消雪井戸利用のための水位・水質の年間変化計測

1. はじめに

地盤工学研究室

柿沼宏和

指導教員

豊田浩史

人が設置する民間雨水貯留槽設置への助成を行い、近年、限られた地域に対して短時間に多量の雨を雨水の流出抑制を推進している。また、見附市は豪降らせる集中豪雨が多発している。特に2006 年から雪地帯であることから、道路除雪の有効な手法であはゲリラ豪雨と呼ばれる集中豪雨が頻繁に発生するる消雪パイプが普及しており、消雪用井戸が多数存ようになっている。集中豪雨は気象学的には明確な在する。消雪パイプは克雪対策としては有効である

定義はないが、直径10kmから数10kmの範囲に時間が、地下水の大量汲み上げによる地下水低下や地盤雨量50㎜を超える場合が目安となる。台風などと異沈下などが大雪の年には影響が現れる。見附市におなり予測が困難であるため、土砂災害や洪水などのける 2004 年 4 月 1 日から 2006 年 12 月 31 日まで災害が起きやすい。の地下水位の変動と降雨量・積雪量のグラフを図 1

県内での集中豪雨で記憶に新しいのは、平成 16 年に示す．積雪期には地下水位が大きく低下し，積雪7 月に発生した 7・13 水害（新潟・福島豪雨）があが無くなると次の積雪期までかけてゆっくりと地下げられる。12 日夜から新潟県中越地方や福島県会津水位が上昇しているのがわかる。この地下水に雨水で非常に激しい雨が降り、旧栃尾市（現長岡市）やを直接注入することにより，水害の軽減と地下水の旧下田村（現三条市）では総雨量が 400 ㎜を越す記涵養を図ることが本研究の目的である。

録的な雨量を観測した。このため、信濃川水系であこれまでの研究 1)で、消雪井戸の注入水処理能力る五十嵐川や刈谷田川や中之島川の堤防が 11 箇所は雨水対策に十分有効な能力を持っていることが実で決壊し、三条市、長岡市、見附市など、広範囲で証された。また、見附市の地下水の水質は、見附市浸水の被害が発生した。
この災害では、死傷者 20 人、の上水道の水質基準に適応するほど良質といえるた

全壊・半壊・一部損壊など 20,655 棟に被害が出た。

め、注入水を入れる際、水質を考慮する必要がある

このような水害を少しでも軽減できる対策を講じることがわかった。そこで本研究において、地下水とことは急務といえる。

雨水の水質について季節変動を把握し、雨水の消雪井戸への直接注入の可能性について検討する。

見附市では、雨水貯留菅の設備を行っているほか、

200
150
100

日付〔日〕

図 1 地下水位と降雨・積雪量

2007/2/1

2006/12/1

2006/10/1

2006/8/1

2006/6/1

2006/4/1

2006/2/1

2005/12/1

2005/10/1

2005/8/1

2005/6/1

2005/4/1

2005/2/1

2004/12/1

2004/10/1

2004/8/1

2004/6/1

500

地下水位〔ｍ〕

20.00
15.00
10.00
5.00
0.00
-5.00
-10.00-15.00-20.00

350
300
250

2004/4/1

降水量,積雪量〔㎜〕

平成 19 年度から新世代下水道支援制度を活用し、個積雪量
降雨量
地下水位

2. 計測した水質項目について今回の雨水及び観測井戸の水質試験に使用した測定器は、測定条件を入力するターミナルとセンサーものを 3 箇所（ポイント④、⑤、⑥）の計 6 箇所のポイントから採取した雨水の水質試験を行った。
3.2

観測井戸の水質試験モジュールから成る。センサーモジュールにおいて2009 年 12 月 18 日から見附市の今町中学校内にあpH・溶存酸素・電気伝導率・濁度・水温・塩分・水る観測井戸を使って地下水の水質連続測定を行った。

深を測定することができる（多項目水質計と称す）。

観測井戸の中にケーブルがつながった状態でセンサ

pH とは、水素イオン指数と呼ばれ、水の酸性・アルーモジュールを観測井戸の中に入れて、10 分間隔でカリ性の度合いを表す数値であり、単位はない。7データをとっている。センサーモジュール内に蓄え未満は酸性、7 は中性、7 より大きいとアルカリ性とられたデータを、2 週間ごとにパソコンで回収した。

なる。溶存酸素とは、水の中にどれだけ酸素が溶けなお、地表面から観測井戸内のセンサーモジュールているかの度合いを示すもので、単位は mg/L とすまでの距離は 30.9m である。

る。通常 7〜14mg/L の酸素が水に溶けていて、水質4. 試験結果と考察

汚濁程度の指標で、環境水質基準値では河川や海域

4.1

雨水の水質試験及び雨量計測において 2mg/L 以上とされており、2mg/L 以下では雨水の水質試験は雨量計測と同時に行う。雨が降悪臭がする。電気伝導率とは、水の電気の伝わりやり始めたら雨量計測を行い 1 時間ごとに雨量を計測すさを示すものである。単位は mS/m である。水のした。6 箇所のポイントから採取した雨水が入って電気伝導率は水に溶解する無機塩類の量に比例するいる容器の中にセンサーモジュールを入れて 1 分間ため、水質の良否、濃度を判断する指標として用い隔でデータを取り、10 分間の計測を行いその平均かられる。水中に電解質のイオンの量が多いほど電流ら水質を算出した。

