(57)【要約】【課題】  井戸水が生活、工業、商用等の用水に適する水質評価を経年的に行うための既設井戸における多層取水層の採水方法に関し、また、その採水に用いられる採水装置を提供する。【解決手段】  既設井戸の多層取水層の採水に用いるストレーナーパッカー装置が水中ポンプを内蔵し、かつ、内壁に単数段又は複数段のストレーナー部を設けた採水管と、前記採水管の上端部と下端部に設けられ、かつ、井戸のケーシングパイプの内径方向に内接してシールする弾性パッキンを間に挟みこんだ二つのフランヂからなる二箇所のシール部と、井戸の内部に吊下げられ、また、採水管上端の前記シール部のフランヂを貫通すると共に、該フランヂの貫通孔縁と溶接合され、かつ、水中ポンプ出口端部と管接合された支持兼揚水管と、から構成されることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の取水層から取水するに際し、対応する取水層にストレーナ部を付設したケーシングパイプを具備する既設の井戸において、前記ケーシングパイプ内で内接して上下に移動でき、かつ、水中ポンプを内蔵したストレーナパッカー装置を前記ケーシングパイプ内に装入して、一箇所の前記取水層に対応するストレーナー部と連通する位置に、前記ストレーナパッカー装置を保持することにより前記ストレーナパッカー装置内に流入する該取水層の水のみを前記水中ポンプにより揚水して採水した後、次の箇所の前記取水層に対応するストレーナー部に前記ストレーナパッカー装置を移動して、前記ストレーナパッカー装置を連通させて該取水層の水のみを採水することを順次繰り返すことにより多層取水層の採水を行うことを特徴とする既設井戸の多層取水層の採水方法。
【請求項２】
水中ポンプを内蔵し、かつ、内壁に単数段又は複数段のストレーナー部を設けた採水管と、前記採水管の上端部と下端部に設けられ、かつ、井戸のケーシングパイプの内径方向に内接してシールする弾性シールパッキンを間に挟みこんだ二つのフランヂからなる二箇所のシール部と、井戸の内部に吊下げられ、また、採水管上端の前記シール部のフランヂを貫通すると共に、該フランヂの貫通孔縁と溶接合され、かつ、水中ポンプ出口端部と管接合された揚水管と、から構成されることを特徴とする請求項１記載のストレーナーパッカー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、井戸水が生活、工業、商用等の用水に適する水質評価を経年的に行うための既設井戸における多層取水層の採水方法に関し、また、その採水に用いられる採水装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、工業、商用、飲料、灌漑、消火等に用いられる用水には、河川などの表流水、伏流水、地下水、湖沼水などが用いられているが、このうち掘削井戸による地下水が飲用、工業、商用の冷却用又は寒冷地の融雪用に用いられてきており、取水地と使用場所の距離が短く、しかも用水設備が簡易で、小規模で設備費が安価で、運転・保全も容易であることから掘削井戸による地下水の利用が拡大してきている。これらの掘削井戸は深度が数十ｍから数百ｍと深く、しかも、深くて多層に亘る帯水域から取水されることが多い。
【０００３】
かかる井戸はある期間使用すると、とくに永年にわたり使用すると、井戸の水質が変化を生ずることが多く、この水質が悪い方向に変わると、この用水が使用用途に適さないとか、また、水質を改良する水処理設備が設置されていると処理能力の低下、又は処理薬剤の増加を招くとか不具合を生じる。したがって、多層の取水層から取水する井戸の場合において、各層の取水層において水質の経年変化を見極めることが重要で、この見極めにより多層の取水層から適切な取水層のみを選択して取水するとか、又は、水処理設備を改良・増強して対応することにより、既設井戸の水質を維持して利用できるし、ひいては井戸の寿命延長を図ることが可能となる。
【０００４】
以上のような事情から現在の既設井戸の深さ方向に多層にわたる取水層から取水する場合に各層の取水層の水質を見極めることは重要である。これに関連して、井戸の掘削時に試掘パイプを利用して多層帯水域の水質検査を行う為の採水に関する技術が開示されている。（文献１参照）
