消雪井戸への雨水注入による地下水位・水質の変動
地盤工学研究室

松本 陽介

指導教員

豊田 浩史



1．はじめに
W6

迅速かつ経済的な雨水流出量の低減策として，さE

W

Flow Direction

Snow Melting Well

S

らに地下水涵養や地盤沈下の防止にも繋がる手法とW4

して，「消雪井戸を利用した雨水の地下水涵養」をW5提案する．本手法を実用化するためには，消雪井戸

Injection Well

W2

W3

Observation Wells

を用いた雨水の直接注入に伴う地下水への影響を検Win
Rain Gauge

証するとともに，雨水流出量の低減効果を定量的にGymnasium
100m示す必要性がある．そこで，本研究では本手法の実Fig.1

用化が望まれている新潟県見附市今町地区において，雨水の水質や地下水の水位・水質を調査し，原位置試験により，該当地区の雨水を消雪井戸より直接地

W1

W1

GL

Flow Direction
Cross Section

Win

W2 W3

First
Aquifer-40m

SecondAquifer-60m

2．注水試験の概要-80m

注水試験は，今町地区にある中学校体育館の屋根

W6

-20m

でも，浸水被害が多発している地域に本手法を適用した際の，雨水流出量の低減効果を検討した．

W4 W5

Clay

下帯水層へと涵養することによって生じる地下水位や水質への影響を検討した．さらに，今町地区の中

Sectional View

注水井戸と観測井戸の位置関係

Strainer
Rainwater
Water Quality Meter
Hydraulic Gauge
Sampling Point

Fig.2

Third
Aquifer

注水井戸・観測井戸周辺の地質断面図に降った雨水を集水し，導水管を通じて体育館から各井戸のストレーナー位置，計測器設置位置，地下

約 40m 離れた消雪井戸（以下，注水井戸もしくは水採水箇所等を併記した．今町地区の帯水層は 3 つ

Win と記載）に注入する方法で行った．雨水注入のに大別される．そのうち，第Ⅱ帯水層を本研究の対影響は，Win および Win 周辺に設置されている井戸象とした．今町地区の第Ⅱ帯水層は，層厚約 35m の（観測井戸もしくは W1～W6 と記載）の水位・水質

砂礫層で，層厚約 5m の粘土層が中間部に挟在し，計測，水質試験より検証した．Fig.1 に，注水井戸お上部層と下部層に分かれている．なお，注水井戸とよび観測井戸の位置を示す．同図には，今町地区の観測井戸の帯水層が連続していることは，揚水試験

井戸 20 箇所で行ったレベル測量と地下水位計測結で確認した．

果より推定した地下水流動方向を併記した．なお，

雨水注入時の水位計測には，Win および W1～W6

事前調査より，注水試験対象地域の地下水と雨水は，に設置した水圧式水位計を用いた．水質計測には

地下水環境基準を満たしていることを確認した．

Win，W3，W5，W6 のストレーナー位置に設置した

本実験は，実験設備の準備と，消雪井戸利用の都水質計を用いた．Win，W5 に設置した水質計では，合上，試験期間が 9 月はじめから 11 月半ばの 2 ヶ月

pH，溶存酸素（以下，DO と記載），電気伝導率（以半に限られた．そのため，30mm/d 程度の降雨が予下，EC と記載），濁度，水温を，W3，W6 に設置

想される場合には雨水の注入を行い，帯水層に雨水した水質計では EC と水温を計測できる．また，水を注入する機会を多くした．また，水質試験のため

質計を利用して井戸深度方向の水質計測も行った．

の地下水採水は，できる限り注入の前後に行った．

水質試験用の地下水の採水は，Win のストレーナー

Fig.2 に注水井戸および観測井戸周辺の地質断面

位置とストレーナーよりも上部，W3，W5，W6 の図を示す（Fig.1 には断面位置を提示）．同図には，ストレーナー位置で行った．

Rain

Sampling（a）簡易採水装置（b）屋根排水Fig.3（c）道路排水

雨水の採水方法
2.2kg もの浮遊物質が混入することになる．すべてが3．雨水の水質調査結果
Fig.3 に水質調査を行った雨水の採水方法を示す．

沈降堆積するわけではないが，長期間の注入におい（a）簡易採水装置を用いた雨水の採水方法では，降て浮遊物質混入の影響を検討しておく必要がある．

雨時に採水装置を設置し，降雨を容器で直接受ける

4．注水井戸の水位変動と注水量の関係ため，本研究で行った雨水の採水方法の中では最もFig.4 に注水井戸の地下水位変動と注水量の経時降雨に近い雨水を採水することができる．（b）屋根変化を示す．同図（b）には，降雨イベント毎の注水

