JP2006077567A - リチャージ工法、その注水制御方法及び注水制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】目詰まりの発生が避けられない復水井におけるフィルターやスクリーンなどの濾過設備を不要とし、かつ揚水量が多い場合でも排水することなく確実に地下水を返送することができるリチャージ工法を提供する。
【解決手段】揚水井２から地下水を汲み上げることにより所要部位１の地下水を低下させ、汲み上げた地下水を復水井を通して地中に注水して返送するリチャージ工法において、復水井として注水部４が浅層部に位置する浅層部復水井３ａと、注水部４が深層部に位置する深層部復水井３ｂとを設置し、浅層部復水井３ａからは低圧で、深層部復水井３ｂからは高圧で、それぞれ加圧注水することにより、地下水を返送することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、リチャージ工法、その注水制御方法及び注水制御システムに関し、さらに詳細には、例えば、地下水位の高い地盤での掘削に際して汲み上げた地下水を地中に返送する技術に関する。

地下構造物を構築するために地盤を掘削するに際し、地下水位が高い場合には、その対策工法例えば地下水位低下工法や薬液注入工法などが実施される。地下水位低下工法は、地下から揚水して、必要な施工部位の地下水位を低下させることにより、地盤の安定を図る工法である。この地下水位低下工法は、薬液注入工法などの止水工法に対し、確実な地下水対策工法であることから、特に線路下施工では安全性に優れている。

ところで、地下水位低下工法により汲み上げた地下水を、そのまま下水道や河川に放流すると、周辺地盤の沈下や井戸の水位低下などの被害を招く。このため、揚水された地下水を地中に返送する工法、すなわちリチャージ工法も広く実施されている。

図１１は、従来から実施されているリチャージ工法を示し、掘削がなされる施工部位２０近くに揚水井２１が設置され、その周囲に復水井２２が設置される。揚水井２１から地下水を汲み上げることにより自然地下水位Ｌ₀ がＬ₁ に低下し、施工部位での掘削施工が可能となる。揚水井２１から汲み上げられた地下水は、復水井２２を通して自然ヘッド圧程度での自然注水により地中に返送される。なお、図１１において符号２３は不透水層、２４は透水層を示している。

しかしながら、このリチャージ工法では、地下水中に含まれる浮遊懸濁物質、バクテリア、地下水中に含まれる溶解鉄分の酸化物などにより、復水井の孔壁やフィルターに目詰まりが発生する。このため、返送効率が悪くなり、場合によっては下水道や河川に排水せざるを得ないこともある。

このようなことから、懸濁物などによる目詰まりを防止するための方法が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。また、揚水した地下水を加圧して戻すことにより、地下水を大気から遮断し、地下水中に溶解している鉄分の酸化を防止するという方法も提案されている（特許文献２参照）。
特開平６−１９３０４１号公報 特開２００２−２５６５３８号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、目詰まりの発生が避けられない復水井におけるフィルターやスクリーンなどの濾過設備を不要とし、かつ揚水量が多い場合でも排水することなく確実に地下水を返送することができるリチャージ工法を提供することを目的とする。

この発明の別の目的は、掘削施工部位などの所要部位の地下水位は低下させる一方、その周辺の地下水位環境に影響が生じるのを防止しながら、汲み上げた地下水のほぼ全量を地中に戻すという完全なリチャージ工法を実現することができる注水制御方法及び制御システムを提供することを目的とする。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、揚水井から地下水を汲み上げることにより所要部位の地下水を低下させ、汲み上げた地下水を復水井を通して地中に注水して返送するリチャージ工法において、
前記復水井として注水部が浅層部に位置する浅層部復水井と、注水部が深層部に位置する深層部復水井とを設置し、
前記浅層部復水井からは低圧で、前記深層部復水井からは高圧でそれぞれ加圧注水することにより、地下水を返送することを特徴とするリチャージ工法にある。

ここに、深層部とは、地下水位よりかなり大きな圧力で注水しても、地表面への地下水の逆流や地表面の浮き上がり等の影響が生じない深度領域をいう。例えば、不透水層以深であって地下水位よりもかなり大きな圧力で注水しても不透水層に損傷を生じない、その結果地表面にも影響が出ない深度領域が該当する。また、浅層部とは、深層部以外の深度領域をいい、具体的には自然地下水位と同等あるいはそれよりも若干高い圧力でのみ注水可能な深度領域であり、一般的には地表から比較的浅い部分である。