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２１７３６２号公報（〔０００６〕、〔００１２〕、〔００１７〕、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この先行技術は試掘用井戸が対象であるため、井戸のケーシング、すなわち集水管の径が７５ｍｍφ程度と小さいものであって、この集水管の内径を上下にシールして各帯水域に対応する水を採水するにの、管の軸方向に、複数のリング状のシールを配列させてある採水管（５０ｍｍφ程度）を用いるものである。しかし、実用の掘削井戸はケーシング径が２００〜３００ｍｍφと大径であるから、このシール構造であると、径の大きい採水管には採用が難しく、また、採水管の外径が大きくなると、深井戸の場合揚水管の自重が過大になると共に、井戸内を昇降させる昇降装置も過大になる等設備上・操作上の問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる問題を解決するために為したものであって、簡便な方法で、また、簡便な装置で、井戸水が生活、工業、商用等の用水に適する水質評価を経年的に行うための既設井戸における多層取水層の採水方法に関し、また、その採水に用いられる採水装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、既設井戸の多層取水層の採水方法において、複数の取水層から取水するに際し、対応する取水層にストレーナ部を付設したケーシングパイプを具備する既設の井戸において、前記ケーシングパイプ内で内接して上下に移動でき、かつ、水中ポンプを内蔵したストレーナパッカー装置を前記ケーシングパイプ内に装入して、一箇所の前記取水層に対応するストレーナー部と連通する位置に、前記ストレーナーパッカー装置を保持することにより前記ストレーナーパッカー装置内に流入する該取水層の水のみを前記水中ポンプにより揚水して採水した後、次の箇所の前記取水層に対応するストレーナー部に前記ストレーナーパッカー装置を移動して、前記ストレーナーパッカー装置に連通させて該取水層の水のみを採水することを順次繰り返すことにより多層取水層の採水を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、既設井戸の多層取水層の採水に用いるストレーナーパッカー装置において、ストレーナーパッカー装置が水中ポンプを内蔵し、かつ、内壁に単数段又は複数段のストレーナー部を設けた採水管と、前記採水管の上端部と下端部に設けられ、かつ、井戸のケーシングパイプの内径方向に内接してシールする弾性シールパッキンを間に挟みこんだ二つのフランヂからなる二箇所のシール部と、井戸の内部に吊下げられ、また、採水管上端の前記シール部のフランヂを貫通すると共に、該フランヂの貫通孔縁と溶接合され、かつ、水中ポンプ出口端部と管接合された揚水管と、から構成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明によると、ストレーナーパッカー装置の採水管を既設井戸の取水層と対応するストレーナー部に位置合わせすることにより、内蔵水中ポンプを運転して、取水層からの水のみをケーシングパイプのストレーナー部を経て上下端部が水シールされた採水管内に取り込むことができ、次いで前記水中ポンプに直結した揚水管で井戸外に汲み上げて採水し、水質の分析等を行って該取水層の水の水質を適切に把握することができる。
【００１１】
また、揚水管はストレーナーパッカー装置全体を吊下げ支持した状態で固定・接続されているので、ストレーナーパッカー装置を井戸内部において確実に移動できるから、ケーシングパイプのストレーナー部と採水管の位置合わせが容易であり、しかも、揚水管を継ぎ足し又は取り去る作業により揚水管の全長を適宜調節でき、深深度の井戸の採水作業に対応できる。このように深深度の井戸も含めた井戸を対象にして、採水及び水質検査を適当な日時の間隔で実施することにより、取水層の水質の経年変化を捉えて水質の適正評価をすることができる。これにより井戸の取水層からの選択取水や、井水を処理する水処理装置の経済的な操業も可能となる。  