が多く流れて電導度が高くなる。濁度とは、濁りの表 1、2 に示すように試験結果を降り始めから程度を数値として示したものである。単位は NTU で10mm 以上となったときの雨水の水質で見ると、道ある。濁度が 10NTU 未満であれば見た目は透き通路や排水路を通った雨水は pH の値が中性に近く 6って見える。国が定めた水質基準では「人の飲用及前後であるが、屋根を通った雨水は pH が 4〜5 と小び生活利用のために水道水が満たしていなければなさいことがわかる。このことからわかることは、雨らない濁度」は 2NTU とされている。明らかに濁っ水自体は酸性であると考えられるため、スチール製ていると判断される濁度は、100NTU 程度といわれの屋根では pH の変化は見込めないが，アスファルている。水温は水の温度、塩分は水の中にどれだけトやコンクリートを通ることで，酸性の雨水が中性の塩分が含まれているかを示すものである。水深は、化していることが考えられる。

センサーモジュールに装備している水圧センサで、濁度に関しては、水道水や水質基準を大きく上回水深を計測する。っており、特に排水路を通った雨水については、採3. 実験概要

取時に濁っているのが確認できた。

3.1

雨水の水質試験及び雨量計測

雨水の水質に関して、試験時の雨の状況や採取箇所によって、雨水の水質がどのように変化するのかを調べた。2009 年 12 月 3 日から 2009 年 12 月 12日の雨天時に多項目水質計を用いて、長岡技術科学
大学敷地内の駐車場の排水管を通ったもの 2 箇所（ポイント①、②）、道路の排水路を通ったもの 1箇所（ポイント③）、屋根（スチール製）を通った

雨水の溶存酸素はある程度高い値を示しているものの、地下水の溶存酸素との比較で検討する必要があろう。

表 1 排水路・排水管を通った雨水の水質（降り始めから雨量 10mm 以上で採取）
測定

PH

溶存酸素

電気伝導率濁度

水温塩分水深水道水

7.11

9.57

12.8

0.5

14.1

0.0

0.0①

6.17

8.73

2.2

9.0

12.4

0.0

0.0

②

5.96

8.66

3.0

8.7

12.5

0.0

0.0

③

6.07

8.89

0.4

56.6

12.2

0.00.0水質基準

5.8 以上 8.6 以下

5 以上

2 以下

表 2 屋根を通った雨水の水質（降り始めから雨量 10mm 以上で採取）
pH

溶存酸素

電気伝導率

濁度

水温

塩分

水深

水道水

7.11

9.57

12.8

0.5

14.1

0.0

0.0

④

4.50

8.84

5.2

5.5

11.9

0.0

0.0

⑤

4.78

8.77

1.5

6.5

12.8

0.0

0.0

⑥

4.85

8.80

0.3

3.5

12.6

0.00.0水質基準

5.8 以上 8.6 以下

5 以上

2 以下

観測井戸の水質試験
水深写真 1 に示す観測井戸の中にセンサーモジュール

降水

最深積雪

32.52151.510150.50012/ 12/ 1/1 1/8 1/1 1/2 1/2 2/5
18 25
52925を入れて水質を計測した。図 1〜図 6 に試験結果を示

20水深（m）す。

降水（mm）・最深積
雪（m）

4.2

測定

時間（Day）

図 2 地下水水深と降水量・最深積雪の関係
図 3 に pH の値を示す。pH の値は 7 前後であり、ほぼ中性を示しているが、水深とともに変動してい写真 1

観測井戸る点は興味深い。1 月 10 日あたりから pH の値が徐々

図 2 より地下水位は積雪によって変化しており、に低下しているように見えるが、これはセンサーの積雪の量が多くなると水位が減り続けていく。これメインテナンス不足であることがわかった。2 月のは消雪ポンプが稼働したためである。また、地下水時点で校正を行うと、センサーで読みとる pH の値は使用すると回復するまでに時間がかかるため雪がが真値より 0.4 下回っていた。以後、2 週間毎にメイ降りつづいていくと地下水の回復が追いつかなくなンテナンスを実施することとした。雨水の pH は道ることがわかる。

路や排水路を通った雨水の場合は中性に近くなるが（表 1）、屋根から流れた雨水は pH が 4〜5 の酸性であり（表 2）大きく差がある。雨水を注水するためには pH を上げる必要があるといえる。

