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
地盤工学研究室丸山達也

指導教員 豊田浩史
1. はじめにともあり、見附市は消雪パイプの普及が進んでい

近年、限られた地域に対して短時間に多量の雨る。消雪パイプで使用される消雪用井戸も多く有を降らせる集中豪雨が多発している。集中豪雨はしており、地盤沈下の発生などの問題を抱えてい気象学的には明確な定義はないが、直径 10km かる。見附市に設置してある消雪井戸などの概要は

ら数 10km の範囲に時間雨量 50 ㎜を超える場合が表-1 のとおりである。市道と県道であわせて 388目安となる。集中豪雨による豪雨災害は国内で本もの井戸を見附市は有しており、単純に 1km2

2003 年から現在までの 6 年間では毎年発生し、そあたりに 5 本もの消雪井戸が存在ることになる。の数は 8 回にも上る。

個人で有するものも含めるとその数は 1,000 本を県内での集中豪雨では、平成 16 年 7 月に発生し越える。それゆえに、降雪が観測されると多量のた 7・13 水害（新潟・福島豪雨）が記憶に新しい。

地下水が汲み上げられ，地下には涵養されずに下12 日夜から新潟県中越地方や福島県会津で非常水に流されるために、地下水位の低下が引き起こに激しい雨が降り、旧栃尾市（現長岡市）や旧下されている。

田村（現三条市）では総雨量が 400 ㎜を越す記録

見附市における近年（2004 年 4 月 1 日〜2006

的な雨量を観測した。被害にあった見附市では、年 12 月 31 日）の地下水位の変動と降雨量・積雪近年の異常気象による局所的な豪雨の増加や市街量のグラフを図-1 に示す。積雪期には地下水位が化の進展で雨水を河川等へ排除できないため、浸大きく低下し（減少期間），積雪が無くなると急激水被害が頻発している。に地下水位が回復し，その後も次の積雪期までか見附市では、雨水貯留菅の設備を行っているほ

けてゆっくりと地下水位が上昇しており（回復期か、平成 19 年度から新世代下水道支援制度を活用

間）、毎年同程度まで地下水位が回復している。

し、個人が設置する民間雨水貯留槽設置への助成

2006 年から 2007 年にかけては小雪のため地下水を行い、雨水の流出抑制を推進している。また、の揚水量が減少したため、地下水位の低下も少な

見附市は豪雪地帯であることから、道路除雪の有くなっている。回復期間と減少期間とでは地下水効な手法である消雪パイプが普及しており、消雪位差は 20〜30m 近くある。

用井戸が多数存在する。消雪パイプは克雪対策と図-2 に 2004 年から 2007 年における地盤沈下量しては有効であるが、地下水の大量汲み上げによを示す。この 3 年間、地盤沈下量は毎年減少してる地下水低下や地盤沈下などが問題となる。

いる。特に 2007 年の 1 月から 3 月は記録的な小雪以上の状況を考慮した結果、低コストで機動的のために地盤が膨張傾向を示している箇所もある。

な雨水対策であり、且つ地下水涵養や地盤沈下防このことから、地下水位の低下と地盤沈下の低下止などの環境対策にもつながる手法として、雨水には密接な関係があることがわかる。

を消雪井戸へ注入することにより、「消雪井戸を利図-3 に 7.13 水害時の地下水位と降水量の関係用した雨水の地下水涵養」を提案する。のグラフを示す。12 日の午後 10 時ごろから降雨

2. 見附市についてが観測され、13 日の 8 時ごろには最大降雨量であ見 附 市 は新 潟 県の ほ ぼ 中央 に 位置 し 、面 積
2る 44 ㎜/時の降雨が観測された。それから約 18 時

77.96km 、人口約 43,000 人、平成 20 年度一般会

間前後に新町児童公園の地下水位が最大となっ計予算 142 億 3 千万円である。豪雪地帯というこている。新町児童公園での地下水位の上昇量は最も大きく、2m ほど上昇している。16 日と 17 日に3.3予備実験