【発明の効果】
【００１２】
本発明による請求項１の既設井戸における多層取水層の採水方法によれば、ストレーナーパッカー装置を上下に移動して、各取水層にあるケーシングパイプのストレーナー部に採水管の位置を合わせ、内蔵水中ポンプの運転により容易に各取水層の水のみを採水することができるので、採水作業が簡易に、確実に実施できるし、採水に際して取水層から流入する水のみを取り出すことができる。また、採水及び水質検査を適当な日時間隔により実施することで、取水層の水質の経年変化を捉えて水質の適正評価をすることができる。これにより井戸の取水層からの選択取水や、井水を処理する水処理装置の経済的な操業も可能となる。  
【００１３】
また、請求項２のストレーナーパッカー装置によれば、揚水管の下端に接続・固定され、水中ポンプを内蔵する採水管で、かつ、揚水管の下部の中間で溶接された鍔状のフランジに弾性シールパッキンを介してフランジ付けされた採水管が吊り下がった構成をしているから、採水管は揚水管と水中ポンプに対して完全に固定されていない。この構成を取ることにより、ストレーナーパッカー装置が井戸ケーシングパイプ内を内接して上下方向に移動して長い揚水管が揺れ又は振動しても、採水管の上下端部にあるシール部が緩衝部となりケーシングパイプ内壁に順応してシールが容易であり、かつ、揚水管や水中ポンプに無理な応力が作用しない。また、シールが確実に作用するので、取水層からの流入する水のみを採水することが可能である。したがって、特に揚水管の全長が長い深深度の井戸における多層の取水層の採水作業に適用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、既設井戸における多層取水層の採水方法及びそのストレーナーパッカー装置の説明図であって、模式的断面図である。図２は、ストレーナーパッカー装置の説明図であって、（ａ）全体図、（ｂ）断面図である。
【００１５】
図１、図２に基いて、本発明の実施の形態である既設井戸における多層取水層の採水方法及びそのストレーナーパッカー装置を説明すると、井戸１０は不透水層Ａと帯水域である取水層Ｂが積層された地層を掘削した後、ケーシングパイプ１１を掘削孔に装入し、次いでその周囲にろ過砂利Ｃを充填して構築される。該ケーシングパイプ１１には各取水層Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３と連通する位置にストレーナー部１２が設けられて、井戸１０が構成される。井戸１０は多層の取水層Ｂから流入した水Ｄが充満し、地下水圧により井水水位ＷＬが形成される。通常、井戸１０には陸上ポンプ（図示しない）で吸い上げるか、又は井戸内水中に設置された水中ポンプ（図示しない）で汲み上げるかして取水する。
【００１６】
本発明の方法によれば、通常取水のために用いている太径の揚水管およびポンプを取外した後に採水する方法であって、水中ポンプ７を内蔵したストレーナーパッカー装置１を揚水管３に吊下げた状態にて井戸１０内に装入し、ストレーナーパッカー装置１の採水管２のシール部４，５間の本体をケーシングパイプ１１の取水層Ｂ１と連通したストレーナー部１２に位置を合わせ、次いで水中ポンプ７を運転することにより取水層Ｂ１からの水流Ｄがストレーナー部１２、採水管２のストレーナー部２ａを経由して採水管２内に取り込まれて水中ポンプ７、揚水管３により揚水して採水され、井戸１０外の水質・水量検査装置Ｅで検査される。この際、ストレーナーパッカー装置１には、パッカーと称呼される上部シール部４及び下部シール部５が設けられているので、採水管２のシール部４，５より外側の水は採水管２には入ることができず、採水管２のストレーナー部２ａからの水のみが流入できる。よって、最終的には取水層Ｂ１からの水のみを採水して、水中ポンプ７にて井戸１０外へ揚水して水質検査に供することができる。
【００１７】
