JP2000145349A - 深井戸堆積砂層レベル検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置が容易で且つ低コストで実現でき、深井
戸の底部に堆積する砂層状況を正確に把握し、深井戸及
びポンプの保守タイミングの計画、深井戸の延命、複数
の深井戸に配置されたポンプの最適な運転制御に貢献で
きる深井戸堆積砂層レベル検出装置を提供すること。 【解決手段】 深井戸１０５の底に堆積する砂層面２２
のレベルを検知する深井戸堆積砂層レベル検出装置であ
って、深井戸１０５に配置する揚水ポンプケーシング２
３に超音波信号を発信すると共に該超音波信号の反射信
号を受信する超音波センサ１９を取付け、該超音波信号
の発信タイミングと反射信号の受信タイミングから当該
深井戸に堆積した堆積砂層レベルを測定する測定装置
と、該超音波センサ１９と該測定装置に電源を供給する
電源装置を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は深井戸の底部に堆積
する砂層のレベルを検出する深井戸堆積砂層レベル検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すように、岩盤層１００の上
に、石灰岩層１０１が形成された地層構造を有する離島
や半島等では、農業用水を確保することが農業生産の安
定化のために必要不可欠である。そのため石灰岩層１０
１の海岸１０２に近い部分に地下ダム１０３を設け、石
灰岩層１０１に降った雨水が海１０４に流れ込むのを堰
き止め、該地下ダム１０３の陸側（反海側）に地下水が
堰き止められた地下水位Ｗを形成する。そしてこの地下
水位Ｗが形成された領域に複数の深井戸１０５を掘削
し、該深井戸１０５から水を得るようにしている。即
ち、陸地の高所に貯水槽１０６を設け、深井戸１０５に
湧き出た水をポンプ１０７で貯水槽１０６に送り、該貯
水槽１０６の水を農業用水として畑地１０８に導いて灌
漑に供している。

【０００３】図５は上記深井戸の構造を示す断面図であ
る。深井戸１０５は図示するように、石灰岩層１０１に
井戸穴を掘削し、その内壁に井戸ケーシング１０を挿入
した構造である。深井戸１０５の上部には地中にピット
１０９を設け、ピット１０９の上部には人が出入りする
ためマンホール１１０が設けられている。

【０００４】上記深井戸１０５の井戸ケーシング１０内
には揚水配管１１の先端に連結したポンプ１２と該ポン
プ１２を駆動するモータ１３が配置され、該揚水配管１
１の後端にはバルブ１４を介して送水管１５が接続され
ている。揚水配管１１はピット１０９の底部に台１６を
介して固定されている。

【０００５】モータ１３を起動すると、ポンプ１２が駆
動され、井戸ケーシング１０内に溜った水が吸込口１７
から吸い込まれ、揚水配管１１、バルブ１４及び送水管
１５を通って、図４の貯水槽１０６に送られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記構造の深井戸１０
５において、井戸ケーシング１０は石灰岩層１０１内の
地下水が該井戸ケーシング１０を通して内部に溜るよう
に、網目（スクリーン）状に形成されている。そのため
地下水の浸透と共に砂も井戸ケーシング１０を通して内
部に流れ込み、井戸ケーシング１０の底部に堆積する。
砂堆積量が多くなるとポンプ１２の吸込口１７が砂内に
埋まってしまい、揚水ができないという問題がある。従
って、常時深井戸１０５の砂の堆積層レベルを把握し、
ポンプ１２の吸込口１７が砂内に埋まってしまう前に深
井戸１０５及びポンプ１２の保守タイミングを計画する
必要があるが、従来このような深井戸１０５内の水位を
検出する手段はあるが、砂の堆積状況を自動的に検出す
る手段がなかった。