排水は，図に示した 1×2m のアクリル性屋根に降っ量の総量を示した．注水井戸の地下水位は，雨水のた雨を，樋や塩ビパイプ等で小屋内に設置したポリ注入により急上昇するが，注入終了後は速やかに注容器に採水する方法と，今町中学校体育館の屋根に入前の水位まで戻ることより，帯水層には十分な貯

降った雨が消雪井戸に至るまでの導水管に設けた採留浸透能力が備わっていることがわかる．9/14 や水孔より，サイフォン式ポンプで導水管を流れる雨

9/17 の注入では，水位上昇が標高約 14m で頭打ちと水を汲み上げポリ容器に移す方法で採水した．
（c）

なった．これは，井戸管頭（標高約 13.5m）から注

道路排水は道路側溝を流れる水をポリ容器で採水し入水が溢れたためである．

た．これら，採水した雨水で水質試験を実施した．

Fig.5 に，注入による注水井戸の水位上昇量と注水

水質試験の結果より，簡易採水装置で採水した雨水量の関係を示す．同図には，W2 と W6 の井戸掘削に比べ屋根排水・道路排水は，窒素，塩化物イオン，時に行った揚水試験より得られた透水係数 3）から，

全有機体炭素（以下，TOC と記載）
，EC が増加して定常法 4）により求めた水位上昇量と注水量の関係いた．特に，小屋で採取した雨水の TOC は，降雨の（以下，理論直線と記載）を併記した．W2 は第Ⅱ

前に小屋を蒸留水で洗浄していたにも関わらず体育

帯水層の中でも上部層に，W6 は下部層にストレー

館屋根からの排水と変わらないほど増加していた．

ナーが設けられている井戸である．実験では，水圧

また，道路排水では塩化物イオンや電気伝導率が雨計により 10 分間隔で地下水位を計測した．なお，

水の 10 倍以上に増加する場合もあり，道路排水は屋Fig.5 には，10 分間で生じた水位変動が 1m 未満の計

根排水以上に様々な物質を含む可能性が示された．

測結果のみを図示した．これは，できるだけ定常的

これらの結果は，簡易計測のみ実施された長岡技術

な注入のみを抜き出す目的であり，実際，水位変動

1)

科学大学敷地内での計測結果と同様の傾向である ． 1m 以上のものは理論直線から大きく逸脱していた．
今回計測した範囲では，いずれの方法でも，地下水

しかしながら，注水量の小さいところでは，依然とに含まれる物質の含有量を大きく超過する項目はな

してばらつきが大きいため，2 本の理論直線に囲まかったため，屋根排水を用いた注水試験を実施した．

れているプロット点のみを抜粋して近似直線を求め

ただし，注水量が多くなると，浮遊物質が注水井戸た（図中，青色実線）．近似直線から推定される注に堆積する可能性が考えられる

2）．例えば，体育館

から採水した屋根排水には 22mg/ℓの浮遊物質が含3まれており，1 日あたり 100m （注水試験期間中の最大注水量は 102m3/d）の注入で，注水井戸内には

水量 Q と水位上昇量 s の関係は下記の式で表される．

Q=

s8.3558（1）

5Over Flow
Pipe HeadOver Flow4（a）地下水位変動①9/14：103m3 ④10/9-10 ：18m3 ⑦10/31-11/2：70m3②9/16-17：53m3 ⑤10/15-16：12m3

①

2

②

1

③9/19-22：72m3③

2

Actual Value
Regression Line (k=9.19E-05m/s)
Theoretical Value (k=5.63E-05m/s)
Theoretical Value (k=1.23E-04m/s)

1
⑤

④

9/17

3

⑥10/24-27：75m3⑦（b）注水量⑥09/10

Water Level Change (m)GroundWater Elevation (m)3Injection Water Volume (m /min)

15
14
13
12
11
10
9

9/24

10/1

10/8

10/15

10/22

10/29

11/5

11/12

0
0.0

0.5

注水井戸の水位変動と注水量の経時変化

また，単孔を利用して透水係数を算出する方法の 1
4)

1.5

2.0

2.5

3

Time (day)

Fig.4

1.0

Injection Water Volume (m /min)

