JP2016079676A

JP2016079676A - 地下水揚水システムおよびそのシステムを用いた揚水方法

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Publication number: JP2016079676A
Application number: JP2014212060A
Authority: JP
Inventors: 聡石田; Satoshi Ishida; 克志白旗; Katsushi Shirahata; 健雄土原; Takeo Tsuchihara; 周平吉本; Shuhei Yoshimoto
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-05-16
Anticipated expiration: 2034-10-16
Also published as: JP6488101B2

Abstract

【課題】コストダウンを図り、塩淡水の境界水域が変動しても淡水の水質を確保する。【解決手段】地下水揚水システム２は、上下方向の長さＬ１を有する遮断パッカ１４を第１第２の揚水ポンプ１１、１２の間に配置して索条１３に取り付け、ウインチ１７により索条１３を井戸５の内部に吊り降ろし、第１の揚水ポンプ１１を淡水域Ｗ１中に、第２の揚水ポンプ１２を塩水域Ｓ１中に配置し、パッカ調圧器１５を介してエアコンプレッサ１６により遮断パッカ１４を膨出させて、井戸５における第１第２の揚水ポンプ１１、１２間の連通を遮断し、揚水ポンプ制御装置１８により第１第２の揚水ポンプ１１、１２を動作させ、淡水と塩水を揚水するようになっている。ウインチ１７により昇降させる際には、遮断パッカ１４を縮退させて行うようになっている。【選択図】図１

Description

本発明は、塩淡水層を含む帯水層から地下水を揚水する地下水揚水システムおよびそのシステムを用いた揚水方法に関するものである。

従来、地下の塩水層の上方に形成された淡水域の淡水を取水するには、互いに近接する一対の井戸を構築し、一方の井戸下端のストレーナを淡水域の淡水に、他方の井戸下端のストレーナを塩水にそれぞれ臨ませ、各ストレーナ上方にそれぞれ設置したポンプを通じて、淡水および塩水を取水するようにしている（特許文献１参照。）。

特開２００９−１５００７６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の地下水揚水システムでは、２本の井戸を構築しなければならず、コストがかかるという問題がある。また、帯水層の塩淡水の境界水域が変動して上昇すると淡水の取水が困難になったり、井戸を放棄しなければならないという問題がある。つまり、淡水域に臨ませて構築した淡水汲み上げ用の井戸であっても、下側の塩水域の水位が上昇すると、使用できなくなるという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、簡素な構成で、コストダウンを図るとともに、塩淡水の境界水域が変動しても確実に淡水と塩水等の非淡水を取水することができる地下水揚水システムおよびそのシステムを用いた揚水方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る地下水揚水システムは、地上から帯水層に達して構築された井戸の内部にそれぞれ上下に離間されて昇降自在に吊り下ろされる少なくとも２以上の揚水手段と、これら各揚水手段の間に昇降自在に配置され上下方向に所定の長さ膨縮自在な填隙部を有し、膨張時、填隙部を膨出させて上下の連通を遮断し、縮小時、填隙部を井戸内面から縮退させる填隙手段と、これら各揚水手段と填隙手段とを昇降させる昇降手段とを備え、各揚水手段のうち少なくとも１の揚水手段を帯水層のうち淡水域中に、他の揚水手段を非淡水域中にそれぞれ配置することを特徴としている。

本発明の請求項１に係る地下水揚水システムでは、地上から帯水層に達して構築された井戸の内部にそれぞれ上下に離間されて昇降自在に吊り下ろされる少なくとも２以上の揚水手段と、これら各揚水手段の間に昇降自在に配置され上下方向に所定の長さ膨縮自在な填隙部を有し、膨張時、填隙部を膨出させて上下の連通を遮断し、縮小時、填隙部を井戸内面から縮退させる填隙手段と、これら各揚水手段と填隙手段とを昇降させる昇降手段とを備え、各揚水手段のうち少なくとも１の揚水手段を帯水層のうち淡水域中に、他の揚水手段を非淡水域中にそれぞれ配置するようにしたことにより、単独の井戸で淡水域と非淡水域とから取水することができる。また、填隙手段により淡水域と非淡水域との境界域をブロックしているので、淡水の水質を確保して取水することができる。

本発明の請求項２に係る地下水揚水システムは、上下に配置された揚水手段間の間隔を調整可能に構成し、填隙部を上下方向の長さの異なる複数の種類から構成し、予め求められた帯水層の淡水域と非淡水域と間の境界域に応じて填隙部を選択して配置することを特徴としている。

本発明の請求項３に係る地下水揚水システムは、昇降手段は、下側に配置される揚水手段と填隙手段とを一体に昇降させるとともに、上側に配置される揚水手段をこれら下側揚水手段と填隙手段とに対して独立に昇降させることを特徴としている。

