JP2010090566A - 地下水取水施設 - Google Patents

Abstract

【課題】地下ダムにより地下水を有効に取水可能であり、施工を合理的かつ経済的に行い得る有効適切な地下水取水施設を提供する。
【解決手段】高透水層３の要所に止水壁を構築して地下水を堰き止め、その近傍の難透水層中に底部が高透水層の底部よりもさらに深部に達する立坑８を構築し、高透水層内の底部に集水トンネル７を設けてその下流端部を立坑８の底部に接続し、高透水層内の各所に集水孔６を多数設けてそれらの下流端部を集水トンネル７に接続し、立坑の最底部に地下水を揚水する水中ポンプ９を設置するための吸水槽１０を設ける。集水トンネルを高透水層の底部よりさらに下部の難透水層内に設けても良い。集水トンネルを止水壁の長さ方向に沿って設けて集水孔を高透水層に上流側に向けて設ける。あるいは、集水トンネルを止水壁から距離をおいて設ける場合には集水孔を下流側に向けて設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は地下水取水施設に関し、特に難透水層上に堆積している高透水層内を流下する地下水を止水壁により堰き止めて取水する構造の地下水取水施設に関する。

この種の地下水取水施設としては、たとえば特許文献１に示されるようないわゆる地下ダムによるものが提案されている。
これは、上面に谷地形を有する難透水層上に堆積している高透水層からの取水を行うものであって、高透水層内の下流側に地下ダムとして機能する止水壁を設けてそこで地下水を堰き止めることによりその上流側に地下水の貯留域を形成し、そこに多数の集水孔と集水トンネル設けるとともにそれらにより集水した地下水を立坑により揚水するようにしたものであり、貯留域に死水域が生じることなくその全域から有効に取水可能なものである。
特開２００７−４６３２３号公報

しかし、特許文献１に示される地下水取水施設は立坑を止水壁の上流側の高透水層内に設置していることから、立地条件によってはその施工が不可能であったり、可能であっても非常に困難がある。
すなわち、充分な地下水が存する高透水層に立坑を施工する際には、地盤強度によっては施工時の地盤安定性を確保できない場合があるので大がかりな支保や充分な仮設工事を必要とするばかりでなく、多量の湧水（地下水）が切羽に集中することが不可避であるのでその排水のためにも多大な手間と費用を要する。そのため、この種の施設の施工に際しては特に立坑の施工を合理的かつ経済的に行うことが不可能ないし困難であって、そのことがこの種の施設の普及を阻む一因ともなっていた。

上記事情に鑑み、本発明は地下ダムによって高透水層全域から有効に取水可能であり、かつその施工を合理的かつ経済的に行い得る有効適切な地下水取水施設を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、難透水層の上部に形成されている溝状凹部内に高透水層が堆積している地盤を対象として、前記高透水層内を流下する地下水を集水し取水するための地下水取水施設であって、前記高透水層の要所に地下ダムとして機能する止水壁を構築して該高透水層内を流下する地下水を堰き止めるとともに、該止水壁の近傍の難透水層中に底部が前記高透水層の底部よりもさらに深部に達する立坑を構築し、前記高透水層内の底部に前記立坑に向かって下がり勾配の集水トンネルを設けて該集水トンネルの下流端部を前記立坑の底部に接続するとともに、前記高透水層内の各所に前記集水トンネルに向かって下がり勾配の集水孔を多数設けてそれら集水孔の下流端部を前記集水トンネルに接続することにより、前記高透水層内の各所から前記集水孔および前記集水トンネルを介して前記立坑に地下水を集水可能とし、前記立坑の最底部に、該立坑に集水した地下水を揚水する水中ポンプを設置するための吸水槽を設けてなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の地下水取水施設において、前記集水トンネルを前記高透水層内の底部に設けることに代えて前記溝状凹部の底部よりさらに下部の難透水層内に設けてなることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明の地下水取水施設において、前記集水トンネルを前記止水壁の上流側近傍位置に該止水壁の長さ方向に沿って設けるとともに、前記集水孔を該集水トンネルから前記高透水層にその上流側斜め上方に向けて設けてなることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明の地下水取水施設において、前記集水トンネルを前記止水壁の上流側に該止水壁と距離をおいた位置においてその長さ方向に沿って設けるとともに、前記集水孔を該集水トンネルから前記高透水層内にその上流側斜め上方および下流側斜め上方に向けて設けてなることを特徴とする。