また、この発明は、揚水井と、注水部が浅層部に位置する浅層部復水井と、注水部が深層部に位置する深層部復水井とを設置し、前記揚水井から地下水を汲み上げることにより所要部位の地下水位を低下させるとともに、汲み上げた地下水を加圧して前記浅層部復水井及び深層部復水井を通して地下水を返送するリチャージ工法において、
揚水量と浅層部復水井及び深層部復水井への全注水量との差と、浅層部の地下水位とがそれぞれ設定範囲にあるか否かを監視し、
この監視結果に基づき、前記浅層部復水井への注水を主とし、前記深層部復水井への注水を従として、それぞれの注水量を変化させることを特徴とするリチャージ工法における注水制御方法にある。

より具体的には、揚水量と全注水量との差が設定範囲にないとき、浅層部復水井への注水量を変化させ、前記浅層部復水井への注水量の変化によって前記地下水位が上下限設定値に達したとき、前記深層部復水井への注水量を変化させる。

また、揚水量と全注水量との差が設定範囲にあって、前記地下水位が設定範囲にないとき、浅層部復水井への注水量を変化させ、前記浅層部復水井への注水量の変化によって、揚水量と全注水量との差が上下限設定値に達したとき、前記深層部復水井への注水量を変化させる。

さらに、この発明は、揚水井と、注水部が浅層部に位置する浅層部復水井と、注水部が深層部に位置する深層部復水井とを設置し、前記揚水井から地下水を汲み上げることにより所要部位の地下水位を低下させるとともに、汲み上げた地下水を加圧して前記浅層部復水井及び深層部復水井を通して地下水を返送するリチャージ工法を実施するための注水制御システムであって、
揚水井から汲み上げた地下水を受水する受水槽と、
この受水槽から前記浅層部復水井及び前記深層部復水井に地下水をそれぞれ返送するための浅層部返送管路及び深層部返送管路と、
この浅層部返送管路及び深層部返送管路にそれぞれ設けられ、地下水を加圧して返送するための浅層部圧送装置及び深層部圧送装置と、
揚水量と浅層部復水井及び深層部復水井への全注水量との差を検出する水量差検出手段と、
浅層部の地下水位を検出する地下水位検出手段と、
前記水量差検出手段と地下水位検出手段との検出結果に基づき、前記浅層部圧送装置及び深層部圧送装置の各作動を制御する制御装置と
を備えてなることを特徴とするリチャージ工法実施のための注水制御システムにある。

より具体的には、前記制御装置は、
前記水量差が設定範囲内にあるか否かを判定する水量差判定手段と、
前記地下水位が設定範囲内にあるか否かを判定する地下水位判定手段と、
前記水量差判定手段及び地下水位判定手段の判定結果に基づき、前記浅層部圧送装置及び深層部圧送装置の各作動を制御する圧送装置制御手段と
を備えてなる。

また、前記圧送装置制御手段は、前記水量差が設定範囲にないとき、前記浅層部圧送装置の作動を制御して浅層部復水井への注水量を変化させ、前記浅層部復水井への注水量の変化によって前記地下水位が上下限設定値に達したとき、前記深層部圧送装置の作動を制御して前記深層部復水井への注水量を変化させる。

また、前記圧送装置制御手段は、前記水量差が設定範囲にあって、前記地下水位が設定範囲にないとき、前記浅層部圧送装置の作動を制御して浅層部復水井への注水量を変化させ、前記浅層部復水井への注水量の変化によって前記水量差が上下限設定値に達したとき、前記深層部圧送装置の作動を制御して前記深層部復水井への注水量を変化させる。

また、前記水量差検出手段は、前記受水槽に設けられた水位センサからなる。前記地下水位検出手段は、浅層部に設置された観測井に設けられた水位センサからなる。前記浅層部圧送装置及び深層部圧送装置は、可変速ポンプからなる。

前記浅層部返送管路及び深層部返送管路は、前記受水槽に連結された共通管路と、この共通管路から分岐して浅層部復水井及び深層部復水井に延びる分岐管路とで構成され、前記浅層部圧送装置及び深層部圧送装置は、前記共通管路に設けられた可変速ポンプと、各分岐管路に設けられた電磁弁とからなる構成を採ることもできる。

この発明によれば、汲み上げた地下水を加圧注水することにより、目詰まりの発生を防止することができ、このためフィルターやスクリーンなどの濾過設備、洗浄用ポンプなどが不要となる。したがって、復水井用の管も小径のもので済む。

また、復水井は深層部復水井と浅層部復水井とからなり、浅層部復水井から地下水を返送することにより、地下水位を低下させるべき領域以外の地下水位低下を防止する一方、揚水量が多い場合には深層部復水井から返送することにより、排水することなく確実に地下水を返送することができる。

また、この発明によれば、揚水量と全注水量との水量差と、地下水位とを監視し、その監視結果に基づいて、まず浅層部復水井への注水量を増減させ、その増減処理で対応できない場合に深層部復水井への注水量を増減させるという注水制御がなされる。このため、周辺の地下水位環境に大きな影響を与えることなく、汲み上げた地下水のほぼ全量を地中に戻すという完全なリチャージ工法を実現することができる。