も 20〜25 ㎜/時の降雨が観測されたが、これから見附市の消雪用井戸の適正揚水量は、1〜1.5は大きな地下水位の変動は見られない。これらよ3m /min 程度であるが、注入量は揚水量に比べて著り、降雨時においても、雨水を井戸に涵養できるしく悪くなるという指摘もあるため、実際の井戸可能性があることがわかる。ここで、集中豪雨時の注入量（透水能力）を現場実験より確認をしてに新町児童公園が他とは異なり、地下水位が 2mおく必要があり、2008 年 9 月 26 日に予備実験を近く上昇した理由として、刈谷田川との距離が近実施した。予備実験では注入水には水道水、注入かったことが考えられる。刈谷田川の水位は最大

井戸には見附市役所敷地内の消雪井戸（以後、で 8.9m 上昇しており、地図上では刈谷田川からwell-4 と称す）を使用した。また、計測には手動

新町児童公園、見附市役所、ふぁみりあ、見附高地下水位検知計を用いた。

校の順で位置しており、地下水位上昇は 2.24m、

また、透水係数の算出には「（社）地盤工学会：

0.89m、0.83m、0.44m となっている。これより距

地盤調査の方法と解説」にある「単孔を利用した離が離れるごとに河川水位の影響が少なくなっ透水試験」の非定常法：直線勾配法 1)を使用した。ていることが見てとれる。

3.4

3. 実験概要
3.1

実験概要

本実験

2008 年 11 月 12 日に消雪用井戸の定常的な注入容量の確認実験を行った。本実験では水位の計測

地下水の涵養とは降水・河川・その他の水源かを注入井戸の他、離れた 3 箇所の井戸でも計測をらの水の下方浸透による地下水の補充のことを指行い、地下水の流れを追った（図-4 参照）。本実す。涵養には人による補助や促進なしに起こる自験では実験を 3 回行い、注入井戸として、1 回目

然涵養と人々が自然涵養のパターンを変化させたは見附市役所近傍の消雪井戸（以後、well-1）でときに生ずる人工涵養の２つがある。自然涵養に揚水ポンプをはずした場合、2 回目は同じく well-1

は森林のダム作用等が挙げられ、人工涵養には水で揚水ポンプをつけた（通常時と同じ）場合、3田を利用して涵養させる水田法や井戸に注入をす

回目は予備実験で使った well-4 での場合である。

る井戸法等が挙げられる。本研究では人工涵養の本実験でも注入水には水道水を使用した。水位の中でも井戸法を用いている。

計測には 1・2 回目は注入井戸である well-1、見附

また、本研究で用いた井戸は井戸径が 15〜25cm

市役所職員駐車場（以後、well-2）、井戸番号 107・と小さく、井戸深さが約 100m と深い井戸を用い昭和町消雪組合（以後、well-3）、well-4 の 4 箇所、ている。ストレーナと呼ばれる切れ込みは深さ

3 回目は well-2、well-3、well-4 の 3 箇所で行った。

37.4〜58.6ｍの間にあり、どの井戸でも 20m 近く

また、well-1・well-4 は自動記録水圧式水位計、入っている。

well-2、well-3 では手動地下水位検知計を用いて計

3.2

実験手順測を行った。

① 注入水である水道水を供給し，水タンクを満たす。

本実験では注入井戸と他の観測井戸でも水位を計測したので単孔を利用した透水試験の非定常法② 各井戸に水位計を設置し、動作確認を行う。

1)③ 水タンクから水中ポンプを用いて注入井戸に

3)

直接注入・地下水位の計測を開始する。
④ 所定の量・時間の水を注入する。

・定常法 2)の他、揚水試験での回復式による方法、定常状態での理論地下水位線より算出する方法の計 4 つの算出方法で算出した。また算出する
際、消雪井戸の帯水層はストレーナの区間とし、⑤ 注入終了後も 30 分程度地下水位の計測を行う。 ストレーナの下部を不透水層と透水層の境界とし、そこから地下水面までの高さを水深とした。
3.5