本発明によれば、従来のこの種の地下水取水施設と同様に、地下ダムとしての止水壁の上流側の高透水層の全域から地下水を有効に取水可能であることはもとより、立坑を高透水層の側方の難透水層中に設けるので、立坑を高透水層内に設ける従来の場合のように施工時の地盤安定性や湧水処理が大きな問題になることはなく、したがって立坑を含めて施設全体を合理的かつ経済的に施工することが可能となる。

加えて、立坑のみならず集水トンネルも同様に難透水層中に設けることにより、集水トンネルも合理的かつ経済的に施工することができる。

また、集水トンネルは可及的に止水壁近傍に設けることが好ましく、その場合には集水孔を集水トンネルから上流側に向けて設けることで全域から有効に取水可能であるが、集水トンネルを止水壁と距離をおいて設ける場合や、立地条件から距離をおかざるを得ない場合には、集水孔を上流側のみならず下流側（止水壁側）に向けて設けることにより、止水壁近傍の領域に死水域が生じることなくそこからも有効に取水することが可能である。

「第１実施形態」
図１〜図３に本発明の第１実施形態である地下水取水施設を示す。これは、基盤岩からなる難透水層１の上部に形成されている溝状凹部２内に高透水層３が堆積している地盤を対象として、その高透水層３内を海域４に向かって流下する地下水を集水して取水するための施設である。

本実施形態の施設は、高透水層３の下流側の地盤内に地下ダムとして機能する止水壁５を構築して高透水層３内を流下する地下水を堰き止め、その上流側を地下水の貯留域としてそこから集水孔６、集水トンネル７、立坑８を介して地下水を取水することを主眼とするものであり、止水壁５の上流側に死水域（地下水を集水不能な領域）が生じることなくほぼその全域から有効に取水できるものである。

本実施形態の施設においては、集水トンネル７を止水壁５の上流側近傍においてその長さ方向（溝状凹部２の幅方向）に設けており、かつその断面形状を馬蹄形として溝状凹部２の底部からその上部に堆積している高透水層３の底部に跨るように形成している。
そして、その集水トンネル７から高透水層３の上流側の各所に向けて多数の集水孔６を設けるとともに、それら集水孔６を溝状凹部２の底部の傾斜に沿って高透水層３の底部に設けた底部集水孔６ａと、それよりも斜め上方に向けられた上部集水孔６ｂとにより構成して、それら底部集水孔６ａと上部集水孔６ｂをそれぞれ充分に密な間隔で多数設けることにより取水可能な利用水深（止水壁５により確保される地下水面ＷＬから底部集水孔６ａの位置までの範囲）を充分に大きく確保し、それにより止水壁５の上流側に死水域が生じることなくその全域から地下水を有効に集水できるものとされている。

本実施形態における上記構成は特許文献１に示される従来の施設とほぼ共通するが、従来の施設においては立坑を高透水層内に設けていたのに対し、本実施形態においては図３に示すように立坑８を高透水層３の側方の安定な難透水層１内に設けており、それによりこの施設の施工を従来より各段に合理化できるものとなっている。
すなわち、従来のように立坑８を高透水層３に設ける場合にはその施工時の地盤安定性の確保と湧水処理が大きな問題になるのであるが、本実施形態では立坑８を難透水層１に設けることでそのような従来の問題を自ずと回避でき、施工時の地盤安定性や湧水処理のための手間や費用を省略ないし大幅に軽減可能である。

勿論、立坑８を難透水層１に設けても、立坑８の底部が溝状凹部２の底部よりも深部に達するように設けて、その最底部に水中ポンプ９を設置するための吸水槽１０を設け、かつその吸水槽１０には水中ポンプ９が支障なく稼働し得るような充分な有効水深と有効貯水量および砂溜まりを確保しておき、高透水層３の底部に設けた集水トンネル７を立坑８に向かって下がり勾配となるように設けてその下流端部を立坑８の底部に接続することにより、従来と同様に地下水を集水孔６、集水トンネル７を介して立坑８まで有効に集水可能であるし、そこから水中ポンプ９により揚水管１１を通して支障なく取水することが可能である。