このようにストレーナーパッカー装置１を井戸１０内にて昇降させることにより各取水層Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３に連通したケーシングパイプ１１の各ストレーナー部１２に位置合わせして各取水層Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３からの水を順次採水することができ、各取水層Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の水質を検査することができる。また、井戸１０の深度が数十から数百ｍと深深度の場合には、櫓立ての揚水管支持装置（図示しない）を介して定尺（例えば５〜２０ｍ長）の管を継ぎ足し又は取外すことにより揚水管３の全長を調節して、ストレーナーパッカー装置１を移動させることができる。
【００１８】
また、図２に基づいて、ストレーナーパッカー装置１を説明すると、ストレーナーパッカー装置１は採水管２と、水中ポンプ７と、下部の揚水管３と、から構成される。水中ポンプ７は円柱状の外形を有し、吸込み孔７ｂを有するポンプ部７ａと、モータ部７ｃと、からなり、ポンプ部７ａ上部の吐出部には揚水管３の下端が螺子接合又はフランジ接合又は溶接で接合される。水中ポンプ７の仕様は外径寸法が小さくて、深井戸用に使用できる高揚程のものが望ましく、例えば外径９５ｍｍφ、揚程２０〜３００ｍ、モータ出力０．３７〜３．７ＫＷのものが用いられる。水中ポンプ７に動力を供給する電気ケーブル８は揚水管３に沿わせて地上から送られる。揚水管３は深井戸の場合は鋼管が適切で、内径は２５〜４０ｍｍφ程度であり、浅井戸の場合は合成樹脂管も使用可能である。また、採水管２は上部フランジ４ａの下に吊下げる構造をとり、上部フランジ４ａは揚水管３と水中ポンプ７との接合部のやや上方で、揚水管３の管壁と上部フランジ４ａの貫通孔縁とを溶接合して固定する。また、上部フランジ４ａとして、揚水管３が中央を貫通するソケット付フランジ４ｂを用いてもよい。この場合、揚水管３の径方向に対してフランジ４ｂを垂直に固定しやすい。
【００１９】
採水管２は円筒形で、その管壁に井戸水を抵抗が少なく流入させるための縦型スリットを有するストレーナー部２ａを上下に複数段に亘り設けてあり、また、その上端部及び下端部にはシール部４，５を設ける。採水管２は、内径１０５ｍｍで、長さは内蔵する水中ポンプ７の全長に左右されるが、５００〜１８００ｍｍの範囲であり、深井戸用は鋼管製が使われ、浅井戸の場合は合成樹脂製でもよい。また、前記ストレーナー部２ａの全長ｌは井戸１０のケーシングパイプ１１における各ストレーナー部１２の長さと水中ポンプ７の全長を勘案して決めるのがよい。
【００２０】
下端のシール部５は、採水管２の下端部と嵌合・接合する下端ソケット付フランジ５ａと、弾性シールパッキン６と、下端盲フランジ５ｂと、から構成され、弾性シールパッキン６を下端ソケット付フランジ５ａと下端盲フランジ５ｂとの間で締付けボルト９で挟持する構造をとる。この弾性シールパッキン６の周縁部がケーシングパイプ１１の内壁と密着して水に対するシール効果を発揮し、さらに下端盲フランジ５ｂと協同して採水管２の下端部を閉塞する。また、上端のシール部４は、上端フランジ４ａと、弾性シールパッキン６と、採水管２の上端部と嵌合・接合する上端ソケット付フランジ４ｂと、から構成され、弾性シールパッキン６を上端フランジ４ａと上端ソケット付フランジ４ｂとの間で締付けボルト９で挟持する構造をとる。この弾性シールパッキン６の周縁部がケーシングパイプ１１の内壁と密着して水に対するシール効果を発揮する。弾性シールパッキン６は厚みが２０ｍｍ前後で、通常円板状のものを用いると剛性があって周縁部のシール効果を発揮する点でよいが、ドーナッツ型のものでも用いることができる。また、弾性シールパッキン６の材質は軟質ゴムを用いるのが、シール性、耐水、耐磨耗等の耐久性及び弾力性の点でよい。
【００２１】