図１は、この発明の実施形態を示す断面図である。掘削がなされる施工部位１又はその近くに揚水井２が設置されるのは、従来と同様である。この発明では、復水井が浅層部復水井３ａと、深層部復水井３ｂとの２種の復水井からなっている。

浅層部復水井３ａは、注水部４が浅層部、この実施形態では不透水層５の上方の透水層７に位置する復水井であり、施工部位１の周辺に複数本設置されている。また、深層部復水井３ｂは、注水部４が深層部、この実施形態では不透水層５の下方の透水層６に位置する復水井であり、施工部位１の周辺に複数本設置されている。

揚水井２から地下水を汲み上げることにより、自然地下水位Ｌ₀ がＬ₁ に低下し、施工部位１での掘削が可能になる。汲み上げられた地下水は、浅層部復水井３ａを通して注水部４から低圧で地中に加圧注水される。この浅層部復水井３ａからの地下水の返送により、施工部位１以外の領域の地下水位がＬ₂ に維持され、地下水位の低下が防止される。また、揚水量が多い場合、地下水は深層部復水井３ｂを通して注水部４から高圧で地中に加圧注水される。この深層部復水井３ｂからの地下水の返送により、地下水を排水することなく、確実に地中に返送することができる。

浅層部復水井３ａ及び深層部復水井３ｂからの地下水の注水は、いずれも地盤に割裂を生じさせる加圧注水である。このため、目詰まりが避けられないフィルターやスクリーンなどの濾過設備、洗浄用ポンプなどが不要である。したがって、浅層部復水井３ａ及び深層部復水井３ｂは、いずれも管径を小さくすることができる。

加圧注水することで従来の目詰まりの問題は回避することができる。ここで、仮に、浅層部復水井３ａのみよって地下水を返送するとした場合、低圧での返送であることから、復水井１本当たりの返送量を大きくとれず、その結果、復水井の本数を多くしなければならない。逆に、深層部復水井３ｂのみによって地下水を返送するとした場合、高圧での返送であることから返送量を大きくとることができるが、施工部位１以外の領域での地下水位低下を招くことになる。この発明は、従来の目詰まりの問題を回避するだけでなく、施工部位以外の領域の地下水位低下を防止しつつ、地下水の確実な返送を可能とした合理的なシステムである。

図２は、深層部復水井３ｂの詳細を示す断面図である。深層部復水井３ｂにはケーシングパイプ１０が設置され、このケーシングパイプ１０内に先端にストレーナ１１を有する注水管１２が設置されている。加圧注水される返送水の逆流を防止するために、ストレーナ１１の上方において注水管１２と孔壁との間に止水材１３が設けられている。浅層部復水井３ａの構造も、設置深さが異なるだけでほぼ同様である。

図３は、この発明による注水制御システムの実施形態を示す機能ブロック図である。図において領域Ａは地下水位を低下させる領域であり、例えば線路下の地盤の掘削施工部位１を含む領域である。この領域Ａには複数の揚水井２が設置される。領域Ｂは領域Ａの周辺にあって、浅層部の地下水位Ｌを低下させたくない領域であり、この領域Ｂには地下水位を制御することができる複数の浅層部復水井３ａが設置される。なお、複数の深層部復水井３ｂは、領域Ｂに設置されているが、浅層部の地下水位にはほとんど影響を与えることはないので、領域Ｂ以外の領域に設置してもよい。領域Ｂ又はその近くに、浅層部の地下水位Ｌを計測するための複数の観測井５０が設置され、これらの観測井５０には水位センサ５１が設けられている。この水位センサ５１の計測信号は制御装置６０に入力される。

揚水井２から汲み上げられた地下水は揚水管路５２を介して受水槽５３に受水される。この受水槽５３には浅層部返送管路５４ａ及び深層部返送管路５４ｂがそれぞれ接続され、これらの返送管路５４ａ，５４ｂには可変速ポンプ５５ａ，５５ｂがそれぞれ設けられている。地下水は可変速ポンプ５５ａ，５５ｂにより加圧され、返送管路５４ａ，５４ｂを介して浅層部復水井３ａ及び深層部復水井３ｂに供給され、地盤に加圧注水される。

揚水管路５２には揚水量を検出するための流量センサ５６が設けられ、その計測信号は制御装置６０に入力される。浅層部返送管路５４ａ及び深層部返送管路５４ｂには注水量を検出するための流量センサ５７ａ，５７ｂと、注水圧力（ポンプ圧）を検出するための圧力センサ５８ａ，５８ｂとがそれぞれ設けられ、これらの計測信号は制御装置６０に入力される。受水槽５３には受水されている地下水の水槽水位を検出するための水槽水位センサ５９が設けられ、その計測信号は制御装置６０に入力される。