なお、本実施形態においては集水トンネル７を高透水層３内の底部に設けることから、その施工に際しても地盤安定性確保のための支保や多量の湧水処理が必要となるが、横坑としての集水トンネル７は立坑８に比べて合理的な施工が可能であるので通常は特に問題にはならない。
たとえば集水トンネル７の施工をシールド工法により行うことで確実な支保が可能であるし、集水トンネル７を立坑８から上り勾配で掘進することにより湧水を自然流下させて立坑８を通して容易に排水することが可能であるから、集水トンネル７を高透水層３内に施工することは大きな問題とはならず、通常は集水トンネル７を従来のように高透水層３内に設けることで充分である。
勿論、集水孔６の施工は集水トンネル７内からボーリングを行うことで特に支障なく実施することができる。

以上のように、本実施形態の施設によれば、立坑８を高透水層３近傍の難透水層１に設けることにより、従来のこの種の地下水取水施設と同様に地下ダムとしての止水壁５の上流側の高透水層３の全域から地下水を有効に取水可能であることはもとより、立坑８を高透水層３内に設ける場合のように施工時の地盤安定性や湧水処理が大きな問題になることはなく、したがって立坑８を含めて施設全体を合理的かつ経済的に施工することが可能となり、この種の施設を立地条件に左右されることなく各地に設置することが可能となってその普及を充分に図ることが可能となる。

「第２実施形態」
図４〜図６に本発明の第２実施形態である地下水取水施設を示す。
上記の第１実施形態においては立坑８のみを難透水層１に設置し、集水トンネル７は高透水層３の底部に設けるようにしたが、本第２実施形態では集水トンネル７も難透水層１に設けたものである。
すなわち、上述したように集水トンネル７は高透水層３内に設けることで通常は充分であるが、高透水層３の地盤状況や立地条件によって集水トンネル７を高透水層３内に設け難いような場合、あるいは難透水層１に設けることがより有利な場合には、図６に示すように集水トンネル７を溝状凹部２の底部よりもさらに下部の難透水層１内に設置するようにしたものである。
この場合も、集水トンネル７を止水壁５の上流側近傍において立坑８に向かって下がり勾配で設置し、図４に示すように集水トンネル７から高透水層３の上流側に向けて多数の集水孔６（底部集水孔６ａおよび上部集水孔６ｂ）を設けることにより、第１実施形態と同様に高透水層３全域から支障なく集水が可能である。

「第３実施形態」
図７〜図９に本発明の第３実施形態である地下水取水施設を示す。
これは、上記の第２実施形態を基本とするものであるが、集水トンネル７の位置を第２実施形態の場合よりもやや上流側に変更して集水トンネル７を止水壁５との間に距離をおいて設ける場合の適用例である。
この場合は、第１実施形態や第２実施形態と同様に集水孔６を高透水層３の上流側に向けて設けることのみでは止水壁５近傍に死水域が生じるので、本第３実施形態では図７に示すように底部集水孔６ａを上流側に向けて設けることに代えて下流側（止水壁５側）に向けて設けており、それにより利用水深を大きく確保できて止水壁５の近傍からも有効に集水可能とされている。
本第３実施形態は、集水トンネル７や立坑８を止水壁５の近傍に設けることができないような立地条件の場合や、高透水層３の底部の傾斜が急勾配であるような場合に好適である。

なお、本第３実施形態においては、上記のように底部集水孔６ａを下流側に向けて設けることに加えて、底部集水孔６ａを第１、第２実施形態の場合と同様に上流側に向けて設けるようにしても良い。
また、上述した第１、第２実施形態の場合においても、底部集水孔６ａを上流側に向けて設けることに加えて、あるいはそれに代えて、本第３実施形態のように底部集水孔６ａを下流側に向けて設けても良い。