Fig.5

地下水位上昇量と注水量の関係

距離の一次式で表せるとしている．これらより，消と式（1）より，注水井戸周辺地

雪井戸へ注入可能な流量は，本手法を適用する地域

盤の透水係数を算出した．計算方法を下記に示す．

の井戸管頭から井戸内地下水面までの距離を考慮しつである定常法

k=

=

1.15Q

πS L

て決定する必要がある．

log(4 L / d )（2）

5．注水井戸周辺地盤の透水係数の算定
注水井戸周辺地盤の透水係数を，平衡法 7）により

1.15 × (0.120 ) / 60
log(4 × 22 / 0.15)
π × 1× 22

求めた．平衡法は，平衡状態での注水量および水位
上昇計測結果から透水係数を求める方法である．しかしながら，注水装置の構造上，平衡状態を維持し= 9.19 × 10 −5 (m / s )た注入を行うことは不可能であったため，本研究でここで，注水量 Q は，式（1）より求めた 1m の水
3は注入時間が長く，かつ注水量の多い 9/22 5:50～

位上昇量に対応する注水量（m /min），S は注水井戸

7:30（この直後，観測井戸の水位でピークが見られの水位上昇量（m），L は注水井戸のストレーナー長たため）の注入による各井戸の水位上昇量から透水（m），d は注水井戸の直径（m）である．

係数を算出した．この時間には，総量 41.7m3 の注入

注水試験実施期間における注水井戸の管頭から自があり，透水係数の算出には 5:50～7:30 における注然水位までの距離は，おおよそ 4m であった．つま

水量の平均値（0.417m3/min），注水井戸の水位上昇

り，式（1）に従えば，注水試験期間中は 0.48m3/min

量の平均値（2.842m），観測井戸の水位上昇量の最程度の連続注入で井戸から注入水が溢れる計算にな

大値（平衡に至るまで長時間注入すると，さらに水る．一方，丸山

5）が行った見附市役所近辺の消雪井戸を利用した注水試験では，井戸径 150mm と井戸位が上昇する可能性があるため，ここでは最大値を取った）を用いた（Table.1 参照）．

径 250mm の消雪井戸に対して 60 分間一定量で水道Fig.6 に各井戸の水位上昇量を，Table.1 に平衡法

水の注入を行った結果，井戸から溢れない注水量はにより求めた透水係数を示す．なお，Fig.6 には求め3

井戸径 150mm の井戸で 0.665m /min，井戸径 250mm
3た透水係数を用いて逆算した各井戸の水位上昇量をの井戸では 0.770m /min と，本実験結果の 1.4～1.6

併記した．また，Table.1 に示した注水井戸から各観倍の注入が可能であることが報告されている．これ

測井戸までの距離 r は，Google Earth を利用して計測は，実験を行った井戸の地下水面はおおむね GL-7m

した各井戸の緯度経度から算出したものである．

であり，今回の地下水面位置（約 GL-4m）との差に一例として，注水井戸と観測井戸 W1 の水位上昇あると思われる．なお，市役所近辺の帯水層の透水量より，平衡法を利用して透水係数を算出した計算-4-5

係数は 10 ～10 m/s の範囲にあり，今町地区第Ⅱ帯
水層の透水係数（10-4～10-5m/s）とそれほど差異はないようである．また，安彦 6）は，井戸へ注入可能な流量を，実用式として，地表から自然水位までの過程を示しておく．

2.0
Actual Value
Calculated Value (k=1.41E-04m/s)

Table.1 平衡法より求めた透水係数

Water Level Change (m)

1.5

観測井戸
注水井戸からの距離 r

1.0
0.5
0.0

m

0

50

100

150

200

250

300

350

Distance from Injection Well (m)W3

透水係数の平均値k

116

m/s

0.052

0.053

s2

m

0.143

透水係数

k

m/s

1.37E-04 1.32E-04 1.32E-04

透水量係数

T

1.41E-04

2

m /min 1.81E-01 1.74E-01 1.75E-01

注水井戸からの距離 r

-1.0

W2
113

水位上昇量

観測井戸

-0.5

W1
121

m

W4

W5

W6

透水量係数の平均値T

175

216

336

m /min

0.081

0.088

水位上昇量

s2

m

0.148

透水係数

k

m/s

1.44E-04 1.45E-04 1.53E-04

透水量係数

T

2

1.86E-01

2

m /min 1.91E-01 1.91E-01 2.02E-01

注水井戸と観測井戸の水位上昇量

Fig.6
0

10/25

10/28

Turbidity (NTU)

9/2

10

30

3

Injection Water Volume (m /min)