制御装置６０は、水量差判定手段６１と地下水位判定手段６２と圧送装置制御手段６３とを備えている。水量差判定手段６１は、水槽水位センサ５９の計測信号に基づき揚水量と全注水量（浅層部復水井３ａへの注水量と深層部復水井３ｂへの注水量との総和）との差が設定範囲にあるか否かを判断するためのものである。ここで、設定範囲とは、図９に示すように、基本水位よりも水位が上昇した上限水位と、下降した下限水位との間の範囲のことである。図９において、水量差がゼロ（揚水量＝全注水量）のときは水槽水位は基本水位にあり、水量差があって揚水量＞全注水量のときは水槽水位は上限水位側（＋側）に変動し、揚水量＜全注水量のときは水槽水位は下限水位側（−側）に変動する。

地下水位判定手段６２は、観測井５０に設けられた水位センサ５１の計測信号に基づき地下水位が設定範囲にあるか否かを判断するためのものである。ここで、設定範囲とは、定常時の基本水位よりも地下水位が上昇した上限水位と、下降した下限水位との間の範囲のことである。この地下水位の基本水位及び上下限水位は、土質データや地盤の透水係数などを勘案して設定される。

圧送装置制御手段６３は、水量差判定手段６１及び地下水位判定手段６２の判定結果に基づき、可変速ポンプ５５ａ，５５ｂの作動を制御するためのものである。すなわち、水量差あるいは地下水位がそれぞれの設定範囲にないとき、可変速ポンプ５５ａ，５５ｂに制御信号を送り、その回転数を変化させて浅層部復水井３ａ及び深層部復水井３ｂへの注水量を変化させる。

次に、制御システムの動作を図４〜図８に示すフローチャートを参照して説明する。図４に示すように、リチャージ工法の実施中において、制御装置６０は水槽水位が図９に示した上下限設定範囲にあるか否かを判断する（ステップＳ１）。水槽水位が設定範囲にあれば、制御装置６０は地下水位が上下限設定範囲にあるか否かを判断する（ステップＳ２）。地下水位が設定範囲にあれば、運転続行状態であるかを判断し（ステップＳ３）、運転続行状態にあればステップＳ１に戻る。

ここで、ステップＳ１において水槽水位が設定範囲にないとされたとき、制御装置６０は水槽水位の変動が図９に示した上限側（＋側）か、下限側（−側）かを判断し（ステップＳ４）、上限側（＋側）すなわち揚水量＞全注水量であれば、注水量を増加させる処理を行う（ステップＳ５）。また、水槽水位変動が下限側（−側）すなわち揚水量＜全注水量であれば、注水量を減少させる処理を行う（ステップＳ６）。

図５は注水量増加処理（ステップＳ５）の詳細を示すフローチャートである。制御装置６０がこれを実行するのは前記したように、揚水量＞全注水量であって水槽水位が上限設定水位を超えていると判断した場合であり、まず水槽水位が上限警戒水位（図９参照）内にあるか否かをチェックし（ステップＳ5-1）、警戒水位を超えていれば警報を発したうえで（ステップＳ5-2）、浅層部返送管路５４ａの可変速ポンプ５５ａの回転数を増加させ、浅層部復水井３ａへの注水量を増加させる（ステップＳ5-3）。その際、制御装置６０は揚水管路５２に設けた流量センサ５６の計測データと、浅層部返送管路５４ａ及び深層部返送管路５４ｂに設けた流量センサ５７ａ，５７ｂの各計測データとから、必要増加注水量を演算処理し、その必要増加注水量データに基づき段階的に浅層部復水井３ａへの注水量を増加させる。

この注水量増加操作は、浅層部返送管路５４ａの圧力センサ５８ａ、観測井５０の地下水位センサ５１及び受水槽５３の水位センサ５９の各計測データをチェックしながら行われる（ステップＳ5-4，Ｓ5-5，Ｓ5-6）。すなわち、制御装置６０は、ステップＳ5-4で注水圧力（ポンプ圧）が上限設定値内と判断し、ステップＳ5-5で地下水位が上限設定値内と判断している場合には、ステップＳ5-6で水槽水位が−側に変化したと判断するまで、浅層部復水井３ａへの注水量を段階的に増加させる。

浅層部復水井３ａへの注水量増加により、制御装置６０がステップＳ5-4で注水圧力（ポンプ圧）が上限設定値に達した、あるいはステップＳ5-5で地下水位が上限設定値に達したと判断すると、制御装置６０は深層部返送管路５４ｂの可変速ポンプ５５ｂの回転数を増加させ、深層部復水井３ｂへの注水量を増加させる（ステップＳ5-7）。