本発明の請求項４に係る地下水揚水システムは、填隙手段の填隙部を、帯水層の淡水域と非淡水域と間の境界域に応じて分割して設けたことを特徴としている。

本発明の請求項４に係る地下水揚水システムでは、填隙手段の填隙部を、帯水層の淡水域と非淡水域と間の境界域に応じて分割して設けたことにより、境界域の層が厚くても対応させることができ、しかも、填隙部を小型化し簡素化することができる。

本発明の請求項５に係る地下水揚水システムは、各揚水手段の近傍には、水圧と水質とをそれぞれ検知して外部に出力する検知手段を設け、検知手段により検知されたデータに基づいて、各揚水手段と填隙手段と昇降手段とを動作させる制御手段を備え、境界域の変動に応じて各揚水手段と填隙手段とを上下に移動させるよう構成したことを特徴としている。

本発明の請求項５に係る地下水揚水システムでは、各揚水手段の近傍には、水圧と水質とをそれぞれ検知して外部に出力する検知手段を設け、検知手段により検知されたデータに基づいて、各揚水手段と填隙手段と昇降手段とを動作させる制御手段を備え、境界域の変動に応じて各揚水手段と填隙手段とを上下に移動させるよう構成したことにより、帯水層の状況の変化にリアルタイムで対応させることができる。

本発明の請求項６に係る地下水揚水システムは、揚水手段は揚水ポンプと揚水ポンプ制御装置とを備え、検知手段は水圧センサと水質センサとを備え、填隙手段は遮断パッカと調圧器を介してこの遮断パッカに連通されエアを圧送可能なコンプレッサとを備えてそれぞれ構成されることを特徴としている。

本発明の請求項７に係る地下水揚水システムを用いた揚水方法は、地下水揚水システムを、地上から帯水層に向けて構築された井戸の内部にそれぞれ上下に離間されて昇降自在に吊り下ろされる少なくとも２以上の揚水手段と、これら各揚水手段の間に昇降自在に配置され上下方向に所定の長さ膨縮自在な填隙部を有し、膨張時、填隙部を膨出させて上下の連通を遮断し、縮小時、填隙部を井戸内面から縮退させる填隙手段と、これら各揚水手段と填隙手段とを昇降させる昇降手段とを備えて構成し、昇降手段による吊り降ろし時、填隙手段を縮退させて各揚水手段と填隙手段とを吊り降ろし、各揚水手段のうち少なくとも１の揚水手段が帯水層のうち淡水域中に、他の揚水手段が非淡水域中にそれぞれ達すると、吊り降ろしを停止し、填隙手段を膨張させ、井戸の上下の連通を遮断した後、各揚水手段により揚水することを特徴としている。

本発明の請求項７に係る地下水揚水システムを用いた揚水方法では、地下水揚水システムを、地上から帯水層に向けて構築された井戸の内部にそれぞれ上下に離間されて昇降自在に吊り下ろされる少なくとも２以上の揚水手段と、これら各揚水手段の間に昇降自在に配置され上下方向に所定の長さ膨縮自在な填隙部を有し、膨張時、填隙部を膨出させて上下の連通を遮断し、縮小時、填隙部を井戸内面から縮退させる填隙手段と、これら各揚水手段と填隙手段とを昇降させる昇降手段とを備えて構成し、昇降手段による吊り降ろし時、填隙手段を縮退させて各揚水手段と填隙手段とを吊り降ろし、各揚水手段のうち少なくとも１の揚水手段が帯水層のうち淡水域中に、他の揚水手段が非淡水域中にそれぞれ達すると、吊り降ろしを停止し、填隙手段を膨張させ、井戸の上下の連通を遮断した後、各揚水手段により揚水するようにしたことにより、単独の井戸で淡水域と非淡水域とから取水することができる。また、填隙手段により淡水域と非淡水域との境界域をブロックしているので、淡水の水質を確保して取水することができる。さらに、例え、境界域が上下に変動したり幅が変動しても昇降手段により各揚水手段の上下位置と填隙手段の上下位置を変更すれば、確実に淡水と非淡水とを分離して取水することができる。

本発明の請求項８に係る地下水揚水システムを用いた揚水方法は、上下に配置された揚水手段間の間隔を調整可能に構成し、填隙部を上下方向の長さの異なる複数の種類から構成し、予め求められた帯水層の淡水域と非淡水域と間の境界域に応じて填隙部を選択して配置するように構成し、昇降手段による吊り降ろし時、填隙手段の填隙部が境界域に配置されると、吊り降ろしを停止することを特徴としている。

