JP2020051072A - 取水構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】深度の異なる帯水層における地下水を、単一のボーリング孔から取水することが可能な取水構造体を提供する。【解決手段】本発明に係る取水構造体１は、取水孔が穿孔された穿孔区間を有するパイプ部材１０と、前記パイプ部材１０が内嵌される縦孔を有する節部材３０と、からなる取水構造体１において、前記節部材３０として、前記縦孔を１つのみ有するものと、前記縦孔を複数有するものとが設けられることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、深度の異なる帯水層における地下水を、単一のボーリング孔から取水することが可能な取水構造体に関する。

例えば、地下水揚水利用施設、油製品製造・貯蔵施設、化学製品製造・貯蔵施設、農薬・肥料使用施設等の設置場所においては、これらの施設が地下水に与える影響（地下水位、汚染等）を調査するために、ボーリングを行い、地下水位の観測装置や、地下水を汲み上げる取水装置が用いられる。

例えば、特許文献１（特開２００９−２９３２２４号公報）には、ボーリング孔２内に設置された第一のパッカー３及び第二のパッカー４と、両パッカー３、４同士を連結するとともに、内部に地下水を流入するための孔５ａを有するストレナー管５と、を備える採水装置が開示されている。
特開２００９−２９３２２４号公報

地層においては、地表から深度が大きくなるに連れて、粘土などの土質を有する、透水性のない遮水層と、砂や砂利などの土質を有する、透水性のある帯水層とが交互に重なった構造が一般的であり、深度の異なる帯水層が複数存在する。

前記のような施設が設置されていた場所の地層においては、調査のために、各帯水層における地下水を取水し、それぞれの帯水層における水質を調査したい、というニーズが存在する。

しかしながら、特許文献１記載の技術では、取水を行いたい帯水層ごとそれぞれに対してボーリング孔を設け、異なる帯水層ごとに採水装置を設置する必要があり、手間やコストが多大となってしまう、という問題があった。

上記のような問題点を解決するために、本発明に係る取水構造体は、取水孔が穿孔された穿孔区間を有するパイプ部材と、前記パイプ部材が内嵌される縦孔を有する節部材と、からなる取水構造体において、前記節部材として、前記縦孔を１つのみ有するものと、前記縦孔を複数有するものとが設けられることを特徴とする。

また、本発明に係る取水構造体は、前記節部材の周囲には膨潤部材が巻回されることを特徴とする。

また、本発明に係る取水構造体は、前記パイプ部材に、膨潤土が封入された袋部材が巻回されることを特徴とする。

また、本発明に係る取水構造体は、前記膨潤土がベントナイトであることを特徴とする。

本発明に係る取水構造体によれば、単一のボーリング孔を穿孔するのみで、複数の帯水層における地下水を取水することが可能であり、手間やコストを抑制することができる。

本発明の実施形態に係る取水構造体１の斜視図を示す図である。 本発明の実施形態に係る取水構造体１の節部材３０を説明する図である。 本発明の実施形態に係る取水構造体１の節部材３０を説明する図である。 本発明の実施形態に係る取水構造体１のパイプ部材１０を説明する図である。 本発明の実施形態に係る取水構造体１の埋設例を説明する模式図である。 ボーリング孔Ｈの一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る取水構造体１の斜視図を示す図である。 本発明の他の実施形態に係る取水構造体１の埋設例を説明する模式図である。 本発明の他の実施形態に係る取水構造体１の節部材３０を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

本発明に係る取水構造体１は、例えば、地下水揚水利用施設、油製品製造・貯蔵施設、化学製品製造・貯蔵施設、農薬・肥料使用施設等が設けられていた（或いは、設けられている）場所におおいて、深度の異なる複数の帯水層からの取水を、単一のボーリング孔Ｈにて行うことを目的としたものである。

図１は本発明の実施形態に係る取水構造体１の斜視図を示す図である。また、図２及び図３は、本発明の実施形態に係る取水構造体１の節部材３０を説明する図である。また、図４は本発明の実施形態に係る取水構造体１のパイプ部材１０を説明する図である。

本発明に係る取水構造体１は、複数のパイプ部材１０と、当該パイプ部材１０が内嵌する縦孔３３が設けられる複数の節部材３０と、から構成されている。本発明に係る取水構造体１においては、基本的には隣り合う節部材３０との間の空間から取水が行われる。隣り合う節部材３０との間の空間においては、複数のパイプ部材１０のうち、いずれかのパイプ部材１０には、複数の穿孔１４からなる穿孔区間１５が設けられている。

以下、本実施形態においては、深度の異なる３層の帯水層から、長さが異なる３本のパイプ部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃによって取水を行う構造を例に説明する。以下の、例では、深度の異なる３層の帯水層から取水する構造を例に説明するが、本発明に係る取水構造体１は、２層以上の帯水層に対応する構成であればどのようなものであってもよい。例えば、節部材３０に設ける縦孔３３の数は２以上であれば任意である。ただし、ボーリング孔Ｈの径や、これに対応した節部材３０の径、そして、パイプ部材１０の径の関係があるので、対応可能な帯水層の数には限度はある。