【０００７】また、砂の堆積レベルを自動計測、演算評
価し、砂の堆積速度（堆積具合）をポンプ運転ロジック
に取り込み、砂の堆積速度の早い深井戸１０５は井戸寿
命の延命化のため取水時間（ポンプ１２の運転時間）を
減らす必要があるが、そのためには深井戸１０５内の砂
の堆積状況を正確に把握する必要がある。

【０００８】また、上記のように地下ダム１０３の地下
水の堰き止め領域に複数の深井戸１０５を掘削し、該深
井戸１０５からポンプ１２を運転して貯水槽１０６に貯
水する場合、ポンプ１２の運転は貯水槽１０６の水位を
制御目標とした水位制御が基本となる。取水源となる地
下ダム１０３及び深井戸１０５は地域、場所毎にその能
力が異なり、運転時の水位低下速度に差がでるといわれ
ている。また、渇水期には当然ながら深井戸１０５毎の
能力差が歴然として現れる。従って、ポンプ制御ロジッ
クに深井戸１０５の水位データを取り込んで演算評価し
て、能力の高い深井戸１０５から優先して取水して著し
く井戸水位が低下して渇水となる地区がなくなるように
配慮する必要があるが、そのためには深井戸１０５内の
水位のみではなく、砂の堆積状況を正確に把握する必要
がある。

【０００９】また、深井戸１０５内の砂の堆積状況を把
握するためには、深井戸１０５内の所定位置に堆積砂層
レベルを検知するセンサを設ける方法が考えられるが、
狭い深井戸１０５にセンサを設置するスペースを確保す
ることは深井戸１０５の口径を大きくする等の困難な問
題がある。また、センサを一旦深井戸内に取り付けて設
置した場合、引き上げができないため、センサの保守点
検が不可能となるという問題がある。

【００１０】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、設置が容易で且つ低コストで実現でき、深井戸の底
部に堆積する砂層状況を正確に把握し、深井戸及びポン
プの保守タイミングの計画、深井戸の延命、複数の深井
戸に配置されたポンプの最適な運転制御に貢献できる深
井戸堆積砂層レベル検出装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、深井戸の底に堆積する砂層の
レベルを検知する深井戸堆積砂層レベル検出装置であっ
て、深井戸に配置する揚水ポンプのケーシングに超音波
信号を発信すると共に該超音波信号の反射信号を受信す
る超音波センサを直接又は所定の部材を介して間接的に
取付け、深井戸の上部に該超音波信号の発信タイミング
と反射信号の受信タイミングから当該深井戸に堆積した
堆積砂層レベルを測定する測定装置と、該超音波センサ
と該測定装置に電源を供給する電源装置を配置したこと
を特徴とする。

【００１２】上記のように、超音波センサを揚水ポンプ
のケーシングに取り付けることにより、深井戸の口径を
広げる等超音波センサを取り付けるためのスペースを確
保する必要がなく、超音波センサを取り付けることが可
能となる。また、揚水ポンプの保守点検のため該揚水ポ
ンプを引き上げると、超音波センサも連動して引き上げ
られるから、その時超音波センサの保守点検もできる。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の深井戸堆積砂層レベル検出装置において、超音
波センサは防振材を介在させて揚水ポンプのケーシング
に直接又は所定の部材を介して間接的に取付けたことを
特徴とする。

【００１４】上記のように超音波センサを防振材を介し
て、揚水ポンプのケーシングに取り付けることにより、
超音波センサに伝達する揚水ポンプの振動が減衰され、
超音波センサの故障原因が抑制されると共に、堆積砂層
レベルの測定が安定化する。

【００１５】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は２に記載の深井戸堆積砂層レベル検出装置におい
て、深井戸の上部には揚水ポンプを制御する制御盤を設
けると共に、該制御盤には超音波センサに電気信号や電
源を供給する端子を設け、測定装置及び電源装置は可搬
式であり、堆積砂層レベルの測定時に、該制御盤の端子
に該測定装置及び電源装置を接続して堆積砂層レベルを
測定することを特徴とする。