水質試験

続いており、１回目の結果では、550L/min 程度の注水量で定常状態に至っているようである。しか消雪井戸に水を注入し、どれくらいの容量の水し、単孔への注入であったため、1,2 時間間隔を空を注入できるかという問題とは別に、地下水の水けると地下水位は回復し、再度注入を行うことが質が汚染されないかも問題となってくる。今回使できる。また、どの試験においてもいえることし用する試験方法は直接井戸に水を注入してしまうて、以下のことがあげられる。注入を 1 時間程度ので、下方浸透によるろ過作用が全く期待できず、行うと 100m 以上離れた位置でも地下水位が平衡

水質の悪い注入水を井戸へ注入してしまうと地下状態になりつつあることが言える。各観測井の水水の水質に悪影響を及ぼしかねない。そこで、pH、位を比べると距離に応じて上がる地下水位が異なCOD（化学的酸素要求量）、亜硝酸・硝酸性窒素、り、距離が遠くなるにつれてその影響が小さいこ

塩素イオン、BOD（生物化学的酸素要求量）、濁とが見て取れる。注入停止後すぐに地下水位が低度、色度、SS、VSS、一般細菌、大腸菌という調下していることから、透水性が良い帯水層である査項目を行った。今回は水質調査結果の基準としことが言える。このことより、単孔への注入ではて見附市の上水道の基準を参照した。

あるが，集中豪雨対策にも十分適用可能であるポ4. 試験結果と考察テンシャルが示された。

4.1

予備実験

4.3

水質試験

予備実験は注入流量を 214L/min と一定として、消雪井戸より、汲み上げて採取した地下水につ注入時間を 5 分、10 分、20 分の 3 ケースを行った。

いて水質試験を実施した。試験結果(水道水の検査

注入井戸は well-4 を使用した。図-5 に注入後の地方法である「水質基準に関する法令の規定に基づ下水位と経過時間の関係を示す。注入の回数を重き厚生労働大臣が定める方法」および上水試験方

ねるごとに地下水位は 1〜2cm ほど増え、回復も法（日本水道協会）などを用いて行った)を表-2多少遅くなっている。注入流量が 214L/min 程度でに示す。今回行った実験と見附市の基準の比較をあると注入後初期水位まで回復するのには 15 分

行った項目は、一般細菌・大腸菌・硝酸性窒素おから 30 分要することが確認できた。しかし、総量よび亜硝酸性窒素・ナトリウム・塩化物イオン・

37.49 m もの水を注入しても問題が生じなかった

pH である。見附市の上水道の基準を多少超過することより、214L/min 程度の注入量であれば、総注項目もあったが、水道水の水質に匹敵するくらい入量が増えても、地下水位の回復・平衡水位とのきれいなものであることが確認できた。これより、水位差からも、まだ余裕を持って注入を行えてい地下水を汚さないように、注入水の水質にも十分るということがわかった。

注意する必要がある。

4.2

本実験

4.4

透水係数

本実験では、注入流量を 1000L/min を目標とし

原位置注入試験より求められた透水係数の結果注入をしたが、井戸から水があふれる恐れがあっを表-3 に示す。揚水試験（回復法）を用いた場合、たために調節し、1 回目は平均 655L/min で 60 分、他の手法より大きな透水係数を算出した。透水試

2 回目は平均 381L/min で 29 分、3 回目は平均験の目安 4)より、概ね砂や礫（k＝10-5~10-4 m/s）で770L/min で 60 分注入を行った。図-6 に注入量おはないかと推測できる。

よび地下水位の変化を示す。結果として、ポンプ

5. 注入できる降雨量の評価があることによりその処理能力は半減するといえ今回の実験では地下への注入処理能力を検証しる。また、注入を連続して行うと、水位の上昇がたが、今後はこの注入水を雨水とすることで豪雨

対策として消雪井戸を利用していきたい。そこで、水量を把握する必要もあろう．

雨水を収集するとなると考えられるのが家屋など

6. 結論の建物の屋根に降った雨水を配管を利用して消雪

１）消雪井戸の注入能力は雨水対策に十分に有効井戸へ注入する案である。建物の屋根で雨水を収な能力を持っており、井戸・方向により大き集し、それを 100％消雪井戸へ注入するという仮な透水係数の違いは見られない。

