JP2010150754A - 雨水の活用方法及び設備 - Google Patents

Abstract

【課題】積雪地帯における雨水（雪解け水及び河川水を含む）の活用方法とその設備に関し、特に冬期における積雪と非冬期における雨水等によってもたらされる洪水とに効果的に対応する方法及び設備を提供する。
【解決手段】地下水を揚水する揚水井戸12と揚水した地下水を散水する散水装置とを備えた消雪設備の揚水井戸12に雨水を導入して飽和帯に雨水を導入することにより雨水による洪水を防止すると共に消雪時の揚水による地下水位の低下を防止する。
【選択図】図６

Description

本発明は積雪地帯における雨水（雪解け水及び河川水を含む）の活用方法とその設備に関し、特に冬期における積雪と非冬期における雨水等によってもたらされる洪水とに効果的に対応する方法及び設備に関する。

近年、温暖化現象が原因と見られる予想以上のメソスケールでの集中豪雨（１９７６年から１９８７年は１０００地点あたり１０．３回、１９９８年から２００７年は１８．５回とゲリラ豪雨は１０年間でほぼ倍増）で、中小河川の洪水、さらに、下水道等の設備が不十分な、市街地での内水氾濫が目立って多くなり、それに伴い、貴重な財産や人畜等の被害が日本の各地で多発している。

通常の下水道計画では、５０ｍｍ／時間程度の降雨量を目標としているが、地域によっては３０ｍｍ／時間を流せないところもある。近年では、時間降雨量が５０ｍｍ／時間を越え１００ｍｍ／時間前後といった異常豪雨も多発している。

緊急対策として下水道の処理能力をあげることが考えられるが、多額の資金を必要とするだけでなく、地盤への降雨浸透も減らすことになり、地下水位低下による地盤沈下・水枯れ現象・砂漠化現象、地下水蒸発量の低下による緑化の減少とヒートアイランド現象の加速などの環境問題を引き起こすことにも繋がる。

一方、積雪地域での道路、駐車場、公園、屋根等に積もった雪の処理手段の一つとして１５〜１７℃の一定温度をもつ地下水を汲み上げて消雪しようとする個所に散水する方法が日本海側の地域で広く実用されている。この方法は、地下水を汲み上げる揚水用井戸を多数本つくり（一例として新潟県見附市では、市の管理だけで約４００本、さらに各自治会、個人を合わせれば概ね１，４００本の揚水用井戸が掘られている）、汲み上げた地下水を道路その他に設置した散水装置から散水して消雪する方法である。

この方法で用いる揚水井戸１２は、通常直径１５〜２５ｃｍ程度のケーシングパイプを地下水のある飽和帯２０まで設置し、その中に揚水用の水中ポンプ１６と揚水パイプ１５を配置したものだが、一市町村に極めて多数本（５００〜１０，０００本程度）設置されていることも原因し、当該地域の地盤沈下を引き起こすことが多く、したがって地下水の汲み上げが規制されている地域もある。また、夏期等の不使用期間が長く利用効率が低いという問題点も有している。

このような事情から、消雪手段として、地下水の熱を有効利用する手段、地下水を利用しない手段やその利用量を低減する手段の開発も進んでいる（特許文献１、特許文献２、特許文献３）。
これらの手段はいずれも従来の技術を新しい消雪手段で置き換える手段であり、既設設備を活用するという概念は含まれていない。

特開平８−１３６０８５号公報 特開２０００−９６５３２号公報 特開２００４−３６０２８３号公報

本発明の目的は、近年増加傾向にある都市型集中豪雨等による洪水を効果的且つ経済的に抑制する技術を提供することにある。
本発明の更なる目的は、地下水位低下に伴なう地盤沈下をも効果的且つ経済的に抑制し、環境保全する技術を提供することにある。

本発明は、第１に、地下水を揚水する揚水井戸１２と揚水した地下水を散水する散水装置９、１３とを備えた消雪設備の揚水井戸１２に雨水を導入して飽和帯２０に雨水を導入することにより雨水による洪水を防止すると共に消雪時の揚水に伴う地下水位の低下を防止することを特徴とする雨水の処理及び活用方法である。

本発明は、第２に、水中ポンプ１６を備えた揚水パイプ１５を内部に配した揚水井戸１２及び該揚水パイプ１５と給水パイプ１３を介して接続している散水装置９とをもつ消雪設備並びに雨水を収集し揚水井戸１２に注入する雨水収集注入設備７、２２とを組合せたことを特徴とする消雪兼洪水兼地下水位低下防止装置である。