【００１６】同一地域の複数の深井戸に堆積砂層レベル
検出装置を設置する場合、超音波センサと同数の測定装
置や電源装置を用意すると多大なコストがかかってしま
う。既設の深井戸ポンプ設備にこのような堆積砂層レベ
ル検出装置を設置するとその改造のため更に多大なコス
トがかかる。上記のように測定装置及び電源装置を可搬
式とすることにより、１台の測定装置及び電源装置で複
数の深井戸の堆積砂層のレベルを測定することができ
る。特にこのような深井戸においては堆砂速度は数ｃｍ
〜数十ｃｍ／年程度であるから、堆積砂層のレベルの測
定も月１回程度で十分であるから、上記のように堆積砂
層のレベルを測定する時に制御盤の端子に測定装置及び
電源装置を接続して堆積砂層レベルを測定するようにし
ても不都合ではない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。図１は堆積砂層レベル検出装置
を設けた深井戸の構造を示す断面図である。同図におい
て、図４と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を
示す。図示するように、ポンプケーシング２３（ポンプ
１２とモータ１３がポンプケーシング２３の中に収納さ
れている）、枠体１８を取付け、該枠体１８の先端に超
音波センサ１９を取付け、ピット１０９の内壁面に制御
盤２０を設け、更に該超音波センサ１９と制御盤２０を
ケーブル２１で接続している。

【００１８】制御盤２０は図３に示すように、携帯用の
測定装置２８及び電源装置（小型発電機等を具備する）
２７を接続する端子２１−１が設けられており、該端子
２１−１に測定装置２８及び電源装置２７を接続するこ
とにより、上記ケーブル２１を介して超音波センサ１９
に電源及び測定装置２８が接続されるようになってい
る。また、測定装置２８には電源装置２７から電源が供
給されるようになっている。なお、電源装置２７及び測
定装置２８は別体として構成する必要はなく、図示は省
略するが一個のケーシング内に電源装置と測定装置を収
容して一体的な構成としてもよい。

【００１９】上記のように制御盤２０の端子２１−１に
電源装置２７や測定装置２８を接続することにより、電
源装置２７から超音波センサ１９にケーブル２１を介し
て電源が供給されると共に、測定装置２８からケーブル
２１を介して超音波センサ１９にパルス状の励起電気信
号を送り、超音波センサ１９からパルス状の超音波信号
を深井戸１０５の底部に向けて発信する。該パルス状の
超音波信号は深井戸１０５の底部に堆積した砂層面２２
で反射し、この反射した超音波信号は超音波センサ１９
で受信され、パルス状の電気信号に変換され、ケーブル
２１を介して測定装置２８に送られる。測定装置２８は
この超音波信号の発信タイミングと砂層面２２で反射さ
れた超音波信号の受信タイミングから砂層面２２のレベ
ルを測定する。

【００２０】即ち、測定装置２８には超音波センサ１９
から発信された超音波信号が砂層面２２で反射された該
超音波センサで受信するまでの伝播時間から、超音波セ
ンサ１９の超音波発信面から砂層面２２までの距離を測
定する回路が組み込まれている。該回路で測定された超
音波センサ１９の超音波発信面から砂層面２２の距離を
Ｌ₃とすると、ピット１０９の底部から深井戸１０５の
底部までの距離Ｌ₁は既知であり、ピット１０９の底部
から超音波センサ１９の超音波発信面までの距離Ｌ₂も
既知であるから、砂層のレベルＬはＬ＝Ｌ₁−Ｌ₂−Ｌ₃
として求めることができる。

【００２１】また、上記のように超音波センサ１９の超
音波発信面から砂層面２２の距離を直接測定することが
できるから、これまでの砂の堆積状況から、ポンプ（モ
ータ１３、吸込口１７及びポンプ１２を含む）が砂に埋
没するタイミングを容易に把握でき、井戸及びポンプの
合理的な保守タイミングの計画を立てることが容易とな
る。

