沈下量ΔＨとを、それぞれについて予め定められた平面図形で表されるメンバーシップ関数に適用し、かつ予め定められたファジイ推論ルールを用いてファジイ推論演算を実行し、これによってファジイ推論の後件部として得られた各平面図形によるメンバーシップ関数データを合成し、その重心位置を求めることによって、地下水浄化への貢献度と、地盤沈下や近隣の井戸枯れといった地盤環境へのリスクとを考慮した最適な揚水量となるように、水中ポンプ３のモータを駆動させる駆動装置９を制御するものである。
【００１５】
また、地下水浄化への貢献度e(t)の評価は、単位時間あたりの揚水量Q(t)と、地下水の汚染濃度変化量d(t)により、次式
e(t)＝{d(t−1)−d(t)}／Q(t)    …（１）
によって行われる。
【００１６】
すなわち、この実施の形態による汚染地下水浄化システムは、上記式（１）によって求められる貢献度e(t)が目標値へ向かって収束するように、揚水量Q(t)を制御するものである。したがって、e(t)が目標値になったら、その時点で浄化終了と判断して、水中ポンプ３による揚水を停止するものであり、e(t)が目標値へ向けて収束せずに大きく乖離したような場合にはシステムの異常が発生したものと判断することができる。
【００１７】
地下水浄化への貢献度による揚水量の演算
地下水浄化への貢献度による揚水量の演算においては、まず、流量計５により計測された単位時間あたりの揚水量Q(t)及び濃度センサ６による計測値から求められた地下水の汚染濃度変化量d(t)の二つの入力データを、それぞれ、ファジイ推論における前件部のメンバーシップ関数に当てはめる。揚水量のメンバーシップ関数は、図２に示されるように、横軸に揚水量、縦軸に適合度をとってあり、汚染濃度変化量のメンバーシップ関数は、図３に示されるように、横軸に汚染濃度変化量、縦軸に適合度をとってある。
【００１８】
例えば単位時間あたりの揚水量がQ(t)ａ、地下水の汚染濃度変化量がd(t)ａであった場合、これらのデータを、それぞれ対応するメンバーシップ関数に当てはめると、揚水量は、図２に示されるように「目標範囲」で適合度０．７、汚染濃度変化量は、図３に示されるように「やや多い」で適合度０．８である。そしてファジイ推論における前件部では、ＡＮＤ条件となる複数の適合度のうち小さいほうを採用するから、地下水浄化への貢献度の適合度は０．７となる。
【００１９】
次に、上記揚水量及び汚染濃度変化量のデータを、下の表１に示されるようなファジイ推論ルール１に適合させる。上述の例では、揚水量は「目標範囲」であり、汚染濃度変化量は「やや多い」であるから、これをファジイ推論ルール１に適合させた場合、揚水変化量は「やや多い」となる。
【表１】
0004537562.tif 000002
【００２０】
次に、上述のようにして得られた適合度及び揚水変化量のデータを、ファジイ推論における後件部に適合させる。上述の例においては、揚水変化量は「やや多い」、地下水浄化への貢献度の適合度は０．７であるから、地下水浄化への貢献度の評価による最適揚水量QＡは、図４に示されるファジイ推論後件部のメンバーシップ関数に、「やや多い」における適合度０．７以下の実線太枠で示される台形状の図形Ａの重心GＡの横軸座標として求められる。
【００２１】
地盤環境のリスクによる揚水量の演算
一方、地盤環境のリスクによる揚水量の演算においては、地下水位監視井戸２に設置された水位センサ７による地下水位ＧＷＬの計測値から求められた地盤沈下量（又は地下水位変化量）ΔＨの値を、ファジイ推論における前件部のメンバーシップ関数に当てはめる。地盤沈下量のメンバーシップ関数は、図５に示されるように、横軸に地盤沈下量、縦軸に適合度をとってある。
【００２２】
例えば、地盤沈下量がΔＨａであった場合、このデータを、図５に示されるメンバーシップ関数に当てはめると、地盤沈下量は「やや少ない」で適合度０．６である。また、先の図２で説明したように、揚水量Q(t)ａは「目標範囲」で適合度０．７であり、ファジイ推論における前件部では、ＡＮＤ条件となる複数の適合度のうち小さいほうを採用するから、地盤環境のリスクへの適合度は０．６となる。
【００２３】
次に、上記揚水量及び地盤沈下量のデータを、下の表２に示されるようなファジイ推論ルール２に適合させる。上述の例では、揚水量は「目標範囲」であり、地盤沈下量は「やや少ない」であるから、これをファジイ推論ルール２に適合させた場合、揚水変化量は「やや少ない」となる。
【表２】
0004537562.tif 000003
【００２４】