Depth (GL-m)

20

40
50
60

6

7

8

pH

0 5 10 15
DO(mg/l)

Fig.7

0200 400

0EC( μ S/cm)

20 40

10

Turbidity(NTU)

Temperature
( ℃ )

15

20

注水井戸深度方向水質計測結果

r2.3Q log 2
1
r1
k=
60 D 2π (s1 − s2 )

（a）濁度

300
200
100
0

（b）注水量

0.4
0.3
0.2
0.1
9/26

10/3

10/10

10/17

10/24

10/31

11/7

11/14

Time (day)Fig.8

注水井戸の濁度の変化

ごと引き上げる方法で行った．計測結果を Fig.7 に
（3）

121
1
0.075
=
×
60 × 22 2 × π × (2.842 − 0.143)
2.3 × 0.417 × log= 1.37 × 10 −4 (m / s )ここで，Q は観測された注水井戸へ平均的な注水
3

示す．9/2 の計測結果は，注水試験を開始する前のもの，10/25 の計測結果は雨水を注入している最中，
10/28 の計測結果は雨水注入終了から 2 日後である．
注水試験開始前の地下水の DO は，全深度においてほぼ 0mg/ℓ であり，pH，EC，濁度はストレーナー
位置を境に変化しているようである．10/25 の計測結果から，雨水注入により井戸内の地下水は，雨水に置き換わる様子がわかる．事前に行った注入雨水量（m /min），r1 は注水井戸の半径（m），r2 は注水井の水質調査で，pH は 7 程度，EC は 20µS/cm 以下，戸から観測井戸 W1 までの距離（m），D は注水井戸

濁度は 10NTU 以下，DO は飽和溶存酸素に近い値をのストレーナー長（m），s1 は注水井戸の水位上昇量示したことから，上記のように判断した．また，注（m），s2 は観測井戸 W1 の水位上昇量（m）である．

入時の雨水の水温は約 18℃であったことから，注入

本 研 究 で は Table.1 に 示 し た 透 水 係 数 の 平 均 値

後の井戸内の水温は注入する雨水の水温とほぼ同じ-4

k=1.41×10 m/s を注水井戸周辺地盤の透水係数としになることがわかる．10/28 の計測では，pH，DO，た．これは，Fig.5 中に書いてある単孔を利用した透EC，水温が，ストレーナー位置で雨水注入前の水質

水係数（9.19×10-5m/s）より，少し大きいものとなっに次第に戻っていく様子が示されている．ただし，た．

濁度はストレーナー位置で注入前および注入中より

6．注水井戸の深度方向水質計測結果

高い，最大 15NTU が計測された．濁度の上昇につ雨水注入に伴う注水井戸の pH，DO，EC，濁度，水温の変化を深さ方向に計測した．計測は，予め井戸内に設置しておいた水質計を，2 分間隔で約 2m

いては事項で考察する．

12

12
11

8
7
6
5
4
3

6
5
4
3

3/
8
7/
20

9/
1
10
/2
4
10
/2
5
10
/2
6
10
/2
7
10
/2
8
10
/3
0
11
/2
11
/4
11
/8
11
/1
4

0
8/
29

1

0
8/
9
8/
12

Win GL-35m
W2 GL-30m
W5 GL-35m
W6 GL-54m

7

2

8/
8

Win GL-10m
Win GL-48m
W3 GL-38m
W5 GL-48m

8

1Time (day)

Fig.9

注水後

9

2

3/
8
7/
20

注水前

10
Total Organic Carbon (mg/l)

Nitrogen Content (mg/l)

9

Win GL-35m
W2 GL-30m
W5 GL-35m
W6 GL-54m

9/
1
10
/2
4
10
/2
5
10
/2
6
10
/2
7
10
/2
8
10
/3
0
11
/2
11
/4
11
/8
11
/1
4

10

Win GL-10m
Win GL-48m
W3 GL-38m
W5 GL-48m

8/
12
8/
29

注水後

8/
8

注水前

8/
9

11

Time (day)

雨水注入による地下水の窒素含有量の変化

7．注水井戸 GL-48m 地点の水質モニタリング結果

Fig.10

雨水注入による地下水の TOC の変化

8．雨水注入による地下水質への影響について

Fig.8 に注水井戸 GL-48m 地点で計測した濁度の変Fig.9～10 に，注水試験の前後で採水した地下水の化を示す．同図には，注水量も併記した．計測期間

窒素・TOC の水質試験結果を示す．窒素含有量は，中の濁度は，雨水注入中を除いて，注入前の濁度

全ての井戸で注水試験前の最大値を越える値を示さ（Fig.7 の 9/2）や雨水の濁度よりも常に高い値を示なかった．また，TOC に関しても一部で初期値を上した．第Ⅱ帯水層の地下水は約 30mg/ℓ の鉄分を含回る計測結果が得られたが，一時的なものであり，