定の下、試算を行う。

２）揚水試験（回復法）を用いた場合、他の手法

今回は収集箇所には見附市役所の本館の屋根をより大きな透水係数を算出した。この手法を用いた。ここで、見附市役所の屋根面積は地図を用いるには、注入井戸にもっと近い位置での用いて敷地面積を測り、その値を屋根面積として地下水位を計測する必要があると思われる計算した。見附市役所の本館の面積はおおよそ（今回は 100m 以上離れていた）。

2

1,550m であった。
計算に用いた注入水処理能力は３）見附市の地下水の水質は見附市基準の上水道予備・本実験ともに平均注入量が一番多かったの水質基準に適応するほど良質であるため、3注入水の水質を考慮する必要がある。

well-4（注入水処理能力：46.2m /hr）を使用し、これを消雪井戸の最大注入水処理能力とし、以下の式で許容降水量を算出した。
最大注入水処理能力(m 3 / hr )屋根面積 ( m 2 )以上の結果より、水質問題・注入方法については検討する必要があるが、消雪井戸を利用した雨

46.2
1550

29.8(mm / hr )水の地下水涵養は水害・地盤沈下対策として有効であるといえる。
7. 今後の課題

ゆえに、30 ㎜/hr 程度以下ならば、見附市役所

１）今後定期的に雨水水質のモニタリングを実施の屋上に降り注いだ雨を、十分に 1 つの井戸で処し、雨水を注入した際に地下水の水質に影響理することが可能であることが言える。

を及ぼさないか検討する。

１つの井戸に水を注入すると周辺の地下水位が２）複数井戸での同時注入試験を実施し、水位の上昇する。地下水位の上昇具合はその注入井戸と挙動を確認し、解析を実施する。の距離が関係しており、近ければ近いほどその影

３）具体的な雨水収集方法・注入方法を検討する。

響は大きく水位が上昇する。実際、消雪井戸に雨謝辞

水の注入を行う場合は１つの井戸だけでなく多数

水質試験においては、長岡技術科学大学環境・の井戸を用いる。しかし、あまりにも距離が近い建設系水圏環境制御工学研究室（山口准教授）のと本来の注入水処理能力が発揮されない。そこで、支援の下、実施することができた。ここに謝意を1 つの井戸に注入を行った場合、地下水位上昇の表する。

影響が及ばない距離（影響半径ｒ）を算定してみ

参考文献

る。well-4 において，水位が地表面まで上昇した

1) 地盤工学会：地盤調査の方法と解説，p.379，と仮定して，定常状態時に水位上昇が well-4 での2004.

5%となる位置を影響半径 r とすると，175.9m であ2) 同上 1)，pp.379-380.

った。注入井戸周辺は仕方ないとしても，あまり

3) 同上 1)，pp.397-399.に地下水位が上昇しすぎないようにするには，こ4) 地盤工学会：土質試験の方法と解説（第一回改の影響半径を考慮して，注入井戸を決定する必要があろう．なお，実際に注入する場合には，地下水位の観測も行い，その地域の地下に貯められる訂版），pp.334-338，2000.

250
200
150
100
50
2007/2/1

2006/12/1

2006/8/1

2006/10/1

2006/6/1

2006/4/1

2006/2/1

2005/12/1

2005/8/1

2005/10/1

2005/6/1

2005/4/1

2005/2/1

2004/12/1

2004/8/1

2004/10/1

2004/6/1

2004/4/1

0

日付〔日〕

0.16
0.14
0.12
0.10
0.08
0.06
0.04
0.02
0.00

地下水位低下量s〔m〕

20.00
15.00
10.00
5.00
0.00
-5.00
-10.00-15.00-20.00300

地下水位〔ｍ〕

降水量,積雪量〔㎜〕

350

積雪量
降雨量
地下水位

1回目
2回目
3回目

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

注入量
Well-3Well-2
Well-4

経過時間t〔min〕

図-5 予備実験結果

2004〜2005

2005〜2006

2006〜2007

1回目
1000
800
600

0.20
0.15
0.10

400
0.05

2000期間〔年〕

地下水低下量s〔m〕

新町児童公園
今町中学校
見附高校
ふぁみりあ

注入量Q〔L/min〕

14.0
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
-2.0
-4.0

0.00
01020

30

4050

60

70

80

経過時間t〔min〕

図-2 地盤沈下量(2004〜2007)