本発明の請求項９に係る地下水揚水システムを用いた揚水方法は、昇降手段は、下側に配置される揚水手段と填隙手段とを一体に昇降させるとともに、上側に配置される揚水手段をこれら下側揚水手段と填隙手段とに対して独立に昇降させるように構成し、吊り降ろし時、下側に配置される揚水手段と填隙手段とを一体に吊り降ろした後、上側に配置される揚水手段を吊り降ろすことを特徴としている。

本発明の請求項９に係る地下水揚水システムを用いた揚水方法では、昇降手段は、下側に配置される揚水手段と填隙手段とを一体に昇降させるとともに、上側に配置される揚水手段をこれら下側揚水手段と填隙手段とに対して独立に昇降させるように構成し、吊り降ろし時、下側に配置される揚水手段と填隙手段とを一体に吊り降ろした後、上側に配置される揚水手段を吊り降ろすようにしたことにより、例え、淡水域と非淡水域との境界域が上下に変動したり拡大または縮小しても対応させることができる。また、淡水域と非淡水域との位置関係が上下であっても上下が逆転しても位置関係に応じて揚水手段を取水すべき位置に導くことができる。

本発明の請求項１０に係る地下水揚水システムを用いた揚水方法は、各揚水手段の近傍には、水圧と水質とをそれぞれ検知して外部に出力する検知手段を設け、検知手段により検知されたデータに基づいて、各揚水手段と填隙手段と昇降手段とを動作させる制御手段を備え、検知手段により境界域の変動を検知すると、制御手段は境界域の変動に応じて各揚水手段と填隙手段とを上下に移動させることを特徴としている。

本発明の請求項１０に係る地下水揚水システムを用いた揚水方法では、各揚水手段の近傍には、水圧と水質とをそれぞれ検知して外部に出力する検知手段を設け、検知手段により検知されたデータに基づいて、各揚水手段と填隙手段と昇降手段とを動作させる制御手段を備え、検知手段により境界域の変動を検知すると、制御手段は境界域の変動に応じて各揚水手段と填隙手段とを上下に移動させるようにしたことにより、帯水層の状況の変化にリアルタイムで対応させることができる。

本発明の請求項１に係る地下水揚水システムは、地上から帯水層に達して構築された井戸の内部にそれぞれ上下に離間されて昇降自在に吊り下ろされる少なくとも２以上の揚水手段と、これら各揚水手段の間に昇降自在に配置され上下方向に所定の長さ膨縮自在な填隙部を有し、膨張時、填隙部を膨出させて上下の連通を遮断し、縮小時、填隙部を井戸内面から縮退させる填隙手段と、これら各揚水手段と填隙手段とを昇降させる昇降手段とを備え、各揚水手段のうち少なくとも１の揚水手段を帯水層のうち淡水域中に、他の揚水手段を非淡水域中にそれぞれ配置するようにしたので、取水する井戸を単独の井戸とすることができ、コストダウンを図ることができる。淡水域と非淡水域との境界域を確実にブロックすることができるので、淡水の水質を確保して取水することができる。また、例え、境界域が上下に変動したり幅が変動しても確実に淡水と非淡水とを分離して取水することができる。このため、一旦構築した井戸を放棄することなく、長期間使用することができ、長期に亘りコストダウンを図ることができる。

本発明の請求項７に係る地下水揚水システムを用いた揚水方法は、地下水揚水システムを、地上から帯水層に向けて構築された井戸の内部にそれぞれ上下に離間されて昇降自在に吊り下ろされる少なくとも２以上の揚水手段と、これら各揚水手段の間に昇降自在に配置され上下方向に所定の長さ膨縮自在な填隙部を有し、膨張時、填隙部を膨出させて上下の連通を遮断し、縮小時、填隙部を井戸内面から縮退させる填隙手段と、これら各揚水手段と填隙手段とを昇降させる昇降手段とを備えて構成し、昇降手段による吊り降ろし時、填隙手段を縮退させて各揚水手段と填隙手段とを吊り降ろし、各揚水手段のうち少なくとも１の揚水手段が帯水層のうち淡水域中に、他の揚水手段が非淡水域中にそれぞれ達すると、吊り降ろしを停止し、填隙手段を膨張させ、井戸の上下の連通を遮断した後、各揚水手段により揚水するようにしたので、取水する井戸を単独の井戸とすることができ、コストダウンを図ることができる。淡水域と非淡水域との境界域を確実にブロックすることができるので、淡水を確実に取水することができる。また、例え、帯水層の状況が変化し、境界域が上下に変動したり幅が変動してもリアルタイムで対応させ、確実に淡水と非淡水とを分離して取水することができる。このため、一旦構築した井戸を放棄することなく、長期間使用することができ、長期に亘りコストダウンを図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る地下水揚水システムを示す概念図である。本発明の第２実施形態に係る地下水揚水システムを示す概念図である。（Ａ）は第１実施形態に係る地下水揚水システムを、（Ｂ）は第２実施形態に係る地下水揚水システムを比較して示す説明図である。（Ａ）ないし（Ｄ）はそれぞれ、揚水前の状態を示す説明図、揚水による塩水化を示す説明図、第１実施形態に係る地下水揚水システムにより上側淡水域の揚水と下側塩水域の揚水とを同時に行い塩淡境界の保持を図る状態を示す説明図および第２実施形態に係る地下水揚水システムにより淡水域の中間に塩水域層が存在する場合に淡水域の揚水と中間塩水域の揚水とを同時に行い塩淡境界の保持を図る状態を示す説明図である。（Ａ）は、第３実施形態に係る地下水揚水システムを、（Ｂ）は第４実施形態に係る地下水揚水システムをそれぞれ示す概念図である。第１実施形態に係る地下水揚水システムに用いられた装置とほぼ同一の構成の装置により水位の経過を測定した水位測定結果を示すグラフである。第１実施形態に係る地下水揚水システムに用いられた装置とほぼ同一の構成の装置により遮断パッカの上段と下段との電気伝導度の経過を測定した電気伝導度測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態である地下水揚水システムを示す概念図である。

