直接注水による消雪井戸の性能変化に関する研究
地盤工学研究室 永井 健太郎
指導教員
1. はじめに豊田 浩史

大震災の影響で井戸が震動で乱されたためか、濁度

近年、限られた地域に対して短時間に多量の雨をは、地震が発生した直後に値が大きく上昇している。

降らせる集中豪雨が多発している。この集中豪雨は、理由は不明確であるが、地下水位は地震発生日前後

台風などと異なり予測が困難であるため、土砂災害で低下する挙動を示している。消雪パイプの稼動がや洪水などの災害が起きやすい。新潟県内での集中あった可能性もあるため，地震の影響かは不明であ豪雨では、平成 16 年 7 月と平成 23 年 7 月に発生しる。

た新潟・福島豪雨で、信濃川水系である五十嵐川や150

2011/03/11
東日本大震災の影響

刈谷田川や中ノ島川の堤防が決壊し、三条市、長岡
濁度 (NTU)市、見附市など、広範囲で浸水の被害が発生した。

10050

見附市は豪雪地帯であることから、道路除雪の有効な手法である消雪パイプが普及しており、消雪用

0

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策としては有効であるが、地下水の大量汲み上げに10よる地下水位低下や地盤沈下などが大雪の年には問題となる。
そこで本研究室では、低コストで早期且つ機動的地下水位標高 (m)井戸が多数存在する。しかし、消雪パイプは克雪対

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東日本大震災の影響

50-5

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な雨水対策であり、且つ地下水涵養や地盤沈下防止

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図-1

見附市今町地区の水質・水位変動などの環境対策にもつながる手法として、雨水を消雪井戸へ注入することを提案する。

3. 試験概要

2. 既往の研究

3.1

本研究室では、本手法の実用化に向けて丸山 1)と2)

注水試験

消雪井戸を利用した地下帯水層への注水試験は、松本 により実際の消雪井戸を利用し、注水試験を新潟県見附市の今町中学校近辺にある消雪井戸を利行っている。その成果として、①消雪井戸への注水用して行った。

能力について現地実証された。②屋根排水による雨消雪井戸への注水は、今町中学校のプールに水道水の注水について現地実証された。③雨水水質は地水を溜めておき、そこから水を井戸に注水するとい下水水質に比べ，良好であることが確認された。④

う方法で行った。プールからはエンジンポンプを用注水による周辺地下水への影響は軽微であることがいて水を汲み上げ、電磁流量計とバルブで注水量を確認された。しかし、井戸の違いによる注水能力の調節しながら注水を行った。試験対象井戸は、注水適性評価、井戸の目詰まり機構の実態把握等の課題

井戸を Well-23、観測井戸を Well-69，323 とした。

が残った。本研究では、上記の課題を検証するため注水試験中の水質・水位測定には、自動計測可能な注水試験と揚水試験を行った。

水位・水質計とロープ式水位計を使用し、注水井戸

また、本研究室では 2010 年 12 月から継続して地下水の長期的な水質変動の測定を行っている。測定のストレーナー観察にはボアホールカメラを使用した。

を行っている場所は、新潟県見附市の今町地区にあ注水試験では、消雪井戸内に揚水ポンプが設置しる今町中学校敷地内の観測井戸である。測定結果をてある状態と、設置していない状態の 2 つのケース

図-1 に示すが、2011 年 3 月 11 日に発生した東日本を実施し、注水能力の比較を行った。

消雪井戸を利用した地下帯水層からの揚水試験は、0.00.00-1.0-0.05

揚水井戸No.23 地下水位 (m)る消雪井戸を利用して行った。使用する試験器具などは注水試験と同じである。揚水量の調節および測定は、三角堰を利用して行った。なお、この揚水試

200-0.15

350-0.20-4.0-0.25

500-5.0-0.30-6.0

揚水井戸 (No.23)

650-0.35

観測井戸 (No.69)

-7.0

820

800

観測井戸 (No.323)-0.40

200 ：揚水量（L/分）

-0.45

190

180

170

160

150140130120110901008070

60

5030

20

0-0.5010-9.04. 試験結果
4.1

350-3.0-8.0

験は注水試験の約 2 週間後に行った。

-0.10

200-2.0

注水試験と同じ新潟県見附市の今町中学校近辺にあ観測井戸No.69,No.323 地下水位 (m)

揚水試験

403.2

経過時間 (分)

注水・揚水井戸および観測井戸の水位変化

図-4

揚水試験結果揚水ポンプありでの注水試験結果を図-2、揚水ポンプなしでの注水試験結果を図-3、揚水試験結果を4.2

注水井戸深さ方向の水質測定結果

図-4 に示す。全ての試験とも、注水（揚水）井戸と注水井戸深さ方向の水質測定の項目は pH、溶存酸観測井戸を比較してみると、観測井戸に比べ注水（揚素、電気伝導率、濁度、水温の 5 項目である。図-5水）井戸の方が水位上昇は大きく、注水による周辺に溶存酸素と水温の測定結果を示す。ストレーナー