次に、上述のようにして得られた適合度及び揚水変化量のデータを、ファジイ推論における後件部に適合させる。上述の例においては、揚水変化量は「やや少ない」、地盤環境のリスクへの適合度は０．６であるから、地盤環境のリスクから制御すべき最適揚水量QＢは、図６に示されるファジイ推論後件部のメンバーシップ関数に、「やや少ない」における適合度０．６以下の実線太枠で示される台形状の図形Ｂの重心GＢの横軸座標として求められる。
【００２５】
最適揚水量の演算
次に、重心法により、図４に示される図形Ａと図６に示される図形Ｂを、図７に示されるように重ね合わせて、その重心Ｇを求め、この重心Ｇの横軸の座標値が、最終的な最適揚水量Ｑとして出力される。
【００２６】
すなわち、上述の方法においては、現場で常時モニタリングされる単位時間あたりの揚水量Q(t)、地下水の汚染濃度変化量d(t)及び地下水位変化量ΔＨによって、揚水に伴って変化する汚染地下水の濃度変化や地下水位の変化に応じた最適の揚水量となるように、計画揚水量を補正し、これによって水中ポンプ３の駆動がフィードバック制御されるので、地盤環境への影響が少ない最適な揚水量で揚水を行うことができ、地下水浄化の効率を向上させて、浄化に要する期間の短縮を図ることができる。また、先に説明したように、e(t)が目標値になったら、その時点で浄化終了と判断して揚水を停止し、e(t)が目標値から大きく乖離したような場合にはシステムの異常が発生したものと判断することができる。
【００２７】
なお、ポンプ３によって揚水した汚染地下水は、図示されていない水浄化装置によって浄化された後、近くの河川や水路などに放水されるか、地上に散水されるが、この浄化した水を汚染地盤内に復水し浸透させることによって、浄化を促進させることも可能である。
【００２８】
［実施例］
図８は、環境基準の約２倍の濃度（約０．０６ｍｇ／Ｌ）のトリクロロエチレンで地下水が汚染された地盤で、従来の技術により汚染地下水を揚水した場合と、本発明の方法によって汚染地下水を揚水した場合の、地下水汚染濃度の推移を示すものである。この図から明らかなように、本発明によれば、汚染濃度が０．０２ｍｇ／Ｌ以下になるまで浄化されるのに要した日数が、従来の技術に比較して約４０％短縮され、浄化の効率で約４０％の向上が確認された。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、地下水の汚染濃度の変化量、単位時間あたりの揚水量及び地下水位の変化量の計測データから、ファジイ推論によって、汚染地下水の揚水井戸からの揚水による地下水浄化への貢献度と、揚水による地下水位の変化による地盤環境へのリスクとを考慮した最適揚水量となるように、計画揚水量を補正し、これに基づいてポンプを制御するため、汚染濃度の変化に対応し、かつ地盤環境への影響が少ない最適な揚水量で揚水を行うことができ、その結果、浄化効率の向上及び浄化に要する期間の短縮を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る好ましい実施の形態を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明において適用される地下水浄化への貢献度によるファジイ推論前件部の揚水量のメンバーシップ関数を示す説明図である。
【図３】本発明において適用される地下水浄化への貢献度によるファジイ推論前件部の汚染濃度変化量のメンバーシップ関数を示す説明図である。
【図４】本発明において適用される地下水浄化への貢献度によるファジイ推論後件部のメンバーシップ関数を示す説明図である。
【図５】本発明において適用される地盤環境へのリスクによるファジイ推論前件部の地盤沈下量のメンバーシップ関数を示す説明図である。
【図６】本発明において適用される地盤環境へのリスクによるファジイ推論後件部のメンバーシップ関数を示す説明図である。
【図７】本発明において適用される後件部のメンバーシップ関数の重心法による最適揚水量の決定を示す説明図である。
【図８】従来の技術により汚染地下水を揚水した場合と、本発明の方法によって汚染地下水を揚水した場合の、地下水汚染濃度の計測結果を示す説明図である。
【符号の説明】
１  揚水井戸
２  地下水位監視井戸
３  水中ポンプ
５  流量計
６  濃度センサ
７  水位センサ
８  ファジイコントローラ
【図１】
0004537562.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004537562.tif 000009
【図７】
0004537562.tif 000010
【図８】
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