本発明の第１実施形態に係る地下水揚水システム２は、地上３から帯水層４に達する単独の井戸５を構築し、この井戸５を通じて揚水を行うようになっている。帯水層４は、一般的には、相対的に比重の重い塩水域（非淡水域）Ｓ１が下側に、相対的に比重の軽い淡水域Ｗ１が上側に、その中間に境界域（汽水域）Ｂ１の層が形成される。ただし、天候や津波時等の状況により塩水域が上側で淡水域が下側となったり、下側塩水域のさらに下側に淡水域が発現することもある（図４の（Ｄ）参照）。井戸５は、掘削孔６の内側に多数の細孔が形成された保孔管７が配設されて構成される。すなわち、井戸５内は外部の水が出入りできるようになっている。

井戸５の内部には、第１の揚水ポンプ（揚水手段）１１と第２の揚水ポンプ（揚水手段）１２が索条１３を通じて上下に離間されて昇降自在に吊り降ろされるようになっている。これら第１第２の揚水ポンプ１１、１２は地上側の揚水ポンプ制御装置１８に接続される。各揚水ポンプ１１、１２にはそれぞれ、流量計Ｆ１、Ｆ２が設けられ、吐出量を計測するようになっている。これら第１第２の揚水ポンプ１１、１２の間には、遮断パッカ（填隙部）１４が配置され、地上側のパッカ調圧器（調圧器）１５を介してこの遮断パッカ１４に連通されエアを圧送可能なエアコンプレッサ１６と接続される。遮断パッカ１４は、柔軟性と弾性とを有するゴム製の袋体からなり、内部に高圧のエアが導入されると膨張し、内部の高圧エアが排出されると表面が萎んで元の状態に復帰するようになっている。すなわち、遮断パッカ１４は、パッカ調圧器１５を介してエアコンプレッサ１６からエアが圧送されると、膨張して井戸５の内部を閉塞し、上下の連通を遮断するようになっている。また、遮断パッカ１４は、パッカ調圧器１５を介して内部のエアが抜けると水圧を受けて萎み、元の形状に復帰し表面が井戸５の内面から縮退するようになっている。これら遮断パッカ１４とパッカ調圧器１５とエアコンプレッサ１６とにより填隙手段が構成される。

第１第２の揚水ポンプ１１、１２は、単独の索条１３を介して地上側で井戸５上方に設置されたウインチ（昇降手段）１７に接続され、井戸５内部の所望の位置に吊り降ろされたり、引き上げられたりするようになっている。上側に配置される第１揚水ポンプ１１と下側に配置される第２の揚水ポンプ１２はそれぞれ、これら両ポンプ１１、１２間の距離を調節可能に索条１３に取り付けられる。ウインチ１７により第１第２の揚水ポンプ１１、１２を吊り降ろす位置は、予め求められた塩水域Ｓ１と淡水域Ｗ１と境界域Ｂ１の深度（範囲）に基づいて決定される。すなわち、予め求められた淡水域Ｗ１と塩水域Ｓ１との位置に応じて、上側の第１の揚水ポンプ１１が淡水域Ｗ１に、下側の第２の揚水ポンプ１２が塩水域Ｓ１に配置されるようになっている。