また、以下の実施形態においては取水するための取水手段については特に説明しないが、取水手段としては、ベーラーやポンプなどを適宜利用することが可能である。

本実施形態で用いるパイプ部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、例えばＶＰ１３などの塩化ビニール製のパイプを用いることができる。図４に示すように、パイプ部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃそれぞれは長さが異なっている。

パイプ部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、底部においては端部が封口されてなる有底端部１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有している。これら有底端部１１ａ、１１ｂ、１１ｃの上部側には、複数の穿孔１４からなる穿孔区間１５が設けられており、各帯水層の地下水をパイプ部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃの管内側に導くことができるようになっている。穿孔区間１５の高さは、帯水層の厚さより低くなるように設定されている。

パイプ部材１０ａ、１０ｂ、１０ｃの上部においては、端部が開口されてなる開口端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有している。これららの開口端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃから、前記の取水手段によって、各帯水層からの地下水が取水される。

節部材３０の外径は、ボーリング孔Ｈの内径より若干小さくなるように設定されている。節部材３０には、１つ以上の貫通孔である縦孔３３が設けられている。本実施形態では、節部材３０ａには１つの縦孔３３ａが設けられ、また、節部材３０ｂには２つの縦孔３３ａ、３３ｂが設けられ、また、節部材３０ｃには３つの縦孔３３ａ、３３ｂ、３３ｃが設けられている。

節部材３０は、例えば塩化ビニールなどの材質などによって構成することができる。また、節部材３０としては、予め、１つの縦孔３３ａが設けられたものや、２つの縦孔３３ａ、３３ｂが設けられたもの、・・・・などを予め準備しておくことが好ましい。このような準備をしておくことにより、ボーリングによって地層の関係が把握できると、比較的短時間で取水構造体１を設置することが可能となる。

節部材３０の外周には、吸水することで膨張する膨潤部材４０が巻回されている。このような膨潤部材４０としては、遮水パッカー材である応用計測サービス株式会社製「ナイスシール」などを用いることができる。このナイスシールは、主として吸水膨張性高分子材料により構成されており、吸水することで膨張する。

図３は、図２の各節部材３０に膨潤部材４０が巻回された状態を示している。本実施形態では、節部材３０の上端面と膨潤部材４０の側縁とが揃い、さらに、節部材３０の下端面と膨潤部材４０の側縁とが揃うように、２つの膨潤部材４０が節部材３０に巻回されている。このような構成により、帯水層の間の地下水が混合することがない。

上記のような節部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃに対して、パイプ部材１０ａ、パイプ部材１０ｂ、パイプ部材１０ｃが、図１に示すようにセットされる。図１に示されるように、パイプ部材１０がセットされた後には、各節部材３０の縦孔３３には接着剤が注入され、各節部材３０と各パイプ部材１０とは固着・遮水される。このようにして得られたものが図１に示す本発明に係る取水構造体１である。

図５は本発明の実施形態に係る取水構造体１の埋設例を説明する模式図である。図５（Ａ）はボーリングにより形成されたボーリング孔Ｈを示しており、図５（Ｂ）はボーリング孔Ｈに埋設された取水構造体１を示す図である。

図５（Ａ）に示すように、ボーリングを行うことで、深度の深いところから順に帯水層（Ｉ）、遮水層（Ｉ）、帯水層（ＩＩ）、遮水層（ＩＩ）、帯水層（ＩＩＩ）、遮水層（ＩＩＩ）が存在することを把握することができる。

これに基づいて、各帯水層や各遮水層の深さを考慮して、節部材３０とパイプ部材１０とを組み合わせ、取水構造体１を構成する。そして、図５（Ｂ）に示すように、取水構造体１をボーリング孔Ｈに埋設する。

図５（Ｂ）に示すように取水構造体１をボーリング孔Ｈに埋設したとき、各節部材３０に巻回されている膨潤部材４０は、吸水することで膨張しボーリング孔Ｈの内壁に密着し、各帯水層の間の水の行き来を遮蔽する。

このような取水構造体１によれば、帯水層（Ｉ）における地下水はパイプ部材１０ａの開口端部１２ａから取水でき、また、帯水層（ＩＩ）における地下水はパイプ部材１０ｂの開口端部１２ｂから取水でき、また、帯水層（ＩＩＩ）における地下水はパイプ部材１０ｃの開口端部１２ｃから取水できる。

以上、本発明に係る取水構造体１によれば、単一のボーリング孔Ｈを穿孔するのみで、複数の帯水層における地下水を取水することが可能であり、手間やコストを抑制することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図６は、他の実施形態に係る取水構造体１が適用されるボーリング孔Ｈの一例を示す図である。図６に示すボーリング孔Ｈにおいては、深度の深いところから順に帯水層（Ｉ）、遮水層（Ｉ）、帯水層（ＩＩ）、遮水層（ＩＩ）が存在し、遮水層（Ｉ）の厚さが比較的あり、帯水層（Ｉ）と帯水層（ＩＩ）との間の間隔が比較的広い。