1/825201520
101050012/ 12/ 1/1 1/8 1/1 1/2 1/2 2/518 25
5294030

水深（m）

25201510501/15 1/22 1/29 2/5

電気伝導率（mS/m）

7.4
7.2
76.86.66.412/1 12/2 1/1
85

電気伝導率
水深
水深（m）

pHpH
水深

時間（Day）

時間（Day）

図 3 地下水水深と pH の関係

図 5 地下水水深と電気伝導率の関係

図 4 より溶存酸素はセンサーモジュールを地下水

図 6 の地下水の濁度については、通常は 0NTU をに入れてからすぐのときには反応があるが、それ以取っているが、たまに 5NTU 程度まで上昇すること

外は 0mg/L の状態が続いていることから、地下水にもある。表 1 より雨水の濁度は道路や排水路を流れはほとんど溶存酸素がないことがわかる。雨水は（表た雨水では高い値を示していて、50NTU を超えてい1、2）、地下水に対して溶存酸素が高いため、雨水をることもある。表 2 より屋根を流れてきた雨水の濁注水した場合には、土中に存在している微生物への度の値は、道路や排水路を流れた雨水よりも低い値影響を考慮する必要がある。

をとっているが、環境水質基準や水道水質基準で定められている濁度の値よりも高い値をとっている。
250.4200.3150.2100.15012/1 12/2 1/185

このあたりは地下水を飲用として利用していないた
め、ある程度の濁度は許容できるかもしれないが、ストレーナーの目詰まりや浮遊物の沈殿により井戸が埋まってくるのには注意が必要であろう。

01/8 1/15 1/22 1/29 2/5濁度
水深

図 4 地下水水深と溶存酸素の関係
図 5 より地下水の電気伝導率は 30〜35mS/m を取っており、一方雨水の電気伝導率は 0〜5mS/m ほどしかない（表 1、2）。電気伝導率は水中に電解質のイ

濁度（NTU）

時間（Day）

654321012/1 12/2852520151051/11/81/15 1/22 1/29

水深（m）

0.5

水深（m）

溶存酸素（mg/L）

溶存酸素
水深

02/5

時間（Day）

オン量が多いほど電流が多く流れて電導度が高くなることから、この地下水内には多くの電解質イオン

図 6 地下水水深と濁度の関係が含まれていると考えられる。地下水の電気伝導率

図 7 の地下水の水温は、14.5℃でほぼ一定値を取も pH と同じく水深とともに変動している点は興味っていることがわかる。また，地下水中の塩分につ深い。

いては感知できなかった。

5. 結論

14.55
14.5
14.45
14.4
14.35
14.3
14.25
12/1 12/2 1/1
851)

25
20
15
105

地下水位は積雪に大きく関わる。積雪が多くなると消雪パイプの使用により地下水位が下が

水深（m）

水温（℃）

水温
水深り、消雪パイプを使用しなければ地下水位はゆっくり回復する。

01/8 1/15 1/22 1/29 2/5

地下水の pH は雨水より高く、水道水とほとん

2)

ど同じである。電気伝導率は雨水よりも高く、時間（Day）電解質イオンが多く含まれている。

3)

図 7 地下水水深と水温の関係

道路や排水路を通った雨水は濁度が高くなる

図 2 の pH と図 4 の電気電導率は水深と連動してため直接の注水は難しい。また、屋根を通った変化しているように見える。そこで、これらの値が

雨水は濁度が道路や排水路を通ったものより水圧と関係があるか調べるため、観測井戸の深さ方も低いが、pH の値が低く酸性である。

向の変化を計測した。図 7 に水深と pH の関係を示

4)

地下水に対して雨水は溶存酸素が高いため、雨す。この時の地下水位は地表面から 16.8m の位置で水を注水するときは地下水内の微生物への影あった。地下水位の浅いところでは（地下水位面か響を考慮する必要がある。

ら 2m 程度）pH は 7.2 と高い値を取り、地下水位面

今後は、観測井戸の水質計測を、年間を通して行から 8m 程度まで徐々に値が小さくなっている。そい、季節ごとの変化を把握する。さらに、雨水と地れ以深は pH の値は 6.85 程度でほぼ一定となる。水下水を混合した水の水質についても調べていき、雨圧で考えると、水圧が大きくなるほど pH は小さく水注入の地下水への影響を定量化していく予定であなることになる。一方、図 2 の pH が水深と連動しる。ているということは、水圧が大きくなると pH も大参考文献きくなることになり、図 7 の傾向と逆になる。つま1) 丸山達也：消雪井戸を利用した雨水の地下水涵

り、pH が水圧によって変動しているとは言えず、地養に関する基礎的検討，長岡技術科学大学建設

下水の流れ等によって変動している可能性が高い。

工学課程卒業論文，2009．

また、水深が 2〜14m で、電気伝導率は 30.9mS/m〜31.7mS/m 、溶存酸素は 0.03mg/L〜0.24mg/L 、水温は 14.5℃〜14.6℃の変化であり、水深方向の変化は小さいことがわかる。

謝辞
観測井戸へのセンサー設置においては、見附市と今町中学校の協力によって実現している。また、水質計測においては、見附市、（社）雨水貯留浸透技術

水深（m）

pH協会、（有）アートンシビルテクノのご協力とご助言

161412108
6420で実施することができている。ここに謝意を表する。

6.8

6.9

77.1

7.2

pH

図7

pH の深さ方向の変化

7.3