2回目
注入量
Well-3400

Well-2
Well-4

0.08
0.06

300
0.04
200
0.02

1000

地下水低下量s〔m〕

注入量Q〔L/min〕

500

0.00
0102030405060

経過時間t〔min〕

3回目

注入量
Well-3800

Well-20.200.156000.10
4000.05

20000.0001020304050607080

経過時間t〔min〕

図-6 本実験結果(上：1 回目、中：2 回目、下：3 回目)

図-4 井戸の配置
表-1 消雪井戸の概要

H20.4.1現在
井戸本数（本） 延長（km）
水位・地盤沈下観測井戸
H19年度市役所水位（ｍ）
市道339
132 市役所内（水位のみ）・新町児童 最低水位（2月）：-7.40
県道49
17 公園内・ふぁみりあ内・見附高校 最高水位（12月）：13.42
計388
149 内・今町中学校内 ： 計5箇所 周辺地盤高：20.326

90

地下水低下量s〔m〕

図-3 7.13 水害時の地下水位と降水量

1000
注入量Q〔L/min〕

地盤沈下量〔㎜〕

図-1 地下水位と降雨・積雪量(04.4.1〜06.12.31)

表-2 水質調査結果

No.
採取箇所
採取年月日
ｐＨ
COD(mg/L)

ローレンジ
ローレンジ〔ろ過〕BOD(mg/L)
濁度（°）
色度（°）
SS(浮遊物質)
VSS(強熱減量)
一般細菌(個/ml)
LB培地(気泡数)
BGLB培地(気泡数)EC培地(気泡数)
ふん便性大腸菌郡数（MPN/100ml）

イオンクロマトグラフィ（mg/L)

No.1
No.2
No.3
注入水
well-1well-4
11月12日 11月12日 11月12日
6.194
6.539
7.330
922
150〜150121819
1.18671.48671.1867
1.30
10.84
7.03
14
2240
3.000E-06 3.400E-05 7.500E-05
3.306E-06 1.254E-05 3.200E-05
1倍1.0000106.5000
49.5000
1倍
0(1)
5(0)
1(0)
1倍
000
1倍
00300
7.8
Cl18.33.49.0
1.0
1.1
0.2
NO3 -NNa+
15.6
11.2
24.8+
NH4 -N
未検出
未検出
未検出2+
3.4
1.6
3.3Mg
2.3
2.9
9.2K+2+
13.5
4.124.6Ca※太文字は基準超過値

注入実験

方法

予備実験

単孔(非定常法)
単孔(定常法)本実験
単孔(非定常法)表-3 透水係数の結果
kk
ケース 対象井戸
注入実験
方法
ケース
経路m/sm/s
1回目 well-4 4.358E-05
well-1⇒2 1.114E-03
1回目 well-1⇒3 1.388E-03
2回目 well-4 3.775E-05
3回目 well-4 2.782E-05
well-1⇒4 1.244E-03
揚水試験
1回目 well-1 8.620E-05
well-1⇒2 1.247E-03（回復法 ） 2回目 well-1⇒3 1.795E-03
2回目 well-1 4.932E-05
3回目 well-4 1.085E-04
well-1⇒4 1.213E-03
well-1 1.223E-05
well-4⇒2 1.065E-03
3回目
well-22.000E-06
well-4⇒3 1.360E-03
1回目
本実験
well-3 1.038E-06
well-1⇒2 1.057E-04
1回目 well-1⇒3 1.041E-04
well-4 2.392E-06
well-1 1.378E-05
well-1⇒4 1.049E-04
揚水試験
well-2 2.000E-06
well-1⇒2 5.937E-05
2回目(理論地下水
2回目 well-1⇒3 5.878E-05
well-3 4.365E-06
位より算定)
well-4 4.705E-06
well-1⇒4 5.904E-05
well-2 2.167E-06
well-4⇒2 1.262E-04
3回目
3回目 well-3 1.528E-06
well-4⇒3 1.363E-04
well-4 2.556E-05