本実施形態に係る地下水揚水システム２では、予め境界域Ｂ１の層の厚さＢ１ｗ、すなわち境界域Ｂ１の上下方向長さＢ１ｗが判明しているケースに適用される。すなわち、上下両ポンプ１１、１２間の距離を、境界域Ｂ１の層の厚さＢ１ｗに対応させ、遮断パッカ１４の取り付けを考慮してこの厚さＢ１ｗより若干長くして、索条１３にそれぞれ取り付けられるようになっている。遮断パッカ１４は、上下方向長さが異なる複数の種類の中から選択されるようになっており、その上下方向の長さＬ１が予め求められた境界域Ｂ１の層の厚さＢ１ｗに対応する遮断パッカ１４が選択されて、これら上下の揚水ポンプ１１、１２間に配置されるようになっている。

第１第２の揚水ポンプ１１、１２にはそれぞれ、水圧センサＰＲＳ１、ＰＲＳ２と水質センサ（電気伝導度センサ）ＥＤＳ１、ＥＤＳ２が取り付けられ、検知信号を地上側の図示しない水圧計と電気伝導度計とに送出するようになっている。水圧計は揚水ポンプ１１、１２の深度を、電気伝導度計は水中の塩分濃度をそれぞれ計測するようになっている。流量計Ｆ１、Ｆ２、パッカ調圧器１５、ウインチ駆動制御装置（図示せず）、水圧計（水圧センサＰＲＳ１、ＰＲＳ２）と電気伝導度計（水質センサＥＤＳ１、ＥＤＳ２）はそれぞれ、外部のパソコンまたは携帯端末装置（図示せず）に電気的に接続される。このため、水質の変化（塩分濃度の変化）に応じて、揚水ポンプ１１、１２を移動させる際には、一旦、揚水ポンプ１１、１２による揚水を停止し、遮断パッカ１４のエアを抜いて縮退させ、ウインチ１７を動作させて揚水ポンプ１１、１２を上下方向の所望の位置に移動させ、移動後、遮断パッカ１４を膨張させて井戸５内部で第１第２の揚水ポンプ１１、１２間の連通を断ち、第１第２の揚水ポンプ１１、１２を動作させ、淡水域Ｗ１と塩水域Ｓ１とからの揚水を開始するようになっている。このように、帯水層４の状況の変化にリアルタイムで対応させることができるようになっている。

なお、これら第１第２の揚水ポンプ１１、１２を境界域Ｂ１の層を挟んで上下に近接させて配置している。その理由は、例えば、図４の（Ａ）に示すような上側に淡水域が下側に塩水域がある帯水層において、単独の井戸の汲み上げ口を淡水域に配置して揚水した場合、図４の（Ｂ）に示すアップコーニング現象を招き、揚水により淡水域が塩水化してしまうことがある。このため、本実施形態では、図４の（Ｃ）に示すように、第１第２の揚水ポンプ１１、１２を境界域Ｂ１の層を挟んで配置し、塩淡境界域（境界域）Ｂ１の保持を図るようにしている。図４の（Ｄ）は、帯水層４Ａが上側から淡水域Ｗ２ｕ、塩淡境界域（境界域）Ｂ２ｕ、塩水域Ｓ２、塩淡境界域（境界域）Ｂ２ｄ、淡水域Ｗ２ｄの各層に分かれ、遮断パッカ１４を下側の第２の揚水ポンプ１２の下方にも配置した例を示すもので、この場合、上側の第１の揚水ポンプ１１を上側淡水域Ｗ２ｕに、下側の第２の揚水ポンプ１２を塩水域Ｂ２に、遮断パッカ１４を上側の塩淡境界域Ｂ２ｕにそれぞれ配置するとともに、別の遮断パッカ１４を下側第２の揚水ポンプ１２より下方の下側塩淡境界域Ｂ２ｄに配置し、両塩淡境界域Ｂ２ｕ、Ｂ２ｄの境界保持を図るようにしている。

次に、本発明の地下水揚水システムを用いた地下水揚水方法について、上記第１実施形態に係る地下水揚水システム２の作用に基づいて説明する。まず、井戸５の上方にウインチ１７を設置し、索条１３の下端に下側に配置される第２の揚水ポンプ１２を取り付け、その上側に遮断パッカ１４が取り付けられる。遮断パッカ１４は、予め求められた境界域Ｂ１の層の厚さＢ１ｗに対応する遮断パッカ１４（上下方向の長さＬ１）が選択される。遮断パッカ１４の上側には、第１の揚水ポンプ１１が取り付けられる（第１のステップＳ１）。このとき、遮断パッカ１４は内部からエアが抜かれ、水中に没すると萎んで表面が井戸５の保孔管７より内側に後退している。