この注水量増加操作は、深層部返送管路５４ｂの圧力センサ５８ｂ及び受水槽５３の水位センサ５９の各計測データをチェックしながら行われる（ステップＳ5-8，Ｓ5-9）。すなわち、制御装置６０は、ステップＳ5-8での判断結果、注水圧力（ポンプ圧）が上限設定値内であれば、ステップＳ5-9で水槽水位が−側に変化したと判断するまで、深層部復水井３ｂへの注水量を段階的に増加させる。
。

深層部復水井３ｂへの注水量増加により、制御装置６０がステップＳ5-8で注水圧力（ポンプ圧）が上限設定値に達したと判断すると、警報を発する（ステップＳ5-10）。この場合は、全揚水量を返送するのは困難なものとし、揚水量の一部を放流する（ステップＳ5-11）。

図６は注水量減少処理（ステップＳ６）の詳細を示すフローチャートである。制御装置６０がこれを実行するのは前記したように、揚水量＜全注水量であって水槽水位が下限設定水位を下回っていると判断した場合であり、まず水槽水位が下限警戒水位（図９参照）内にあるか否かをチェックし（ステップＳ6-1）、警戒水位を下回っていれば警報を発したうえで（ステップＳ6-2）、浅層部返送管路５４ａの可変速ポンプ５５ａの回転数を減少させ、浅層部復水井３ａへの注水量を減少させる（ステップＳ6-3）。その際、制御装置６０は、前記した注水量増加の場合と同様に、揚水量データと全注水量データとから必要減少注水量を演算処理し、その必要減少注水量データに基づき段階的に浅層部復水井３ａへの注水量を減少させる。

この注水量減少操作は、観測井５０の地下水位センサ５１及び受水槽５３の水位センサ５９の各計測データをチェックしながら行われる（ステップＳ6-4，Ｓ6-5）。すなわち、制御装置６０は、ステップＳ6-4で地下水位が下限設定値内と判断している場合には、ステップＳ6-5で水槽水位が＋側に変化したと判断するまで、浅層部復水井３ａへの注水量を段階的に減少させる。

浅層部復水井３ａへの注水量減少により、制御装置６０がステップＳ6-4で地下水位が下限設定値に達したと判断すると、制御装置６０は深層部返送管路５４ｂの可変速ポンプ５５ｂの回転数を減少させ、深層部復水井３ｂへの注水量を減少させる（ステップＳ6-6）。

この注水量減少操作は、深層部返送管路５４ｂの受水槽５３の水位センサ５９の計測データをチェックしながら行われる（ステップＳ6-7）。すなわち、制御装置６０は、ステップＳ6-7で水槽水位が＋側に変化したと判断するまで、深層部復水井３ｂへの注水量を段階的に減少させる。
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以上のような注水量増加処理（ステップＳ５）又は注水量減少処理（ステップＳ６）により、水槽水位は設定範囲に維持され、揚水量と全注水量との水量差は設定範囲に維持される。この注水量増加処理及び注水量減少処理は、いずれも、地下水位をチェックしながら、まず浅層部復水井３ａへの注水量を増減させ、その増減処理で対応できない場合にのみ深層部復水井３ｂへの注水量を増減させるという処理である。このため、施工部位周辺の地下水位環境に大きな影響を与えることなく、また、特殊な事態が発生した場合を除き、外部に放流をすることなく、施工部位で汲み上げた地下水を地中に全量戻すという完全なリチャージ工法を実現することができる。

この発明では上記のように、地下水位をチェックしながら、浅層部復水井３ａへの注水制御を主とし、深層部復水井３ｂへの注水制御を従として注水制御を行うので、水槽水位が設定範囲に維持されれば、通常は、地下水位も設定範囲あるいは設定範囲外となっても警戒水位には達しない範囲に維持されるものと考えられる。しかし、水槽水位が設定範囲に維持されていても、地下水流の変化などにより、施工部位周辺領域の予期しない地下水位変動もあり得ないことではない。そこで、この発明では、そのような場合であっても、地下水位を設定範囲に維持する処理を行っている。

すなわち、図４に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１で水槽水位が設定範囲にあると判断された場合であっても、前記したように制御装置６０はステップＳ２で地下水位が設定範囲にあるかどうかを判断する。その結果、地下水位が設定範囲にないと判断されれば、制御装置６０は地下水位の変動が上限側（＋側）か、下限側（−側）かを判断し（ステップＳ７）、下限側（−側）であれば、注水量を増加させる処理を行う（ステップＳ８）。また、地下水位の変動が上限側（＋側）であれば、注水量を減少させる処理を行う（ステップＳ９）。

