(57)【要約】【課題】自然環境への影響を最小限に抑えることを可能とした地下水処理方法を提案する。【解決手段】河川の水温よりも高い水温の地下水Ｗを、水路１を流下させることにより、河川の水温と同等になるまで冷却してから河川に放流する地下水処理方法であって、水路１は、流路壁２および流路底３が金属により形成されているとともに、地中に形成されており、地下水Ｗを外気と接触させるとともに水路１の周囲に通流された冷却材Ｆとの熱交換を利用して地下水を冷却する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川の水温よりも高い水温の地下水を、前記河川の水温と同等になるまで冷却してから前記河川に放流することを特徴とする、地下水処理方法。
【請求項２】
河川の水温よりも高い水温の地下水を、水路を流下させることにより冷却することを特徴とする、地下水処理方法。
【請求項３】
河川の水温よりも高い水温の地下水を、輻射熱を遮断する部材により上面が覆われた水路を流下させることにより冷却することを特徴とする、地下水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルやダム等の建設工事では、大量の湧水（トンネル掘削に伴い出水した地下水）が発生する場合がある。建設工事中に発生した湧水は、濁水処理等をした後、近隣の河川等に放流するのが一般的である。
また、破砕帯等の地下水滞留層を貫通するトンネルでは、トンネル覆工への負担を軽減することを目的として、中央排水工を利用してトンネル坑外に地下水を排水するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。トンネル坑外へ排水された地下水は、近隣の河川等に放流されるのが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２２２１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
地下水の水温は年間を通して一定の温度を保っているため、外気温が低い季節では、地下水の水温が河川等の水温に比べて高い場合がある。そのため、季節によっては、大量の地下水（湧水）を放流することにより、河川等の水温が変化してしまう場合がある。河川の水温が変化すると、河川での生態系等に影響を及ぼすおそれがある。例えば、魚が産卵した卵が、河川の温度上昇によって孵化しなくなるおそれがある。
このような観点から、本発明は、自然環境への影響を最小限に抑えることを可能とした地下水処理方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明の地下水処理方法は、河川の水温よりも高い水温の地下水を、前記河川の水温と同等になるまで冷却してから前記河川に放流することを特徴としている。
かかる地下水処理方法によれば、地下水を放流することによる河川の水温の上昇を最小限に抑えて、放流による自然環境への影響を最小限に抑えることができる。
このような地下水の冷却方法としては、冷却用に設けた水路を流下させることで、前記地下水を外気に接触させる手段を採用できる。
なお、輻射熱を遮断する部材により水路の上面を覆うことで、輻射熱による水温の上昇を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の地下水処理方法によれば、河川の水温よりも高い水温の地下水を、冷却してから放流するため、自然環境への影響を最小限に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】湧水の発生から処理までの概要を示す模式図である。
【図２】第一の実施形態に係る地下水処理方法の概要を示す断面図である。
【図３】第二の実施形態に係る地下水処理方法の概要を示す断面図である。
【図４】各実施形態に係る地下水処理方法の効果の検証結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜第一の実施形態＞
第一の実施形態では、トンネル工事において発生した湧水の処理方法（地下水処理方法）について説明する。図１に示すように、トンネル工事では、掘削する地山が降雪などにより涵養している場合や、トンネルＴの底盤よりも地下水位が高い場合などにおいて工事中に地下水（湧水）Ｗが発生する。とくに、トンネルＴの上端以上の高さに地下水位がある場合は、掘削時だけでなく掘削後の壁面からも大量の地下水Ｗが発生する。そのため、トンネルＴ内で発生した湧水Ｗは、水処理を施してｐＨ、濁度など所定の基準を満足した処理水として近隣の河川Ｒに放流することが一般的である。ところが、処理水の水温についての基準が示されることは少ない。
本実施形態の地下水処理方法は、トンネル工事において出水した大量の地下水（湧水）Ｗを、水路１に流すことによって、冷却してから近隣の河川Ｒに放流するものである。本実施形態では、湧水Ｗの水温が河川Ｒの水温と同等になるまで冷却するものとする。