次に、ウインチ１７を動作させて、第２の揚水ポンプ１２、遮断パッカ１４、第１の揚水ポンプ１１の順で井戸５の保孔管７の内部に吊り降ろし、第２の揚水ポンプ１２が塩水域Ｓ１に、遮断パッカ１４が境界域Ｂ１に、第１の揚水ポンプ１１が淡水域Ｗ１にそれぞれ達すると、ウインチ１７の動作を停止させる（第２のステップＳ２）。次に、エアコンプレッサ１６からパッカ調圧器１５を介して遮断パッカ１４に高圧のエアを圧送し、遮断パッカ１４を水圧に抗して膨張させ、保孔管７の内面に圧接させ、第１第２の揚水ポンプ１１、１２間の井戸５内における連通を遮断する（第３のステップＳ３）。遮断パッカ１４による連通遮断後、揚水ポンプ制御装置１８により第１の揚水ポンプ１１から淡水を、第２の揚水ポンプ１２から塩水を同時に揚水し、境界域Ｂ１の変動を抑え、淡水の水質を保持して揚水する（第４のステップＳ４）。

そして、水質センサＥＤＳ１、ＥＤＳ２により閾値を超える水質（塩分濃度）の変化が検知されると、両揚水ポンプ１１、１２の動作を停止させて、遮断パッカ１４からエアを抜いて萎ませ、ウインチ１７により索条１３を上下動させて水質センサＥＤＳ１、ＥＤＳ２により塩水域Ｓ１、境界域Ｂ１および淡水域Ｗ１の各深度を求める（第５のステップＳ５）。各深度が求められると、前記第２のステップＳ２から第４のステップＳ４を繰り返し、揚水を再開する。このとき、境界域Ｂ１の厚さＢ１ｗに変動があった場合、一旦、両ポンプ１１、１２と遮断パッカ１４を地上に吊り上げ、遮断パッカ１４を適切な長さのものに交換して、再び、井戸５内に吊り降ろす（第６のステップＳ６）。

このように本実施形態に係る地下水揚水システムを用いた地下水揚水方法は、如上の如く構成されているので、単独の井戸５で淡水域Ｗ１と塩水域Ｓ１とから取水することができる。また、遮断パッカ１４により淡水域Ｗ１と塩水域Ｓ１との境界域Ｂ１をブロックしているので、淡水の水質を確保して取水することができる。さらに、例え、境界域Ｂ１が上下に変動したり幅が変動してもウインチ１７により各揚水ポンプ１１、１２の上下位置を変更したり、索条１３における両揚水ポンプ１１、１２間の距離を調整して遮断パッカ１４を交換すれば変動に対応することができ、帯水層４の状況の変化にリアルタイムで対応させることができ、確実に淡水と塩水とを分離して取水することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係る地下水揚水システム１０２について説明する。本発明の第２実施形態に係る地下水揚水システム１０２は、上記第１実施形態に係る地下水揚水システム２が、長さの異なる複数の遮断パッカ１４から境界域Ｂ１の厚さＢ１ｗに応じて選択して取り付けるようにしているのに対し（図３の（Ａ）参照）、図２に示すように、遮断パッカ１１４を複数の遮断パッカ１１４Ａ、１１４Ｂ、１１４Ｃに分割して構成した点が異なる外は上記第１実施形態とほぼ同一の構成を有している。すなわち、第２実施形態に係る地下水揚水システム１０２は、上側の淡水域Ｗ３と下側の塩水域Ｓ３との間の境界域Ｂ３の層が厚い場合（例えば、５〜８ｍ）に適用されるのが好ましい。境界域Ｂ３に対応させて索条１３に取り付けられた上側の第１の揚水ポンプ１１と下側の第２の揚水ポンプ１２との間には、第１の揚水ポンプ１１の下側に上側遮断パッカ１１４Ａが、第２の揚水ポンプ１２の上側に下側遮断パッカ１１４Ｂが、これら上下の遮断パッカ１１４Ａ、１１４Ｂ間のほぼ中間に中間遮断パッカ１１４Ｃが設けられるようになっている。本実施形態では、これら遮断パッカ１１４Ａ〜１１４Ｂは長さがおよそ１３０ｍｍに設定されているが、井戸５の構造に応じて最適な長さ（例えば、十数ｃｍ〜数十ｃｍ）に設定することが望ましい。つまり、開口率が大きい（水の出入りする孔が多数開いている）井戸では、長くすることが適切である。このため、エアコンプレッサ１６から圧送される高圧エアの送出量を抑えるとともに、遮断パッカ１１４Ａ〜１１４Ｃを小型化できるので、コストダウンを図ることができる。また、取り付け時の作業性が向上する。なお、本実施形態では、遮断パッカ１１４Ａ〜１１４Ｃは３個に分割して構成しているが、これに限られるものではなく、境界域Ｂ３に対応させて２個としてもよいし、３個以上としてもよいことはいうまでもない。このように、本実施形態に係る地下水揚水システム１０２では、境界域Ｂ３の層が厚い場合でも、厚さに対応させて遮断パッカ１１４により上下の連通を遮断することができる。