本発明により、現在広く実用されている既設の消雪設備にわずかな付帯設備を取りつけることによって、消雪作業を損なうことなく、集中豪雨等の際の洪水を防止し且つ消雪作業による地下水位の低下に伴って起こる地盤沈下を効果的に抑制することが可能となる。

既設の設備にわずかな付帯設備を取りつけるだけであり、構造上の安全性、生態系や水環境の保全性が高く、土地利用上の支障も無く、施工が容易で、経済性に優れ、維持管理等の留意事項も不要であるといった利点も有している。
また、揚水と注入という逆の水の流れを反復的に形成することから、揚水井戸及び揚水パイプの目詰まりを効果的に防止することができる。

図１〜３は既設の消雪施設を利用する一態様を示し、図１及び２は集水・導入の平面及び断面を、また図３は注入の断面を示すものである。
本発明は地下水を利用する既設の消雪設備を用いることを基本としている。地下水を利用した消雪設備は、前記したように、多くの積雪地帯で広く利用されており、通常直径１５〜２５ｃｍ程度のケーシングパイプを地下水のある飽和帯２０まで設置し、その中に揚水用の水中ポンプ１６つきの揚水パイプ１５を飽和帯（地下水部）２０から地上部まで配し、さらに給水パイプ１３と接続して消雪すべき散水域に配した通常複数の散水ノズル１０からなる散水装置から散水して消雪する設備である。揚水パイプ１５と連結した給水パイプ１３には通常チェッキ弁、仕切弁、ストレーナ及び流量計が設けられている。

このような揚水井戸は、前記したように、積雪地帯の都市部等に一市町村当り既に５００〜１０，０００本程度といった多数本設置されている。
本発明は、このような既設の消雪用揚水井戸に、同地区の公共施設・集合住宅・戸建て住宅等の屋根や庭、学校、公園、駐車場、道路、歩道等に降った雨水（雪解け水等も含む）を注入するものである。

屋根２や道路１１等の雨水は通常側溝２３等を通って排水されており、近年では浸透型流出抑制施設に収集して直接地盤に浸透させて河川への流出を抑制する手段等もとられている。

本発明では、屋根２や道路１１等に降った雨水を揚水井戸１２に注入することを要するが、揚水井戸１２に至る過程で、必要に応じ、浸透ます５、マンホール、簡易なごみ取り器具（スクリーン）６、２４、浄化装置等を設けてもよい。

このように、側溝２３等を介して収集された雨水を揚水井戸１２に注入する手段と、既存の給水パイプ１３に収集した雨水を導入させ揚水井戸１２に注入する手段等がある。

また消雪設備は雨水を導入する個所、たとえば給水パイプ１３に雨水を導入する雨水導入パイプ７を接続する場合は、同接続個所ないしその近傍に、仕切弁８等を配して一方の作業が他方の設備の作業に悪影響を与えないように配慮することが望ましい。

本発明では、揚水井戸１２内に配した揚水パイプ１５の上部（常時の地下水位１８より上の部分）に開閉自在の通水機構１４を設けることによって、外部から直接又は給水パイプ１３を介して揚水パイプ１５に導入した雨水を、揚水パイプ１５外側の揚水井戸１２の内周空隙に導いて、水中ポンプ１６近傍ないしその下方にある揚水井戸１２外周の地下水給入部から飽和帯２０に注入することが望ましい。開閉自在の通水機構１４としては、揚水パイプに密封可能な通水孔を設けること等が挙げられる。冬期の積雪時には通水機構１４を密封することにより支障なく消雪作業を行うことができる。

また冬期以外の期間には、水中ポンプ１６及びそれを取り付けた揚水パイプ１５を揚水井戸１２からはずすことも可能であり、この場合は揚水パイプ１５の上部を分離可能な接続構造にして、その上部を開放状態にすることで通水機構とすることもできる。

現在多くの積雪地帯で用いられている既設の消雪用揚水井戸の平均的な条件として、井戸径１５ｃｍ、飽和（地下水）帯層の厚さ２０ｍ、飽和帯の透水係数０．０１ｃｍ／秒、被圧地下水位ＧＬ−７ｍ、注入時水位ＧＬ−１ｍを例に、揚水井戸の雨水注入容量を理論式（出典は下記）により試算すると、揚水井戸の注入容量は、水中ポンプつき揚水パイプを取り除いた場合は７４０リットル／分、４４．４ｍ^３／時間、また、水中ポンプつき揚水パイプが存在する場合は同パイプがないときの可能注入量の１／２程度と考えられるので、揚水井戸の注入容量は、３７０リットル／分、２２．２ｍ^３／時間となる。
＊理論式の出典：「地盤調査法」社団法人地盤工学会、平成７年、２９０頁