【０００９】
図２に示すように、水路１は上面が開口した水路である。本実施形態の水路１は、幅６ｍ、深さ１ｍの断面凹字状に形成されている。なお、水路１の形状寸法は限定されるものではない。
水路１は、流路壁２，２および流路底３を備えており、上面の開口部のみが外気に面している。流路壁２，２および流路底３は、地中に形成されている。
水路１は、地表面を掘削することにより形成されており、水路１の流路壁２および流路底３は土壌（地盤）により形成されている。なお、流路壁２および流路底３は、土壌を押し固める等、必要に応じて遮水性を高める処理を施しておく。本実施形態では、流路壁２および流路底３の厚みを５０ｃｍとしたが、流路壁２および流路底３の厚さは限定されない。
水路１を流下した湧水は、外気に接するとともに、土壌の熱（外気によって冷却された地熱）との熱交換によって冷却される。
【００１０】
水路１の上面（開口部）は、日射を遮る蓋材４により覆われている。蓋材４は、日射を遮ることで、水路１を流下する湧水の温度上昇（外気による冷却効果が低減すること）を防止する。
蓋材４を構成する材料は限定されるものではないが、太陽からの輻射熱を遮断する材料（例えば、コンクリートやアルミニウム等）により構成する。
蓋材４は、一対の脚部４１，４１および上部４２により、断面視門型を呈している。蓋材４は、断面視門型に形成されていることで、水面との間に外気の通流が可能な隙間を形成することができる。水面と蓋材４との間を外気の通流が可能なため、蓋材４によって湧水と外気との接触が妨げられることがない。なお、蓋材４の脚部４１は、その内外で通気可能となるように所定の間隔をあけて配設された柱状部材により構成してもよいし、複数の開口部を有した壁状部材により構成してもよい。
なお、蓋材４の構成は限定されるものではなく、例えば、断面視半円状であってもよい。
【００１１】
本実施形態の地下水処理方法は、湧水を水路１に流すのみで湧水を冷却することが可能なため、電力を要する冷却設備が不要になるとともに、冷却設備を設置するために必要な用地を確保する必要もなくなり、ひいては、簡易かつ安価に湧水を処理することができる。
湧水（地下水）は、一般的に年間を通して一定の水温を保っているため、冬期等、外気の気温が低い季節では、河川の水温よりも湧水の水温が高い。そのため、大量の湧水を河川に放流すると、河川の水温が上昇してしまう。本実施形態の地下水処理方法によれば、湧水を冷却してから河川に放流するため、河川の水温の上昇を抑制し、ひいては、河川の生態系に影響を及ぼすことを防止することができる。
【００１２】
なお、水路１の水路幅を広げると、同じ流量の水を流下させた場合であっても、湧水の外気との接触面積が大きくなるので、冷却効率の向上を図ることができる。
また、水路１の流路壁２，２および流路底３をコンクリート等で構成してもよいが、コンクリートよりも熱伝導率が高い素材や材料（例えば、鋼板や形鋼等の金属、ダイヤモンド、人造黒鉛、シリコン等）により構成すると、土壌の地熱との熱交換をより効率的に水温を低下させることができる。
さらに、水路１の周囲の地盤を凍結させることにより、より低い温度で水路１内の湧水を冷却してもよい。
【００１３】
＜第二の実施形態＞
第二の実施形態の地下水処理方法は、図１に示すように、トンネル工事に伴って出水した大量の地下水（湧水）Ｗを、水路１に流すことによって、冷却してから近隣の河川Ｒに放流するものである。
本実施形態では、図３に示すように、水路１の外面に沿って、冷却用の流体を通流させることにより、湧水Ｗを冷却する。
水路１は、一対の流路壁２，２および流路底３により断面視凹字状に形成されている。水路１の寸法は限定されるものではないが、例えば、幅１２ｍ、深さ５０ｃｍとする。流路壁２および流路底３は、金属により形成されている。本実施形態の水路１は、金属板を凹字状に折り曲げることにより形成するが、例えば複数の金属板を組み合わせることにより形成してもよく、水路１の形成方法は限定されない。また、水路１を構成する材料または素材は限定されるものではない。
【００１４】
水路１は、地盤に形成された外溝５の内側空間に配設されている。
外溝５は、コンクリート部材により断面視凹字状に形成されている。コンクリート部材は、地表面を掘削することにより形成された溝の内面を覆うように形成されている。
外溝５の内幅および深さは、水路１の外幅および深さよりも大きく、外溝５内に水路１を配設した状態で、水路１と外溝５との間に隙間６が形成されている。なお、外溝５の形状は、水路１との間に隙間６を形成することが可能であれば、凹字状に限定されるものではない。また、外溝５を構成する材料はコンクリートに限定されるものではなく、例えば、金属部材や、透水性の低い地盤材料（粘性土等）または岩盤等により構成されていてもよい。さらに、外溝５の厚さも土圧に対して十分な耐力を有していれば限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００１５】