んでおり，水道水水質基準値 0.3mg/ℓ を超過してい上昇量も初期値を大幅に超えることはなかった．他

る．そのため，溶存酸素濃度の高い雨水と地下水中の地域 9）では，40mg/ℓを超える TOC が検出されたに溶存している鉄分が反応し，酸化第二鉄が生成さ例もある．このように，窒素含有量と TOC は，試れたことが濁度上昇の原因の 1 つであると考えられ

験期間中において注水井戸・観測井戸ともに注入前る．また，濁度が上昇した時期に採水した注水井戸の値を大幅に超過することはなかった．注水試験期の地下水からは，鉄細菌や酸化鉄フロックが検出さ間中に W6 から採水した地下水の水質を地下水環境れた．これらは注水井戸のストレーナーを詰まらせ基準と比較した結果でも，特に地下水汚染物質の発る原因であるが，揚水を行うことで除去できる可能

生は見られなかった．また，観測井戸で行った水質性が高いことが，既往の文献

8）に述べられている．

図の掲載は割愛したが，計測期間中の pH は 5.9～モニタリング結果では，注水井戸で生じたような濁度の上昇や水温の変化は見られなかった．

7.3 の間で変動し，水道水の水質基準（pH 5.8～8.6）

9．消雪井戸へ注入可能な雨水量の算定方法の提案

を越える変化は見られなかった．DO や EC，水温はFig.11 に W2 で計測した今町地区の年間地下水位

Fig.7 に示したように雨水の注入に伴って一時的に変動を示す．2005 年は計測を行った中で最も地下水変化が生じた．注入により気泡を一緒に取り込むか位が低かった年，2008 年は最も地下水位が高かった

らか，DO は飽和溶存酸素量以上に上昇するが，注年である．図より，注入により地下水位が上昇可能

入が終了して 1 日後にはほぼ 0mg/ℓ まで低下した．

な範囲（井戸管頭から地下水面までの距離）は，年注入により，EC は約 30µS/cm まで低下し注入終了

や季節によって異なることがわかる．Fig.12 には，後に増加した．ただし，計測期間中に初期値まで戻

年間地下水位変動と式（1）より求めた消雪井戸に注ることはなかった．水温は注入により変化した後，入可能な流量を示す．注入可能な流量は，春季と秋

１週間程度で注入前の水温まで戻った．EC や水温季では 2～3 倍程度の差が生じることがわかる．また，の計測結果から，雨水注入により変化した注水井戸

両年では秋季の注入可能な流量は年によって差があの水質は，注入前の状態まで戻るには，帯水層の地まりないが，冬季の地下水位低下量の違いによって下水移動量に応じて，ある程度の時間がかかるよう

春季の注入可能な流量は 2 倍近く異なる．これより，である．

消雪井戸へ注入可能な流量を算定する場合には，本手法を適用する地域の年間地下水位変動を考慮して算定する必要性があるといえる．

16
14

2.0
Overflow

Pile Head

1.4
3

8
6
4
2
0
Snow period

1.2
1.0
0.8
0.6
0.4

2005
2008

-2
-4

2008

1.6

Permissible Range

10
Injection Volume (m/min)

Ground Water Elevation (m)

12

2005

1.8

0.2

Snow period

0.0
Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

Jan

Feb

Mar

Apr May Jun

Time (Month)Fig.11Q =Jul

Aug Sep

Oct

Nov

Time (Month)