【００２２】図２（ａ）はポンプケーシング２３に超音
波センサや投込式水位計２４を取り付けた状態を示す図
で、図２（ｂ）はＡ部分の拡大図である。内部にポンプ
１２やモータ１３を収納したポンプケーシング２３に枠
体１８を設け、該枠体の先端に超音波センサ１９を取付
ける。また、ポンプケーシング２３はポンプ１２やモー
タ１３の振動が伝わり振動し、該振動が超音波センサ１
９を振動させるため、超音波センサ１９の故障の要因と
なると共に、砂層面２２のレベル測定の不安定化を招
く。そこで、ここでは枠体１８の途中に防振ゴム等の防
振材３０を介在させ、超音波センサ１９に伝わるポンプ
ケーシング２３の振動を減衰させている。また、枠体１
８の内側には水圧と空気圧の差から水位を計測する投込
式水位計２４が取付けられ、該投込式水位計２４の出力
はケーブル２５を介して制御盤２０に送られる。

【００２３】また、図示は省略するが、超音波センサ１
９をポンプケーシング２３に直接取り付けてもよい。こ
の場合も振動が超音波センサ１９に伝わるポンプケーシ
ング２３の振動を減衰させる防振材を介在させる。この
ように、堆積した砂層のレベルを検出するセンサである
超音波センサ１９をポンプケーシング２３に直接又は間
接的に設けることにより、狭い深井戸１０５内に特別の
センサ取付け手段を設けることなく取り付けることが可
能となる。

【００２４】また、ポンプ１２やモータ１３は保守点検
のためポンプケーシング２３ごとピット１０９内に引き
上げ、保守や点検を行う。この場合、超音波センサ１９
も同時に引き上げられるから、その際に超音波センサ１
９の点検や保守を行うことができる。これに対して、超
音波センサ１９を深井戸１０５に取り付けた場合、引き
上げができないか、引き上げのために特別の装置を必要
とし、更にそのため深井戸１０５の口径を大きくしなけ
ればならないという問題がある。また、既存の深井戸１
０５に取り付けることは極めて困難となる。ここでは超
音波センサ１９をポンプケーシング２３に取り付けるの
であるから、既存の深井戸設備に安価なコストで容易に
取り付けることができる。

【００２５】ここでは、上記超音波センサ１９、電源装
置２７及び測定装置２８は市販されているものを用いる
ことができる。また、電源装置２７及び測定装置２８は
可搬式のものを用いる。

【００２６】上記のような深井戸１０５の底部に堆積す
る砂の堆積速度は数ｃｍ〜数十ｃｍ／年程度であり、堆
積砂層レベルの測定は頻繁に行う必要がなく、月１回程
度の頻度で測定すれば十分である。そのため深井戸１０
５に電源装置２７及び測定装置２８を準備することは費
用が多大となる。そこで上記のように電源装置２７及び
測定装置２８に可搬式のものとし、月１回程度の堆積砂
層レベルの測定時に該電源装置２７及び測定装置２８を
ピット１０９内に持ち込んで堆積砂層レベルを測定する
ようにすれば、堆積砂層レベルを測定するための経費が
大幅に削減できる。

【００２７】また、上記例では、地下ダム１０３を設け
て地下水を堰き止めた地域に設けた深井戸１０５内に堆
積する砂のレベルを検出する例を説明したが、本発明は
このような深井戸に限定されるものではなく、砂が堆積
し易い深井戸の底部に堆積する砂のレベルを検出するの
に利用できることは当然である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の発
明によれば、深井戸に配置する揚水ポンプのケーシング
に超音波信号を発信すると共に該超音波信号の反射信号
を受信する超音波センサを直接又は所定の部材を介して
間接的に取付け、堆積砂層のレベルを検出できるように
したので、下記のような優れた効果が期待できる。