水路１は、水路１と外溝５との間に介設された支持部材７，７によって支持されている。支持部材７は、水路１の延長方向に沿って間隔をあけて配設された支柱により構成されている。本実施形態では、２列の支持部材７，７によって水路１を支持している。なお、支持部材７は支柱に限定されるものではなく、例えば、梁等であってもよい。また、支持部材７の配置や形状は限定されるものではない。
また、外溝５の上面は、太陽からの輻射熱を遮断する材料により構成された蓋材４により覆われている。蓋材４の詳細は、第一の実施形態と同様なため、詳細な説明は省略する。
隙間６には、冷却材Ｆを通流させる。本実施形態の冷却材Ｆには、河川から採取した河川水（冷却水）を使用する。なお、隙間６には、湧水の水温よりも低い気温の外気を冷却材Ｆとして通流させてもよい。また、隙間６には、冷却水や外気等の流体に代えて、他の冷却材Ｆを配設してもよい。例えば、隙間６に水を滞留させた状態で凍結させることで、隙間６に氷を充填してもよいし、周囲の積雪を隙間６に充填してもよい。
【００１６】
本実施形態の地下水処理方法によれば、外気の気温よりも高い水温の湧水が、水路１を流下することで、外気に接触して冷却される。また、流路壁２，２および流路底３は、隙間６を通流する冷却水（流体）によって冷やされているため、流路壁２，２および流路底３に接触した湧水が冷却される。流路壁２，２および流路底３は、金属性のため、熱伝導率が高く、湧水と冷却水との熱交換が効率的に行われる。
【００１７】
以下、前記各実施形態の地下水処理方法の効果を検証した結果を示す。
本検証では、ケースＡ〜Ｄの４ケースについて検証を行った。各ケースでは、水温が１３℃の湧水を、気温が−４℃、地温が５℃の条件下において、１．０ｍ３／ｓ、０．５ｍ３／ｓおよび０．２５ｍ３／ｓの３種類の流量で、延長が５５０ｍの水路を流下させた後の温度変化を数値解析した。
ケースＡは、幅６ｍ、深さ０．９３ｍの水路１であって、流路壁２および流路底３が土壌により形成されていて、蓋材４が配設された水路１（第一の実施形態）を解析した（図２参照）。
ケースＢは、幅１２ｍ、深さ０．４７ｍの水路１であって、流路壁２および流路底３が鉄により形成されており、外面に沿って−４℃の外気が通流された水路（第二の実施形態）を解析した（図３参照）。
ケースＣは、幅１２ｍ、深さ０．４７ｍの水路１であって、流路壁２および流路底３が鉄により形成されており、外面に沿って水温が３℃の水が通流された水路（第二の実施形態）を解析した（図３参照）。
ケースＤは、幅１２ｍ、深さ０．４７ｍの水路１であって、流路壁２および流路底３が鉄により形成されており、外面が凍結された水路（第二の実施形態）を解析した。
【００１８】
検証結果を図４に示す。
図４に示すように、いずれのケースにおいても、湧水の水温が低下する結果となった。すなわち、水路１を流下させることによって、湧水を冷却することができることが実証された。
【００１９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記各実施形態では、トンネル工事において発生した湧水を河川に放流する場合について説明したが、本発明の地下水処理方法によって処理される地下水はこれに限定されるものではなく、例えば、ダム工事において発生した湧水であってもよい。また、供用中のトンネルから排水された地下水を河川に放流する際に地下水処理方法を適用してもよい。
また、前記実施形態では、湧水（地下水）の水温が河川の水温と同等になるまで冷却する場合について説明したが、放流される湧水の水温は限定されるものではなく、河川の水温を変化させることがない程度まで冷却すればよい。
また、前記実施形態では、水路１の上面を蓋材４で覆う場合について説明したが、蓋材４は必要に応じて設置すればよい。
前記各実施形態では、水路１として、上面が開口した水路を採用したが、水路は必ずしも上面が開口している必要はなく、例えば、地下水とともに外気の通流が可能な管路であってもよい。
また、前記各実施形態では、水路１が、上端が地表に面した状態で地中に埋め込まれている場合について説明したが、水路１は、地上に形成されていてもよい。すなわち、水路１は、地表に載置されていてもよいし、地上に形成された土台等の支持部材上に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００２０】
１  水路
２  流路壁
３  流路底
４  蓋材
５  外溝
６  隙間
Ｆ  冷却材（冷却水、外気）
Ｗ  湧水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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