影響は軽微であることが確認された。しかし、注水周辺の溶存酸素は、注水前はゼロであったが、注水井戸の注水量と水位上昇量の関係には揚水ポンプあにより値が増えている。水温は、注入したプール水りとなしで大きな違いが生じた。と一時的に置き換わることにより水温が上がり、その後ストレーナー周辺で水温が下がってきているが，0.20
1800.18150

数値 ：注水量(ℓ/分）

0.161202.8

0.14

2.40.1290

2.00.100.08

1.60.06

1.20.0460

0.80.0230

0.40.00

210

200190180170

160

150

140

130

120110

90

100

80

70

60

50

40

30

20

0-0.02100.0

ことが確認できる。
01020

深さ (GL-m)

注水井戸No.23 地下水位 （m）

3.2

2 週間経過しても注水前の水温までは戻っていない

0.22

注入井戸（No.23)
No. 69(観測井戸)
No.323(観測井戸)

3.6

観測井戸No.69,No.323 地下水位 (m)4.030

上部ストレーナー
40

経過時間 （分）10/24(試験前日)

図-2

注水試験結果（揚水ポンプあり）

10/26(試験終了直後)

50

10/27(試験1日後)

下部ストレーナー

11/13(試験2週間後)

600注水井戸（No.23)
No. 69(観測井戸)
No.323(観測井戸)

460

1.40.16

450

0.14

360

1.20.121.00.1200

0.80.08

1500.06

900.4

1012140.18500

数値 ：注水量(ℓ/分）

0.6

80.2

1.6

0.04

60

0.2

0.02

0
10/24(試験前日)
10/26(試験終了直後)

1010/27(試験1日後)
11/13(試験2週間後)

2030

上部ストレーナー
40

経過時間 （分）

230

220

210

200

190

180

170

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

000.0

10

注水井戸No.23 地下水位 （m）

1.8620630

6DO (mg/L)

深さ (GL-m)

2.0

40.22

観測井戸No.69,No.323 地下水位 (m)2.2250下部ストレーナー

図-3

注水試験結果（揚水ポンプなし）

60
10111213141516171819

水温 (℃)

図-5

水質測定結果（上：溶存酸素、下：水温）20

4.3 可能注水量と透水係数

4.4

井戸の注水能力の評価

図-6 に注水井戸の水位上昇量と注水量の関係を示

井戸能力の評価として、比湧出量・比注水量を見す。このグラフの近似直線から推定される注水量とてみる。また、段階注水（揚水）試験では、注水量水位上昇量の関係より、可能注水量を算定すると、（揚水量）と水位変化量の関係を両対数グラフにプ

揚水ポンプありでの可能注水量は 180L/min、揚水ポロットして井戸能力を解析する。評価結果と解析結

ンプなしでの可能注水量は約 1000L/min となった。

果を図-8，9 に示すが、通常は注水能力より揚水能力が高いとされているが，今回の注水試験では揚水4.0能力を大きく上回る注水が行われた。これは、揚水揚水ポンプあり
揚水ポンプなし

試験にもポンプと井戸径のクリアランスの小ささが水位上昇量（m）3.0影響してしまっている可能性がある。また、注水時における揚水ポンプありとなしでの能力低下は約2.080%にも及ぶ。

y = 0.0032x
1.00.0
0

100

200

300

400

500

600

700

注水量（L/min）

比湧出量・比注入量（L/min/m）

350

350

300

300

177%

100%

250

250

200

200

100%

150

150

100

10050

50

26%

図-6

注水量と水位上昇量の関係

15%

00
揚水能力

注水能力(ポンプあり)

図-8

注水能力(ポンプなし)

注水能力(ポンプあり)

注水能力(ポンプなし)

比湧水量と比注水量

透水係数は、注水量と水位変化量から単孔を利用した透水試験による定常法 3)により求める。図-7 に同一の揚水・注水量に対して100.00注水試験(ポンプあり)

H20 年に見附市役所横の消雪井戸（同井戸径）で得られた値も示してある。その結果、ポンプありとな

水位変化量

注水試験(ポンプなし)

水位変化量が大きい→能力：小揚水試験

10.00

限界揚水・注水量

水位変化量 （m）

注水井戸で得られた透水係数を示すが、比較のため

井戸能力 小1.000.10

水位変化量が小さい→能力：大しでの透水性の低下の割合が異なる結果となっている。これは、地盤本来の透水性が高いほど井戸に水が入りやすくなるため、ポンプによるクリアランス