次に、本発明の第３実施形態に係る地下水揚水システム２０２について説明する。本発明の第３実施形態に係る地下水揚水システム２０２は、上記第１第２の実施形態に係る地下水揚水システム２、１０２が、１本の索条１３に第１第２の揚水ポンプ１１、１２と遮断パッカ１４、１１４を取り付けてウインチ１７で昇降させるようにしているのに対し、図５の（Ａ）に示すように、下側の第２の揚水ポンプ２１２と遮断パッカ２１４Ａ、２１４Ｂとを第１の索条２１３Ａに取り付け、第１のウインチ２１７Ａで昇降させ、上側の第１の揚水ポンプ２１１を第２の索条２１３Ｂに取り付け、第２のウインチ２１７Ｂで昇降させ、上側の第１の揚水ポンプ２１１を、下側の第２の揚水ポンプ２１２と遮断パッカ２１４Ａ、２１４Ｂに対して独立に昇降させるようになっている。このように構成することにより、帯水層４の状況の変化により迅速に対応することができる。

次に、本発明の第４実施形態に係る地下水揚水システム３０２について説明する。図５（Ｂ）に示すように本発明の第４実施形態に係る地下水揚水システム３０２は、上記第１の実施形態に係る地下水揚水システム２の変形例に係るもので、上記第１実施形態に係る地下水揚水システム２が、１本の索条１３に第１第２の揚水ポンプ１１、１２をそれぞれ上側と下側にそれぞれ１台ずつ取り付けているのに対し、津波等の場合、淡水域Ｗ４の上側に塩水域Ｓ４ｕが発現し、淡水域Ｗ４の下側にも塩水域Ｓ４ｄが存在する場合に対応するもので、索条１３の上下にはそれぞれ、一対の揚水ポンプ３１１Ａ、３１２Ａと３１１Ｂ、３１２Ｂを取り付け、複数の境界域Ｂ４ｕ、Ｂ４ｄに対応させるようにした点が異なっている外は上記第１実施形態とほぼ同一の構成を有している。本実施形態に係る地下水揚水システム３０２では、上方側揚水ポンプ３１１Ａ、３１２Ａのうち、下側の第２の揚水ポンプ３１２Ａと、下方側揚水ポンプ３１１Ｂ、３１２Ｂのうち、上側の第１の揚水ポンプ３１１Ｂとを淡水域Ｗ４に配置し、他の揚水ポンプ、すなわち、上方側揚水ポンプ３１１Ａ、３１２Ａのうち、上側の第１の揚水ポンプ３１１Ａと、下方側揚水ポンプ３１１Ｂ、３１２Ｂのうち下側の第２の揚水ポンプ３１２Ｂを塩水域Ｓ４ｕとＳ４ｄとに配置するようにしている。このため、津波時のように、淡水域Ｗ４の上側に塩水域Ｓ４ｕが発現した場合でも対応することができる。

図６は、第１実施形態に係る地下水揚水システムに用いられた装置とほぼ同一の構成の装置により水位の経過を測定した水位測定結果を示すグラフである。この水位測定結果より、パッカにより止水した後、上段の水位が１．７ｍ上昇し、浅層（上層）にポテンシャルの高い地下水が存在し、パッカの効果により上段（上層）と下段（下層）のポテンシャルの差が保たれていることがわかる。また、水位は独立に変化し、パッカを隔てた反対側の揚水ポンプによる影響を受けていないことがわかる。図７は、第１実施形態に係る地下水揚水システムに用いられた装置とほぼ同一の構成の装置により遮断パッカの上段と下段との電気伝導度の経過を測定した電気伝導度測定結果を示すグラフである。この電気伝導度測定結果から上段（上層の淡水域）と下段（下層の塩水域）の電気伝導度（ＥＤ）はその差を保ったまま推移していることがわかる。

なお、上記各実施形態では、遮断パッカ１４、１１４Ａ〜１１４Ｃ、２１４Ａ、２１４Ｂを柔軟性と弾性とを有するゴム製の袋体から構成しているがこれに限られるものではなく、合成樹脂製の袋体であってもよい。また、填隙手段を遮断パッカとエアコンプレッサにより構成しているが、動作時、井戸の連通を遮断し、非動作時、井戸の内面から縮退して索条により自在に昇降されるものであればよい。