図７は注水量増加処理（ステップＳ８）の詳細を示すフローチャートである。制御装置６０がこれを実行するのは前記したように、地下水位が下限設定水位を下回っていると判断した場合であり、まず地下水位が下限警戒水位内にあるか否かをチェックし（ステップＳ8-1）、警戒水位を下回っていれば警報を発したうえで（ステップＳ8-2）、浅層部返送管路５４ａの可変速ポンプ５５ａの回転数を増加させ、浅層部復水井３ａへの注水量を増加させる（ステップＳ8-3）。その際、制御装置６０は、予め設定された地下水位の変動量に対する注水量の関係から必要増加注水量を演算し、その必要増加注水量データに基づき段階的に浅層部復水井３ａへの注水量を増加させる。

この注水量増加操作は、浅層部返送管路５４ａの圧力センサ５８ａ、受水槽５３の水位センサ５９及び観測井５０の地下水位センサ５１の各計測データをチェックしながら行われる（ステップＳ8-4，Ｓ8-5，Ｓ8-6）。すなわち、制御装置６０は、ステップＳ8-4で注水圧力（ポンプ圧）が上限設定値内にないと判断した場合には警報を発する（ステップＳ8-7）。そして、ステップＳ8-5で水槽水位が下限設定値内であれば、ステップＳ8-6で地下水位が＋側に変化したと判断するまで、浅層部復水井３ａへの注水量を段階的に増加させる。

浅層部復水井３ａへの注水量増加により、制御装置６０がステップＳ8-5で水槽水位が下限設定値に達したと判断すると、制御装置６０は深層部返送管路５４ｂの可変速ポンプ５５ｂの回転数を減少させ、深層部復水井３ｂへの注水量を減少させる（ステップＳ8-8）。この注水量減少操作は、受水槽５３の水位センサ５９の計測データをチェックしながら行われ（ステップＳ8-9）、制御装置６０はステップＳ8-9での判断結果、水槽水位が＋側に変化したと判断するまで、深層部復水井３ｂへの注水量を段階的に減少させる。

深層部復水井３ｂへの注水量減少により、ステップＳ8-9で水槽水位が＋側に変化したと判断されれば、水槽水位の設定範囲内での浅層部復水井３ａへの注水量増加が再び可能となる。そこで、制御装置６０は、ステップＳ8-6に戻って地下水位が＋側に変化しているかどうかをチェックし、変化していなければ再び浅層部復水井３ａへの注水量を増加させる（ステップＳ8-3）。

図８は注水量減少処理（ステップＳ９）の詳細を示すフローチャートである。制御装置６０がこれを実行するのは前記したように、地下水位が上限設定水位を超えていると判断した場合であり、まず地下水位が上限警戒水位内にあるか否かをチェックし（ステップＳ9-1）、警戒水位を超えていれば警報を発したうえで（ステップＳ9-2）、浅層部返送管路５４ａの可変速ポンプ５５ａの回転数を減少させ、浅層部復水井３ａへの注水量を減少させる（ステップＳ9-3）。その際、制御装置６０は、予め設定された地下水位の変動量に対する注水量の関係から必要減少注水量を演算し、その必要減少注水量データに基づき浅層部復水井３ａへの注水量を段階的に減少させる。

この注水量減少操作は、受水槽５３の水位センサ５９及び観測井５０の地下水位センサ５１の各計測データをチェックしながら行われる（ステップＳ9-4，Ｓ9-5）。すなわち、制御装置６０は、ステップＳ9-4で水槽水位が上限設定値内であれば、ステップＳ9-5で地下水位が−側に変化したと判断するまで、浅層部復水井３ａへの注水量を段階的に減少させる。

浅層部復水井３ａへの注水量減少により、制御装置６０がステップＳ9-4で水槽水位が上限設定値に達したと判断すると、制御装置６０は深層部返送管路５４ｂの可変速ポンプ５５ｂの回転数を増加させ、深層部復水井３ｂへの注水量を増加させる（ステップＳ9-6）。この注水量増加操作は、深層部返送管路５４ｂの圧力センサ５８ｂ及び受水槽５３の水位センサ５９の各計測データをチェックしながら行われる（ステップＳ9-7，Ｓ9-8）。すなわち、制御装置６０は、ステップＳ9-7での判断結果、注水圧力（ポンプ圧）が上限設定値内であれば、ステップＳ9-8で水槽水位が−側に変化したと判断するまで、深層部復水井３ｂへの注水量を段階的に増加させる。