前述したように、採水管２は、揚水管３と溶接合した上端フランジ４ａから弾性シールパッキン６を介して吊下げる構造をとっているから、この弾性シールパッキン６は、揚水管３と採水管２とが完全にリジッドにならぬよう揚水管３から採水管２にかかる応力を緩衝する役目も果たしているので、揚水管３が井戸１０内の昇降時に生ずる管の揺れ・振動を緩和して、採水管２のシール部４，５のシール作用が確実に発揮できる特徴を有する。
【実施例】
【００２２】
本発明である既設井戸における多層取水層の採水方法及びそのストレーナーパッカー装置を適用して、深度１８０ｍ強の既設井戸において深度の異なる５層の取水層を対象にして、各層の採水を行い、次いで水質検査を行った。
【００２３】
調査対象の井戸径は３００ｍｍφの鋼管ケーシングパイプから構築され、５箇所の取水層に連通したストレーナー部が設けられている。採水に用いたストレーナーパッカー装置については、採水管がＳＧＰ１００Ａの鋼管を加工し、全長約１４００ｍｍであり、水中ポンプが吐出量６５ｌ／ｍｉｎ、揚程１８０ｍであり、また揚水管はＳＧＰ４０Ａである。各層からの採水に際しては、他層からの水を引き込まないよう取水層から取水する流速を１．５ｃｍ／ｍｉｎ以下にするため水中ポンプの吐出量を５０ｌ／ｍｉｎ程度にして汲み出した。汲み出し開始後、３０分から１５０分経過まで３０分毎に採水し、水質検査を行った。〔表１〕に、３０分、６０分経過時に採水した各層の水質変化の傾向を把握した。分析項目は鉄（Ｆｅ），マンガン（Ｍｎ），シリカ（Ｓｉ）の３項目とした。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１の結果から、各層において、マンガンには余り変化が見られないものの、−１７６ｍ、−１４３ｍの層においては、シリカにプラス傾向が、−１２６ｍより浅い層においては、鉄、シリカにマイナスの傾向があることが分かった。つまり、各層において各分析値が同一でなく、また、汲み出し時間の経過と共に分析値が変化していることより本発明による既設井戸における多層取水層の採水方法及びそのストレーナーパッカー装置の有効性が明らかになった。これらにより、取水層の水質の経年変化を捉えて水質の適正評価をすることができるし、井戸の取水層を選択する取水や、水処理装置の経済的な操業を可能とするなどの貢献が期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
生活、工業、商用等の用水に用いられる多層取水層の井戸の選択取水による水質改善、井戸の寿命延長等について広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の最良の実施形態である既設井戸における多層取水層の採水方法及びそのストレーナーパッカー装置の説明図であって、模式的断面図である。
【図２】本発明の最良の実施形態であるストレーナーパッカー装置の説明図であって、（ａ）全体図、（ｂ）断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１：ストレーナーパッカー装置      ２：採水管      ２ａ：ストレーナー部        ３：揚水管              ４：上部シール部          ４ａ：上端フランヂ          ４ｂ：上端ソケット付フランヂ  ５：下部シール部    ５ａ；下端ソケット付フランヂ５ｂ；下端盲フランヂ      ６：弾性シールパッキン          ７：水中ポンプ      ７ａ：ポンプ部      ７ｂ：吸込み口    ７ｃ：モータ部    ８：電気ケーブル      ９：締付ボルト            １０：既設井戸          １１：ケーシングパイプ      １２：ストレーナー部  
Ａ：不透水層    Ｂ１、Ｂ２，Ｂ３：取水層（帯水層）    Ｃ：充填砂利（ろ過砂利）
Ｄ：水流            Ｅ：水質、水量検査      ｌ：ストレーナー部長さ
【図１】
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【図２】
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