以上で本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものでは勿論なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、すなわち止水壁５の上流側で地下水を集水孔６および集水トンネル７により集水し、難透水層１内に設置した立坑８を通して取水する構成とする限りにおいて、適宜の設計的変更や応用が可能である。
たとえば、上記実施形態は立坑８および集水トンネル７を１本づつ設けた場合の例であるが、必要であれば立坑８を高透水層３の片側あるいは両側に複数設けたり、集水トンネル７も設置高さや方向を代えて複数設けることも考えられる。勿論、立坑８や集水トンネル７、集水孔６の位置、規模、断面形状、施工方法は任意であり、立地条件や施設全体の規模その他の諸条件を考慮してそれぞれ最適設計を行えば良い。

また、上記各実施形態のように集水トンネル７は立坑８に向かって下がり勾配で設けることが現実的であるが、高透水層３の底部形状（難透水層１の上部に形成されている溝状凹部２の底部の形状）がたとえば大きな不陸を生じているような場合においては、集水トンネル７をその勾配に合わせて形成することも考えられる。
その場合において集水トンネル７の最深部が立坑８の直下にならない場合、可能であれば集水トンネル７の最深部にも吸水槽を設けてそこに水中ポンプを設置し、立坑８に設けた吸水槽１０からの揚水と併せて双方から揚水することが考えられる。

本発明の第１実施形態である地下水取水施設を示す側断面図である。 同、平面図である。 同、正断面図（図２におけるIII−III線視図）である。 本発明の第２実施形態である地下水取水施設を示す側断面図である。 同、平面図である。 同、正断面図（図５におけるVI−VI線視図）である。 本発明の第３実施形態である地下水取水施設を示す側断面図である。 同、平面図である。 同、正断面図（図８におけるIX−IX線視図）である。

符号の説明

１ 難透水層
２ 溝状凹部
３ 高透水層
４ 海域
５ 止水壁（地下ダム）
６ 集水孔
６ａ 底部集水孔
６ｂ 上部集水孔
７ 集水トンネル
８ 立坑
９ 水中ポンプ
１０ 吸水槽
１１ 揚水管

Claims (4)

1. 難透水層の上部に形成されている溝状凹部内に高透水層が堆積している地盤を対象として、前記高透水層内を流下する地下水を集水し取水するための地下水取水施設であって、
   前記高透水層の要所に地下ダムとして機能する止水壁を構築して該高透水層内を流下する地下水を堰き止めるとともに、該止水壁の近傍の難透水層中に底部が前記高透水層の底部よりもさらに深部に達する立坑を構築し、
   前記高透水層内の底部に前記立坑に向かって下がり勾配の集水トンネルを設けて該集水トンネルの下流端部を前記立坑の底部に接続するとともに、前記高透水層内の各所に前記集水トンネルに向かって下がり勾配の集水孔を多数設けてそれら集水孔の下流端部を前記集水トンネルに接続することにより、前記高透水層内の各所から前記集水孔および前記集水トンネルを介して前記立坑に地下水を集水可能とし、
   前記立坑の最底部に、該立坑に集水した地下水を揚水する水中ポンプを設置するための吸水槽を設けてなることを特徴とする地下水取水施設。
2. 請求項１記載の地下水取水施設であって、
   前記集水トンネルを前記高透水層内の底部に設けることに代えて前記溝状凹部の底部よりさらに下部の難透水層内に設けてなることを特徴とする地下水取水施設。
3. 請求項１または２記載の地下水取水施設であって、
   前記集水トンネルを前記止水壁の上流側近傍位置に該止水壁の長さ方向に沿って設けるとともに、前記集水孔を該集水トンネルから前記高透水層にその上流側斜め上方に向けて設けてなることを特徴とする地下水取水施設。
4. 請求項１または２記載の地下水取水施設であって、
   前記集水トンネルを前記止水壁の上流側に該止水壁と距離をおいた位置においてその長さ方向に沿って設けるとともに、前記集水孔を該集水トンネルから前記高透水層内にその上流側斜め上方および下流側斜め上方に向けて設けてなることを特徴とする地下水取水施設。

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