深層部復水井３ｂへの注水量増加により、制御装置６０がステップＳ9-7で注水圧力（ポンプ圧）が上限設定値に達したと判断すると、警報を発する（ステップＳ9-9）。この場合は、深層部復水井３ｂへの注水量増加によっては、水槽水位を設定範囲に維持しながら浅層部復水井３ａへの注水量を減少させるのは困難なものとし、揚水量の一部を放流する（ステップＳ9-10）。

深層部復水井３ｂへの注水量増加により、ステップＳ9-8で水槽水位が−側に変化したと判断されれば、水槽水位の設定範囲内での浅層部復水井３ａへの注水量減少が再び可能となる。そこで、制御装置６０は、ステップＳ9-5に戻って地下水位が−側に変化しているかどうかをチェックし、変化していなければ再び浅層部復水井３ａへの注水量を減少させる（ステップＳ9-3）。

以上のような注水量増加処理（ステップＳ８）又は注水量減少処理（ステップＳ９）により、揚水量と全注水量との差が設定範囲にありながら、地下水流の変動などにより地下水位に変動が生じた場合でも、その地下水位を設定範囲に維持することができる。

図１０は制御システムの別の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態では受水槽５３から浅層部復水井３ａ及び深層部復水井３ｂに地下水を返送する返送管路は、受水槽５３に連結された共通管路６４と、共通管路６４から分岐する分岐管路６４ａ，６４ｂとで構成されている。そして共通管路６４に可変速ポンプ６５が設けられ、分岐管路６４ａ，６４ｂに電磁弁６６ａ，６６ｂがそれぞれ設けられている。

したがって、浅層部圧送装置は浅層部返送管路６４，６４ａに設けられた可変速ポンプ６５と電磁弁６６ａとによって構成され、また深層部圧送装置は深層部返送管路６４，６４ｂに設けられた可変速ポンプ６５と電磁弁６６ｂとによって構成される。この実施形態の場合、浅層部復水井３ａ及び深層部復水井３ｂへの各注水量の増減操作は、可変速ポンプ６５の回転数と電磁弁６６ａ，６６ｂの開度を変化させることにより行われる。

上記各実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記制御システムの実施形態では受水槽５３に設けた水位センサ５９から得られる計測データによって揚水量と全注水量との水量差を検出しているが、これに限るものではない。すなわち、揚水管路５２に設けた流量センサ５６、浅層部返送管路５４ａ及び深層部返送管路５４ｂにそれぞれ設けた流量センサ５７ａ，５７ｂの各計測データから揚水量と全注水量との水量差を演算し、これを検出水量差とする構成を採ることもできる。

この発明によるリチャージ工法の実施形態を示す断面図である。 深層部復水井の詳細を示す断面図である。 注水制御システムの実施形態を示す機能ブロック図である。 制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 水槽水位が変動したときの注水量増加処理を説明するためのフローチャートである。 水槽水位が変動したときの注水量減少処理を説明するためのフローチャートである。 地下水位が変動したときの注水量増加処理を説明するためのフローチャートである。 地下水位が変動したときの注水量減少処理を説明するためのフローチャートである。 水槽水位の設定範囲を示す図である 注水制御システムの別の実施形態を示す図である。 従来工法を示す断面図である。

符号の説明

１ 施工部位
２ 揚水井
３ａ 浅層部復水井
３ｂ 深層部復水井
４ 注水部
５ 不透水層
６ 透水層
７ 透水層
１０ ケーシングパイプ
１１ ストレーナ
１２ 注水管
１３ 止水材
５０ 観測井
５１ 地下水位センサ
５２ 揚水管路
５３ 受水槽
５４ａ 浅層部返送管路
５４ｂ 深層部返送管路
５５ａ，５５ｂ 可変速ポンプ
５６ 流量センサ
５７ａ，５７ｂ 流量センサ
５８ａ，５８ｂ 圧力センサ
５９ 水槽水位センサ
６０ 制御装置
６１ 水量差判定手段
６２ 地下水位判定手段
６３ 圧送装置制御手段
６４ 共通管路
６４ａ，６４ｂ 分岐管路
６５ 可変速ポンプ
６６ａ，６６ｂ 電磁弁
Ａ 地下水位を低下させる領域領域
Ｂ 地下水位を低下させたくない領域

Claims (12)