井戸能力 大0.01

両対数グラ

揚水量・注水量図-9110100

1,000

10,000

注水・揚水量 （L/分）

井戸能力の解析方法と解析結果不足で，注水能力低下の割合が大きくなるためである。今町中学校周辺と見附市役所周辺では地盤の透4.5 井戸の目詰まり機構の実態

水係数に大きな違いがあり、透水係数の大きな地盤

まず、ボアホールカメラによるストレーナーの観においては、井戸径が小さくポンプを付けたままで察は、注水試験の前日と、試験の 1 日後、さらに試は、注水能力が大幅に低下することがわかる。

験 2 週間後の計 3 回行った。撮影の結果、試験前および試験 1 日後では、井戸全体が比較的綺麗な状態
高2.31×10-4 m/s

であることが確認された。しかし、試験の約 2 週間
後では、スクリーン上層部・下層部ともに褐色の浮

透水係数

透水性ている状態が確認された。

8.62×10-5 m/s

7.60×10-5 m/s

次に、注水井戸において前述のボアホールカメラ

4.93×10-5 m/s
低Well-23（ポンプあり）

遊物が壁面に付着する、あるいは井戸内部で浮遊しWell-23（ポンプなし）

図-7

市役所横（ポンプあり）

市役所横（ポンプなし）

透水係数の比較による観察と同時期に地下水を採水し、水質分析を実施した結果、注水井戸から採水された地下水には、井戸の目詰まりの原因物質である鉄バクテリアが検出された。図-10 に採水した試料に含まれる鉄バクテリア個数を示すが、注水により供給された酸素によって鉄バクテリアが増殖していることが分かる。
100000鉄バクテリア鉄バクテリア（個/mL）

90000

プール水

80000

70000

10/25,26：注水試験

60000
50000
40000

10/23 ：試験開始前

30000

10/27：試験1日後

20000
10000

11/13：試験2週間後

プール水：不検出

0H23.10.15
H23.10.16
H23.10.17
H23.10.18
H23.10.19
H23.10.20
H23.10.21
H23.10.22
H23.10.23
H23.10.24
H23.10.25
H23.10.26
H23.10.27
H23.10.28
H23.10.29
H23.10.30
H23.10.31
H23.11.1
H23.11.2
H23.11.3
H23.11.4
H23.11.5
H23.11.6
H23.11.7
H23.11.8
H23.11.9
H23.11.10
H23.11.11
H23.11.12
H23.11.13
H23.11.14
H23.11.15

図-12

図-10

5. 結論

鉄バクテリア1.
4.6

揚水試験中の地下水揚水による目詰まりの解消

注水による周辺井戸の水位上昇は僅かなものであり、注水終了後は速やかに地下水位が低下す

Well-23 では、H21 年にも揚水試験が行われている。
図-11 に今回（H23）、H21 年、S61 年建設当初の揚る。
2.

Well-23 の可能注水量は、揚水ポンプありで水試験の解析結果を示す。Well-23 では H22 年に注180L/min、揚水ポンプなしで 1000L/min である水試験が行われており、その時にも鉄バクテリアがことが分かった。

発生していると思われるが、H21 年と今回（H23）3.

揚水ポンプありの注水能力低下は、地盤本来のでは井戸能力に変化は見られない。これは、冬季の透水係数により異なり、透水性が高いほどポン消雪井戸の稼働によって揚水され、井戸内の鉄バクプが残っていることによる注水能力低下が大きテリアが排出されたと考えられる。図-12 は揚水試くなる。

験中の井戸水で、左から揚水直後、5 分後、20 分後、

4.

注水により、溶存酸素が供給され、目詰まりの45 分後となっており、十分な揚水が行われた後は、原因物質である鉄バクテリアが発生するが、揚井戸水が綺麗になっているのがわかる。

水によって排出することが可能である。

また、S61 年からの能力低下は、井戸の建設から相当年数経過しているための経年的な能力低下と考えられる。

6 . 今後の課題
1. 今回と同様の注水試験を別の井戸で実施し、正確な注水能力および場所や井戸径による違いを検討する。

100.002. 複数井戸での同時注入試験を実施し、周辺影響

H23揚水試験
H21揚水試験
水位変化量 （m）を検討する。

S61揚水試験（施工時）10.00

3. 目詰まりによる透水性の低下を定量的に検討する。

1.00

4. 具体的な雨水収集方法・注水方法を検討する。
謝辞

0.10

注水・揚水試験の際には、見附市役所、今町中学
0.01
110

100

1,000

10,000

校よりご配慮いただきました。また、（株）アートン

注水・揚水量 （L/分）

シビルテクノ、日本工営（株）の方々から様々なご図-11

井戸能力の解析結果の比較支援を得ることができ、実験を実施することができた。ここに謝意を表します。

参考文献
1) 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，2009．
2) 松本陽介：消雪井戸への雨水注入による地下水位・水質の変動，長岡技術科学大学大学院工学研究科修士論文，2011．
3) 地盤工学会地盤調査法改訂編集委員会：地盤調査の方法と解説，pp.379-380，2004.