今町地区の年間地下水位変動s
8 . 3558
s 2 = s1 −Q

注入可能な雨水の流量

Fig.12Q =2 .3 Q
r
log 2
2π T
r1

Q

単孔井戸への注水に比べ，井戸 1 本当たりの注水量 Q が低下する．

Q =s
8 . 3558

Qs
8 . 3558ssss 2 = s1 −s2

2 .3 Q
r
log 2
2π T
r1

s2

（a）単孔井戸への注水（b）複数井戸への注水
r2

Fig.13

複数の井戸への雨水同時注入による注水量を算定する簡易手法の概要

100～200m 間隔で設置されている消雪井戸に注入を行った場合には，注水井戸の水位上昇が注水井戸
Wbの影響圏内にある他の井戸の地下水位を上昇させる．

Wc

また，この水位上昇には，重ね合わせ（群井の理論）
Waが成立する 10）．本研究では，式（1）と式（4）を用

Distance
Wa⇔Wb:116m
Wa⇔Wc:106m
Wb⇔Wc:136m

いて逐次計算（収束計算）を行うことにより，注水
井戸の影響圏内にある全ての井戸に対して注水井戸

Model Areaの水位上昇の影響 s2 を考慮して，注入により水位上

Snow Melting Well
Gymnasium

昇が可能な範囲 s を決定し，流量 Q を簡易的に算定する方法を提案する（Fig.13）．

2.3Q
rs2 = s1 −
log 2
2πT
r1

Fig.14

モデル地域

ないため，実際に注入可能な流量は更に低下する可（4）

ここで，s1 は注水井戸の水位上昇量（m），s2 は任意地点の水位上昇量（m），Q は注水井戸の注水量（m3/min），T は注水井戸周辺地盤の透水量係数（m2/min），r1 は注水井戸の半径（m），r2 は注水井戸
から任意地点までの距離（m）である．簡易手法では，複数井戸に同時注入を行った場合における，s2の発生に伴う s の低下，注水量 Q の低下が表現できる．ただし，簡易算定法は，単孔への注水理論に基づいており，井戸間の動水勾配の変化を考慮してい能性がある．
10．消雪井戸への雨水注入による流出量低減効果
今町地区の中で，特に浸水被害が多発している地域をモデル地域（Fig.14）として取り上げ，本手法導入による雨水流出量の低減効果を検討した．ここでいう低減効果は，今町地区における計画降雨強度のハイドログラフより得られた雨水流出量から現状流下能力を差し引いた流出量（超過流出量）と，モ
デル地域近辺にある消雪井戸 3 本を利用した注水量の比で表すことにする．

雨水流出量は，見附市の雨水量算出水準 11)12)に基Fig.15 に示す方法で作成し，得られた降雨強度 I をづいて計算した．モデル地域に選定した今町地区のもとに，式（5）よりハイドログラフを作成した．

雨水流出量は，式（5）に示す合理式より求めること

次に，現状流下能力の計算方法を説明する．モデル地域では，過去の浸水状況より 10mm/h 程度の降

ができる．
（5）

雨により道路冠水が発生していたことから，下記の

ここで，Q は雨水流出量（m /s），C は流出係数，A方法で現状流下能力を算出した．なお，現状流下能は排水面積（ha），I は降雨強度（mm/h）である．こ

力の算定は，見附市役所が提示した算定条件 11）とのうち，流出係数 C は，文献 12)に記された今町排水同様の条件で計算した．算定条件は，対象面積 A：

区の流出係数を引用し，0.5 とした．また，排水面積1.65ha，流出係数 C：0.5，流達時間 t：10min である．

A はモデル地域の面積 1.65ha，降雨強度 I は，式（6）

浸水発生降雨（10mm/h）の降雨強度式を下記の方

Q = 1 / 360 × C ⋅ I ⋅ A
3に示す今町地区の計画降雨強度である．合理式にお法で算出した．

ける計画降雨強度は，5 年確立降雨（33.4mm/h）を

降雨強度式はI = a / (t + 19)

対象としてタルボット型の降雨強度公式により求めたもので，下記の式で示される．

（7）で表される．式（7）より，I=10mm/h，t=60min を代

I = (2639 / (t + 19 ))

（6）

入して，

10 = a / (60 + 19)

本研究では，式（6）をもとにモデル地域のハイエ（8）

トグラフ・ハイドログラフを作成した．雨水流出量となり，a=790 が求まった．したがって，浸水発生の低減効果を検討するために用いるハイエトグラフ

降雨（10mm/h）の降雨強度式は式（9）と仮定できは，計画確率年の降雨強度曲線によって作成した中る．

I = 790 / (t + 19)

央集中型ハイエトグラフで，その降雨継続時間は 24
時間を標準としたものである

13)．ハイエトグラフは式（5），（9）より，現状流下能力を算出した．
（b）中央集中形ハイエトグラフ
Rainfall Intensity i (mm/h)

I = (2639 / (t + 19 ))

b
c
d

a

2b-a
3c-2b
4d-3c

t

t

Duration

Duration
2t

2t

Time (min)Time (min)
3t

3t

4t

4t

Fig.150.30

0.10

下水道で処理しきれない雨水量
108.4m3

現状流下能力 0.062m3/s

Ground Water Elevation (m)3Water Filling Amount

Outflow

0.20
0.15

0.05

Rainfall (mm/10min)