1. 揚水井から地下水を汲み上げることにより所要部位の地下水を低下させ、汲み上げた地下水を復水井を通して地中に注水して返送するリチャージ工法において、
   前記復水井として注水部が浅層部に位置する浅層部復水井と、注水部が深層部に位置する深層部復水井とを設置し、
   前記浅層部復水井からは低圧で、前記深層部復水井からは高圧でそれぞれ加圧注水することにより、地下水を返送することを特徴とするリチャージ工法。
2. 揚水井と、注水部が浅層部に位置する浅層部復水井と、注水部が深層部に位置する深層部復水井とを設置し、前記揚水井から地下水を汲み上げることにより所要部位の地下水位を低下させるとともに、汲み上げた地下水を加圧して前記浅層部復水井及び深層部復水井を通して地下水を返送するリチャージ工法において、
   揚水量と浅層部復水井及び深層部復水井への全注水量との差と、浅層部の地下水位とがそれぞれ設定範囲にあるか否かを監視し、
   この監視結果に基づき、前記浅層部復水井への注水を主とし、前記深層部復水井への注水を従として、それぞれの注水量を変化させることを特徴とするリチャージ工法における注水制御方法。
3. 揚水量と全注水量との差が設定範囲にないとき、浅層部復水井への注水量を変化させ、
   前記浅層部復水井への注水量の変化によって前記地下水位が上下限設定値に達したとき、前記深層部復水井への注水量を変化させることを特徴とする請求項２記載のリチャージ工法における注水制御方法。
4. 揚水量と全注水量との差が設定範囲にあって、前記地下水位が設定範囲にないとき、浅層部復水井への注水量を変化させ、
   前記浅層部復水井への注水量の変化によって、揚水量と全注水量との差が上下限設定値に達したとき、前記深層部復水井への注水量を変化させることを特徴とする請求項２記載のリチャージ工法における注水制御方法。
5. 揚水井と、注水部が浅層部に位置する浅層部復水井と、注水部が深層部に位置する深層部復水井とを設置し、前記揚水井から地下水を汲み上げることにより所要部位の地下水位を低下させるとともに、汲み上げた地下水を加圧して前記浅層部復水井及び深層部復水井を通して地下水を返送するリチャージ工法を実施するための注水制御システムであって、
   揚水井から汲み上げた地下水を受水する受水槽と、
   この受水槽から前記浅層部復水井及び前記深層部復水井に地下水をそれぞれ返送するための浅層部返送管路及び深層部返送管路と、
   この浅層部返送管路及び深層部返送管路にそれぞれ設けられ、地下水を加圧して返送するための浅層部圧送装置及び深層部圧送装置と、
   揚水量と浅層部復水井及び深層部復水井への全注水量との差を検出する水量差検出手段と、
   浅層部の地下水位を検出する地下水位検出手段と、
   前記水量差検出手段と地下水位検出手段との検出結果に基づき、前記浅層部圧送装置及び深層部圧送装置の各作動を制御する制御装置と
   を備えてなることを特徴とするリチャージ工法実施のための注水制御システム。
6. 前記制御装置は、
   前記水量差が設定範囲内にあるか否かを判定する水量差判定手段と、
   前記地下水位が設定範囲内にあるか否かを判定する地下水位判定手段と、
   前記水量差判定手段及び地下水位判定手段の判定結果に基づき、前記浅層部圧送装置及び深層部圧送装置の各作動を制御する圧送装置制御手段と
   を備えてなることを特徴とする請求項５記載のリチャージ工法実施のための注水制御システム。
7. 前記圧送装置制御手段は、前記水量差が設定範囲にないとき、前記浅層部圧送装置の作動を制御して浅層部復水井への注水量を変化させ、前記浅層部復水井への注水量の変化によって前記地下水位が上下限設定値に達したとき、前記深層部圧送装置の作動を制御して前記深層部復水井への注水量を変化させることを特徴とする請求項６記載のリチャージ工法実施のための注水制御システム。
8. 前記圧送装置制御手段は、前記水量差が設定範囲にあって、前記地下水位が設定範囲にないとき、前記浅層部圧送装置の作動を制御して浅層部復水井への注水量を変化させ、前記浅層部復水井への注水量の変化によって前記水量差が上下限設定値に達したとき、前記深層部圧送装置の作動を制御して前記深層部復水井への注水量を変化させることを特徴とする請求項６記載のリチャージ工法実施のための注水制御システム。
9. 前記水量差検出手段は、前記受水槽に設けられた水位センサからなることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１記載のリチャージ工法実施のための注水制御システム。
10. 前記地下水位検出手段は、浅層部に設置された観測井に設けられた水位センサからなることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１記載のリチャージ工法実施のための注水制御システム。
11. 前記浅層部圧送装置及び深層部圧送装置は、可変速ポンプからなることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１記載のリチャージ工法実施のための注水制御システム。
12. 前記浅層部返送管路及び深層部返送管路は、前記受水槽に連結された共通管路と、この共通管路から分岐して浅層部復水井及び深層部復水井に延びる分岐管路とで構成され、
    前記浅層部圧送装置及び深層部圧送装置は、前記共通管路に設けられた可変速ポンプと、各分岐管路に設けられた電磁弁とからなることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１記載のリチャージ工法実施のための注水制御システム。

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