【００２９】簡単な構成で砂の堆積レベルを容易に検
出できると共に、揚水ポンプの保守点検に際し、揚水ポ
ンプを引き上げたとき、超音波センサの保守点検も可能
となる。また、超音波センサを揚水ポンプのケーシング
に取り付けるので、深井戸の口径を広げることも必要な
く、既存の深井戸にも容易に設置できる。

【００３０】深井戸内の堆積砂層レベルを自動計測
し、深井戸及びポンプの合理的な保守タイミングの計画
に寄与させることができる。

【００３１】砂の堆積速度（堆積状況）をポンプ運転
ロジックに取り込み、砂の堆積速度の早い深井戸の延命
化（保守周期の長期化）を図ることに寄与させることが
できる。

【００３２】深井戸の能力を加味した取水ポンプの運
転の最適化に寄与することができる。

【００３３】また、請求項２に記載の発明によれば、超
音波センサは防振材を介して揚水ポンプのケーシングに
直接又は所定の部材を介して間接的に取付けたので、超
音波センサに伝達する揚水ポンプの振動が減衰され、超
音波センサの故障原因が抑制されると共に、堆積砂層レ
ベルの測定が安定化する。

【００３４】また、請求項３に記載の発明によれぱ、深
井戸の上部には揚水ポンプを制御する制御盤が設けられ
ると共に、該制御盤には超音波センサに電気信号や電源
を供給する端子を設け、可搬式の測定装置及び電源装置
を堆積砂層のレベルを測定する時に該端子に接続して、
堆積砂層レベルを測定するので、測定装置及び電源装置
を深井戸毎に設ける必要がなく、コストを大幅に削減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る堆積砂層レベル検出装置を設けた
深井戸の構造を示す断面図である。

【図２】本発明に係る堆積砂層レベル検出装置の堆積砂
層のレベルを検出するセンサの取付け部分の構成を示す
図である。

【図３】制御盤の正面構成を示す図である。

【図４】地下ダム及び深井戸を設置した農業用水の取水
及び給水システムの概要を示す図である。

【図５】深井戸の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ 井戸ケーシング １１ 揚水配管 １２ ポンプ １３ モータ １４ バルブ １５ 送水管 １６ 台 １７ 吸込口 １８ 枠体 １９ 超音波発受信器 ２０ 制御盤 ２１ ケーブル ２２ 砂層面 ２３ ポンプケーシング ２４ 投込式水位計 ２５ ケーブル ２７ 電源装置 ２８ 測定装置 ３０ 防振材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 深井戸の底に堆積する砂層のレベルを検
   知する深井戸堆積砂層レベル検出装置であって、 前記深井戸に配置する揚水ポンプのケーシングに超音波
   信号を発信すると共に該超音波信号の反射信号を受信す
   る超音波センサを直接又は所定の部材を介して間接的に
   取付け、前記深井戸の上部に前記超音波信号の発信タイ
   ミングと前記反射信号の受信タイミングから当該深井戸
   に堆積した堆積砂層レベルを測定する測定装置と、該超
   音波センサと該測定装置に電源を供給する電源装置を配
   置したことを特徴とする深井戸堆積砂層レベル検出装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の深井戸堆積砂層レベル
   検出装置において、 前記超音波センサは防振材を介在させて揚水ポンプのケ
   ーシングに直接又は所定の部材を介して間接的に取付け
   たことを特徴とする深井戸堆積砂層レベル検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の深井戸堆積砂層
   レベル検出装置において、 前記深井戸の上部には前記揚水ポンプを制御する制御盤
   を設けると共に、該制御盤には前記超音波センサに電気
   信号や電源を供給する端子を設け、 前記測定装置及び前記電源装置は可搬式であり、前記堆
   積砂層レベルの測定時に、前記制御盤の端子に該測定装
   置及び電源装置を接続して堆積砂層レベルを測定するこ
   とを特徴とする深井戸堆積砂層レベル検出装置。