0.00
Rainfall15 （b）ハイエトグラフ
10
5
0
600

650

700

20

20

ピーク流量
0.209m3/s

0.25 （a）ハイドログラフ
Outflow (m/s)

中央集中型ハイエトグラフの作成方法

750

800

850

18

Single：1.215m /min Wa：0.802m /min

16

Wb：0.828m /min Wc：0.820m3/min

314

ハイドロ・ハイエトグラフ

Wa

Wb

Wc

18
16
14

12

12

10

10

8

8

6

6

4

4

2

2

0
-150

Time (min)Fig.16

Superpose (Ground Water Elevation)
Wa Water Level Change
Wb Water Level Change
Wc Water Level Change

3

3

-100

-50

0

50

100

Distance from Injection Well(Wa) (m)Fig.17

注水量と井戸周辺の地下水位分布

0150

Water Level Change (m)Rainfall Intensity I (mm/h)（a）降雨強度曲線a（9）

Table.2 雨水流出量の低減効果
流下能力を超過する時間

t

2005

平均的な
流下能力を 消雪井戸3本の注入容量
雨水流出量低減効果
超過する流出量
Ec=C/QQ
Wa+Wb+Wc 27分間
m3

m3/s

m3

%

Jan

0.047

76

70.6

min

流下能力を
超過する時間
2008

t

平均的な
流下能力を 消雪井戸3本の注入容量
雨水流出量低減効果
超過する流出量
Ec=C/QQ
Wa+Wb+Wc 27分間
m3/s

m3

%

Jan

0.044

72

66.1

min

m3

Feb

0.064

104

95.6

Feb

0.055

89

82.1

Mar

0.060

97

89.6

Mar

0.041

67

61.5

Apr

0.041

66

61.0

Apr

0.025

41

37.4

May

0.032

52

47.6

May

0.021

34

31.2

27

Jun

108.4

27

108.4

0.025

41

37.8

Jun

0.018

29

26.9

Jul

0.021

34

31.0

Jul

0.016

26

24.1

Aug

0.018

29

26.7

Aug

0.015

24

21.9

Sep

0.016

27

24.5

Sep

0.013

22

20.0

Oct

0.015

25

22.9

Oct

0.013

20

18.9

Nov

0.014

23

20.8

Nov

0.012

20

18.2

Q = (1 / 360) × C × I × A（10）= (1 / 360) × 0.5 × (790 / (10 + 19)) × 1.65

備考

降雪期

地下水位
回復時期

を対象として計算した，今町地区の計画降雨強度と同程度の降雨に対して消雪井戸 3 本を利用して雨水を注入した場合の雨水流出量低減効果は，現状の雨= 0.0623以上の計算より，現状流下能力を 0.062m /s とした．

水処理施設では処理しきれない雨水流出量に対して，

Fig.16 にモデル地域のハイドロ・ハイエトグラフ

春季で 6 割程度，秋季で 2 割程度であることがわかを示す．同図には，モデル地域の現状流下能力を併った．

記した．ハイドログラフより，ピーク時には

11．結論

3

0.209m /s の雨水流出量が発生し，約 27 分の間，現1．今町地区で採取した降雨および地下水は，地下状流下能力を超過した雨水が発生することがわかる．

水環境基準を満たしており，汚染物質が基準値

また，約 27 分間で下水管からあふれた雨水量は以上に含まれていない．

3

108.4m になる．
消雪井戸へ注入可能な雨水量は，今町地区の地下水位を 2005～2009 年にかけて計測した中で，冬季を2．非定常な雨水注水試験の結果から，注入による注水井戸の水位上昇量と注水量の関係を推定した（単孔法）．