３地上
４帯水層
５井戸
１１第１の揚水ポンプ（揚水手段）
１２第２の揚水ポンプ（揚水手段）
１３索条（昇降手段）
１４遮断パッカ（填隙部、填隙手段）
１５パッカ調圧器（填隙手段）
１６エアコンプレッサ（填隙手段）
１７ウインチ（昇降手段）
１８揚水ポンプ制御装置（揚水手段）
Ｌ１遮断パッカの上下方向の長さ
Ｗ１淡水域
Ｓ１塩水域（非淡水域）

Claims

地上から帯水層に達して構築された井戸の内部にそれぞれ上下に離間されて昇降自在に吊り下ろされる少なくとも２以上の揚水手段と、これら各揚水手段の間に昇降自在に配置され上下方向に所定の長さ膨縮自在な填隙部を有し、膨張時、填隙部を膨出させて上下の連通を遮断し、縮小時、填隙部を井戸内面から縮退させる填隙手段と、これら各揚水手段と填隙手段とを昇降させる昇降手段とを備え、各揚水手段のうち少なくとも１の揚水手段を帯水層のうち淡水域中に、他の揚水手段を非淡水域中にそれぞれ配置することを特徴とする地下水揚水システム。
上下に配置された揚水手段間の間隔を調整可能に構成し、填隙部を上下方向の長さの異なる複数の種類から構成し、予め求められた帯水層の淡水域と非淡水域と間の境界域に応じて填隙部を選択して配置することを特徴とする請求項１に記載の地下水揚水システム。
昇降手段は、下側に配置される揚水手段と填隙手段とを一体に昇降させるとともに、上側に配置される揚水手段をこれら下側揚水手段と填隙手段とに対して独立に昇降させることを特徴とする請求項１または２に記載の地下水揚水システム。
填隙手段の填隙部を、帯水層の淡水域と非淡水域と間の境界域に応じて分割して設けたことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１に記載の地下水揚水システム。
各揚水手段の近傍には、水圧と水質とをそれぞれ検知して外部に出力する検知手段を設け、検知手段により検知されたデータに基づいて、各揚水手段と填隙手段と昇降手段とを動作させる制御手段を備え、境界域の変動に応じて各揚水手段と填隙手段とを上下に移動させるよう構成したことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１に記載の地下水揚水システム。
揚水手段は揚水ポンプと揚水ポンプ制御装置とを備え、検知手段は水圧センサと水質センサとを備え、填隙手段は遮断パッカと調圧器を介してこの遮断パッカに連通されエアを圧送可能なコンプレッサとを備えてそれぞれ構成されることを特徴とする請求項５に記載の地下水揚水システム。
地下水揚水システムを、地上から帯水層に向けて構築された井戸の内部にそれぞれ上下に離間されて昇降自在に吊り下ろされる少なくとも２以上の揚水手段と、これら各揚水手段の間に昇降自在に配置され上下方向に所定の長さ膨縮自在な填隙部を有し、膨張時、填隙部を膨出させて上下の連通を遮断し、縮小時、填隙部を井戸内面から縮退させる填隙手段と、これら各揚水手段と填隙手段とを昇降させる昇降手段とを備えて構成し、
昇降手段による吊り降ろし時、填隙手段を縮退させて各揚水手段と填隙手段とを吊り降ろし、各揚水手段のうち少なくとも１の揚水手段が帯水層のうち淡水域中に、他の揚水手段が非淡水域中にそれぞれ達すると、吊り降ろしを停止し、填隙手段を膨張させ、井戸の上下の連通を遮断した後、各揚水手段により揚水することを特徴とする地下水揚水方法。
上下に配置された揚水手段間の間隔を調整可能に構成し、填隙部を上下方向の長さの異なる複数の種類から構成し、予め求められた帯水層の淡水域と非淡水域と間の境界域に応じて填隙部を選択して配置するように構成し、昇降手段による吊り降ろし時、填隙手段の填隙部が境界域に配置されると、吊り降ろしを停止することを特徴とする請求項７に記載の地下水揚水方法。
昇降手段は、下側に配置される揚水手段と填隙手段とを一体に昇降させるとともに、上側に配置される揚水手段をこれら下側揚水手段と填隙手段とに対して独立に昇降させるように構成し、吊り降ろし時、下側に配置される揚水手段と填隙手段とを一体に吊り降ろした後、上側に配置される揚水手段を吊り降ろすことを特徴とする請求項７または８に記載の地下水揚水方法。
各揚水手段の近傍には、水圧と水質とをそれぞれ検知して外部に出力する検知手段を設け、検知手段により検知されたデータに基づいて、各揚水手段と填隙手段と昇降手段とを動作させる制御手段を備え、検知手段により境界域の変動を検知すると、制御手段は境界域の変動に応じて各揚水手段と填隙手段とを上下に移動させることを特徴とする請求項７ないし９のうちいずれか１に記載の地下水揚水方法。