このような地層構造において、帯水層（Ｉ）と帯水層（ＩＩ）の地下水を取水する場合について検討する。このような場合、２つの縦孔３３ａ、３３ｂが設けられている節部材３０ｂを１つと、１つの縦孔３３ａが設けられている節部材３０ａを２つと、パイプ部材１０ａとパイプ部材１０ｃとを組み合わせて、取水構造体１を構成する。

ところで、２つの節部材３０ａとの間には比較的広い空間がある。帯水層（Ｉ）と帯水層（ＩＩ）の地下水が混合しないように２つの節部材３０ａの間の遮水性をより向上させることが好ましい。

他の実施形態に係る取水構造体１においては、上記のような遮水性を向上させるために、２つの節部材３０ａの間に存在するパイプ部材１０ａの周囲に、吸水により膨潤する膨潤土５５が封入されている袋部材５０を巻回する。袋部材５０に用いる材料は、水が透過し、膨潤土５５を保持できる強度を有するものであればどのようなものを用いてもよい。また、膨潤土５５としては、例えば、ベントナイトを用いることができる。

図７は本発明の他の実施形態に係る取水構造体１の斜視図を示す図であり、図７（Ａ）は膨潤土５５が吸水する前の袋部材５０を示しており、図７（Ｂ）は膨潤土５５が吸水した後の袋部材５０を示している。他の実施形態に係る取水構造体１によれば、袋部材５０は膨潤土５５の吸水により、径が拡大することがわかる。

他の実施形態に係る取水構造体１を、図６に示すボーリング孔Ｈに埋設した様子を図８に示す。他の実施形態に係る取水構造体１においては、ボーリング孔Ｈに埋設されると膨潤土５５が周囲の水を吸収して袋部材５０が拡径し、ボーリング孔Ｈ内壁に圧接されるようになる。これにより、遮水層（Ｉ）における遮水性が増し、帯水層（Ｉ）と帯水層（ＩＩ）の地下水が混合することがない。そして、他の実施形態に係る取水構造体１によれば、帯水層（Ｉ）における地下水はパイプ部材１０ａの開口端部１２ａから取水でき、また、帯水層（ＩＩ）における地下水はパイプ部材１０ｃの開口端部１２ｃから取水できる。

以上のような他の実施形態に係る取水構造体１によれば、隣接する帯水層間の距離が比較的長い場合であっても、それぞれの帯水層の地下水が混合してしまうことを防止できる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。これまで説明した節部材３０においては、３つの縦孔３３が設けられた構成について説明した。また、節部材においては、設ける縦孔の数は任意である旨説明した。

以下、他の実施形態に係る取水構造体１においては、節部材７０に設ける縦孔７３の数を７つとしている。図９は本発明の他の実施形態に係る取水構造体１の節部材３０を説明する図である。図９（Ａ）乃至（Ｇ）に示すように、本実施形態においては、節部材７０ａ乃至７０ｇの縦孔７３が、１つ（７３ａ）乃至７つ（７３ａ〜７３ｇ）形成された計７種類の節部材７０が用いられることを特徴としている。本実施形態では、図９（Ａ）乃至（Ｇ）の７種類の節部材７０を準備しておくことにより、ボーリングによって地層の関係を把握し、短時間で取水構造体１を設置するようにしている。

節部材７０に設ける縦孔７３の数を７つとするメリットとしては、節部材７０を形成する際の部品として、径が１１６ｍｍの汎用部品を用いることできることを挙げられる。径が１１６ｍの汎用部品を用い、縦孔７３（径は１３ｍｍ）の数を７つとすると、最大の７つの帯水層に対応した取水構造体１を簡便に構成することが可能となる。

以上、本発明に係る取水構造体によれば、単一のボーリング孔を穿孔するのみで、複数の帯水層における地下水を取水することが可能であり、手間やコストを抑制することができる。

１・・・取水構造体
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ・・・パイプ部材
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・有底端部
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・開口端部
１４・・・穿孔
１５・・・穿孔区間
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ・・・節部材
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ・・・縦孔
４０・・・膨潤部材
５０・・・袋部材
５５・・・膨潤土（ベントナイト）
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆ、７０ｇ・・・節部材
７３、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ、７３ｅ、７３ｆ、７３ｇ・・・縦孔
Ｈ・・・ボーリング孔

Claims (4)

1. 取水孔が穿孔された穿孔区間を有するパイプ部材と、
   前記パイプ部材が内嵌される縦孔を有する節部材と、からなる取水構造体において、
   前記節部材として、前記縦孔を１つのみ有するものと、前記縦孔を複数有するものとが設けられることを特徴とする取水構造体。
2. 前記節部材の周囲には膨潤部材が巻回されることを特徴とする請求項１に記載の取水構造体。
3. 前記パイプ部材に、膨潤土が封入された袋部材が巻回されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の取水構造体。
4. 前記膨潤土がベントナイトであることを特徴とする請求項３に記載の取水構造体。

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