除き地下水位が最も低かった 2005 年と，地下水位が3．雨水注水試験の結果から，注水井戸周辺地盤の最も高かった 2008 年の地下水位を用いて，複数井戸

透水係数を算定した．得られた透水係数はでの同時注入を考慮した簡易推定法により決定した．

k=1.41×10-4m/s である（揚水試験法）．

なお，本検討で使用する消雪井戸の雨水処理能力は

4．雨水採取に関して，屋根や道路を経由すること

注水井戸 Win と同等であると仮定した．Fig.17 に，で，採取した雨水に含まれる物質量が増えてい一例として 2005 年 4 月の地下水位をもとに簡易推定

くことを確認した．

法により計算した注水量と，式（4）より計算した注5．注水井戸では，屋根で集水した雨水の注入から入に伴う井戸周辺の地下水位分布を示した．同図に

1～2 日後に鉄細菌や酸化鉄が発生し，濁度と浮は，単孔井戸に注入を行った場合の注入可能な流量

遊物質量が上昇することがわかった．しかしなと，3 本の消雪井戸への同時注入に伴う各井戸の地

がら，鉄細菌や酸化鉄の発生に伴うストレーナ

下水位上昇量（重ね合わせる前）を併記した．図よーの目詰まりは，揚水を行う事で除去できる可り，3 本の井戸に同時注入を行った場合の各井戸の能性が高いことが文献に述べられている．

注水量は，単孔井戸への注水量に比べて低下するこ

6．注水井戸で目詰まり物質が発生したこと以外は，とがわかる．Table.2 に，現状の排水能力を超過した

雨水の注入に伴う地下水質の悪化は見られなか

27 分間における平均的な雨水流出量の低減効果をった．

示す．今町地区で最も浸水被害の多い地域（1.65ha）

7．雨水注水試験結果を用いて，消雪井戸に注入可能な水量について，地下水位が低い春季から地pp639-646，1997．

下水位が高い秋季にわけて試算を行った．

7）土質調査法改訂編集委員会編，地盤調査法，社団

8．複数の消雪井戸に同時注入を行う場合，それぞ

法人地盤工学会，pp.296-304，1995．

れの井戸の水位上昇は他の井戸の水位に影響を

8）アメリカ土木学会編，肥田登，水谷宣明，荒井正与える．この影響を組み込んだ注水量の簡易推

訳：地下水人工涵養の標準ガイドライン，築地書館，定法を提案した．

pp.54-55，2005．

9．今町地区で最も浸水被害の多い地域（1.65ha）

9）井岡聖一郎，酒井利彰，石島洋二，五十嵐敏文：を対象として雨水流出量の低減効果を試算した．

北海道幌延地域における地下水中の有機態炭素濃

今町地区の計画降雨強度と同程度の降雨に対し度の分布特性，2008 年度日本水文科学会学術大会て消雪井戸 3 本を利用して雨水を注入した場合

発表要旨集，Vol,23，pp.63-64，2008．

の雨水流出量低減効果は，現状の雨水処理施設

10）松尾新一郎，河野伊一郎：地下水位低下工法，

では処理しきれない雨水流出量に対して春季で

鹿島出版会，pp.63-90，1970．

6 割程度，
秋季で 2 割程度あることがわかった．

11）見附市：消雪井戸への雨水の注入による流出量

雨水注入で最も懸念される事項は注入から 1～2の低減効果の検討，2010．

日後に，井戸内で鉄細菌や酸化鉄フロックなどの目

12）見附市：見附市公共下水道事業計画変更認可申詰まり物質の発生である．目詰まり物質は揚水によ

請書，pp.68-74，2008．

り除去できる可能性が高い．どの程度での頻度で注13）社団法人 日本下水道協会編：下水道雨水調整池

入と揚水を繰り返す必要があるのか検証することが技術基準（案）-解説と計算例-，1984．

課題となる．さらに，好気性・嫌気性細菌の混在による土壌や地下水環境への影響が未知数であるだけに，今後の細心のモニタリングが不可欠である．現時点で得られた知見では，本手法は，雨水採取方法に問題がなければ，地下水汚染が生じる可能性が低
く，内水氾濫を防ぐ効果が期待できるといえる．
謝辞
本研究を行うにあたり，見附市役所と（株）アートンシビルテクノより，様々なデータを提供して頂きました．ここに謝意を表します．
＜参考文献＞
1）柿沼宏和：消雪井戸利用のための水位・水質の年間変化計測，長岡技術科学大学学士論文，2010．
2）建設省土木研究所：注水井による地下水の人工涵
養，土研資料，第 1498 号，pp.21-48，1979．
3）通商産業省関東通商産業局：新潟県見附市地域地
下水利用適正化調査，pp.11-13，1991．
4）土質調査法改訂編集委員会編，地盤調査法，社団法人地盤工学会，pp.388-393，1995．
5）丸山達也：消雪井戸を利用した雨水の地下水涵養
に関する基礎的検討，長岡技術科学大学学士論文，
pp.45-52，2009．
6）安彦：帯水層の熱エネルギー貯蔵，土の環境圏，