一方、戸建住宅１軒の屋根の標準面積は７０ｍ^２である。
前記したように、目標は５０ｍｍ／時間であるが、下水道の整備が遅れているところでは、３０ｍｍ／時間程度の流下能力しか期待できない。したがって、それを越える４０ｍｍ／時間の時間降雨量のとき、１０ｍｍ／時間分だけが揚水井戸に注入されるとして、戸建住宅１軒の屋根から流出する流量（標準）の２．８ｍ^３／時間（１０ｍ×７ｍ×０．０４ｍ／時間）のうち下水道放流分を除いた流量は０．７ｍ^３／時間となる。

このような条件で時間降雨量が４０ｍｍ／時間の場合の１本の揚水井戸で負担できる住宅戸数を計算すると、水中ポンプつき揚水パイプを取り除いた場合は、下水道との併用で６３．４戸、下水道の併用なしですべての流量を負担する場合は１５．８戸となり、水中ポンプつき揚水パイプが存在する場合は、下水道との併用で３１．７戸、下水道の併用なしですべての流量を負担する場合７．９戸となる。

本発明における雨水の揚水井戸１２への導入では、特段強制的な手段を用いなくとも水頭差（常時の地下水位１８と井戸内の注入水位１９との差）によって、飽和帯２０に雨水を注入することが可能である。
本発明では、揚水井戸１２を用いる既設の消雪設備９、１３に、側溝２３や一時貯留施設２４その他の既設の雨水の排出設備３からの雨水を直接又は簡単な浄化装置５等を介して導入するだけで、３０ｍｍ／時間を越える時間降雨量時に簡単且つ確実に洪水等の原因となる余剰雨水を処理することができ、洪水対策、地下水低下防止対策として極めて有効である。また雨水の導入は、消雪作業時に発生した揚水井戸１２の目詰まりを解消するとともに、雨水の注入により発生する目詰まりを消雪作業時の揚水により解消するという双方向の洗浄機能も合わせもつものであり、既存の消雪設備の長寿命化ももたらすのである。

本発明の一例を示す概略平面図。 図１の態様のＡ−Ａ断面図。 図１の態様のＢ−Ｂ断面図。 本発明の別の一例を示す概略図。 図４の態様のＡ−Ａ断面図。 図４の態様のＢ−Ｂ断面図。

符号の説明

１−１ 雨水を浸透ますで集水する場合の断面
１−２ 雨水を直接消雪パイプに導く場合の断面
１−３ 各家屋から流出する雨水を合流させて消雪パイプに導く場合の平面
１−４ 各家屋の個別の浸透ますを経由して消雪パイプに導く場合の平面
１−５ 浸透ますを設けずに雨水を直接消雪パイプに導く場合の平面
１−６ 屋根
２ 家屋
３ 雨桶
４ 初期雨水カット装置
５ 浸透ます
６ スクリーン
７ 導水パイプ
８ 仕切り弁
９ 消雪パイプ
１０ 散水ノズル
１１ 道路面
１２ 揚水井戸
１３ 給水パイプ
１４ ジャケット
１５ 揚水パイプ
１６ 水中ポンプ
１７ スリット
１８ 常時の地下水位
１９ 注入水位
２０ 飽和帯（帯水層）
２１ 難透水層
２２ 導水路
２３ 側溝
２４ 浸透型沈砂層

Claims (4)

1. 地下水を揚水する揚水井戸１２と揚水した地下水を散水する散水装置９、１３とを備えた消雪設備の揚水井戸１２に雨水を導入して飽和帯２０に雨水を導入することにより雨水による洪水を防止すると共に消雪時の揚水に伴う地下水位の低下を防止することを特徴とする雨水の活用方法。
2. 水中ポンプ１６を備えた揚水パイプ１５を内部に配した揚水井戸１２及び該揚水パイプ１５と給水パイプ１３を介して接続している散水装置９とをもつ消雪設備並びに雨水を収集し揚水井戸１２に注入する雨水収集注入設備７とを組合せたことを特徴とする消雪兼洪水及び地下水位低下防止装置。
3. 揚水井戸内１２に配した揚水パイプ１５の上部に開閉自在の通水機構１４を設け、収集した雨水を該通水機構１４を通して揚水パイプ１５内から揚水井戸１２内に導くように構成してなる請求項２記載の装置。
4. 散水装置に接続している消雪パイプ９に収集した雨水を導入する雨水導入パイプ７を接続した構成をもつ請求項２又は３記載の装置。

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