JP3521369B2 - 岩盤地下水取水貯蔵施設 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】岩盤地下水を有効利用するた
めの地下における取水と貯蔵の施設に関するものであ
る。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】一般に、飲料水、工業
用水、農業揚水などに用いられる水資源は、主に河川・
湖沼などからの取水、ダムからの取水及び土壌中の地下
水揚水で賄われている。しかし、近年、河川・湖沼水の
取水施設やダムの建設に有利な立地は少なくなってきて
おり、これらによる水資源の確保は従来より困難になっ
てきている。また、土壌中の地下水に対する過剰な揚水
が、地下水位の低下や地盤沈下の要因、及び臨海部では
地下水塩水化の要因になるため、その取水が制限される
方向にある。このような水資源に対してほぼ無尽蔵に水
資源を確保する方法として、海水の淡水化プラントが実
用化されている。しかし、この淡水化プラントの設備費
や運転費用は非常に高く、一般的には普及していないの
が現状である。

【０００３】そこで上記土壌より深層における岩盤地下
水が水資源として注目できるが、その利用はなされてい
ないのが現状である。例えば、従来からトンネル完成後
の湧水は単なる排水として排出処理するのが一般的であ
り、この湧水を有効利用する例も少なく、特別な取水装
置は提案されていない。また、岩盤地下水を取水するも
のとして、工事中の湧水対策に用いる水抜きボーリング
があるが、この水抜きボーリングは仮設の施設であり、
取水した岩盤地下水を有効利用するというものでもなか
った。

【０００４】一方、人工的に地中に水を浸透させる形態
となる装置として、水封式の岩盤タンクにおける水封ト
ンネル・水封ボーリングが挙げられるが、これら水封装
置は水位・水圧の低下を防止して貯蔵物の漏洩を防止す
るものであり、水封トンネル・水封ボーリングがない場
合に比較して湧水量は増大するが、この湧水量の増大は
同装置を設置する本来の目的となっているものではな
い。このように、人工的に地中に水を浸透させて水の貯
蔵を図り、水の浸透による揚水量の増大を利用しようと
するものは提案されていなかった。

【０００５】このような状況から発明者らにあっては、
まず図３から図５に示すように、岩盤Ａに対して地表側
からの供給水を人工的に涵養させ易い条件であるなら
ば、その涵養に立坑などを用いながら岩盤地下水取水貯
蔵施設を構成することを検討した。図３に示された岩盤
地下水取水貯蔵施設１では、岩盤Ａに対して地表側から
の供給水を人工的に涵養させる人工涵養施設９が、地表
側から岩盤Ａに達する深さの注水用立坑１７に削孔によ
る注水手段１１を設け、地表側から水質調整装置１５と
加圧装置１４とを経て供給水ｂを前記注水用立坑１７に
送り込み、注水用立坑１７の周りに例えば放射状配置と
された前記注水手段１１を通して人工的に涵養させるよ
うにしたものである。そして、集水トンネル３側や揚水
トンネル２側の構造は後述する図１と図２に示す構成と
同じであり、前記人工涵養施設９により岩盤Ａに浸透し
てなる人工涵養水をも含めた岩盤地下水が集水トンネル
３に導き入れることができるように設けられている。な
お、図３の人工涵養施設９では岩盤Ａまでに達するボー
リング孔１８よりなる注水手段１１にて供給水を直接的
に涵養させる構成も備えている。

【０００６】また、図４に示された岩盤地下水取水貯蔵
施設１にあっては、人工涵養施設９が、地表側から岩盤
Ａまでに達するボーリング孔１８よりなる複数の注水手
段１１を設け、地表側から水質調整装置１５と加圧装置
１４とを経て供給水を前記注水手段１１に送り込み、こ
の注水手段１１を通して人工的に涵養させるようにした
ものであり、集水トンネル３側や揚水トンネル２側の構
造は後述する図１と図２に示す構成と同じである。な
お、符号ｅは河川を、ｆは土壌地盤を示している。

【０００７】図５に示された岩盤地下水取水貯蔵施設１
にあっては、地表から岩盤Ａに達して掘り下げられ最深
部分を吸水槽４とする揚水トンネル２を複数有している
ものである。この図示された例における揚水トンネル２
は立坑より形成されているものであって、後述するよう
に注水用の坑の役割も果たすように設けられている。
この例における揚水トンネル２では、該揚水トンネル２
の周りの岩盤Ａから岩盤地下水を導き入れ可能な複数の
集水手段７が前記吸水槽４より上位にして、例えば放射
状に設けられているとともに、その集水手段７より上位
に、揚水トンネル２の周りの岩盤Ａに水を供給可能な複
数の注水手段１１を、例えば放射状にして設けることに
より、人工涵養施設９を備え持つものとされている。な
お、この集水手段７と注水手段１１とは共に削孔よりな
るものである。

【０００８】上記注水手段１１からなる上記人工涵養施
設９が、図示されているように揚水トンネル２それぞれ
に付設されているため、水質調整装置１５と加圧装置１
４とに接続されている注水管１３が個々の揚水トンネル
２内まで配管され、分岐状態にして前記人工涵養施設
９、即ち注水手段１１に接続されている。なお、図５に
おいて注水管１３の分岐配管状態は、その説明を容易に
するため矢印のみにて示した。この図５に示した岩盤地
下水取水貯蔵施設１にあっても、各揚水トンネル２の下
部の吸水槽４に上記集水手段７からの揚水が集められて
貯蔵されることになり、その吸水槽４に設けた揚水手段
５により揚水管６を経て地表側に送り出され、これら複
数の揚水トンネルから送り出されてきた岩盤地下水を取
りまとめて利用施設側に送る形式としている。

【０００９】そして、各揚水トンネル２周りの岩盤Ａに
あっては、上記人工涵養施設９の注水手段１１からその
岩盤Ａを介して集水手段７に亘るまでの濾過経路１６が
形成されており、前記注水手段１１から岩盤Ａに浸透さ
せてなる涵養水が、その濾過経路１６を通して集水手段
７に達することができ、前記涵養水を含めて岩盤地下水
が揚水トンネル２に導入されるようにしている。

【００１０】この図３から図５に示す岩盤地下水取水貯
蔵施設では、最深部分を吸水槽とする揚水トンネルに、
吸水槽より上位に位置する集水手段と、その集水手段よ
り上位に人工涵養施設を有する岩盤地下水取水貯蔵施設
であって、吸水槽側に岩盤地下水を集水するとともに貯
蔵させておくことができ、必要に応じてその岩盤地下水
を地表側に送り出せるようになる。そして、人工涵養施
設によって地下水位の低下を抑えるとともに、吸水槽側
への揚水量を増大させて、この岩盤地下水取水貯蔵施設
からの取水量を増大させることが可能になる。

【００１１】しかし、図３から図５の岩盤地下水取水貯
蔵施設は、上述したように岩盤が、その岩盤に対して供
給水を人工的に涵養させ易いという条件の下で構成され
る。そのため、発明者らは揚水トンネルから横方向に掘
り進めた注水トンネルに注水手段を設ける構成の人工涵
養施設に注目した。そこで本発明は上記事情に鑑み、こ
れまで利用されていない岩盤中の地下水資源を効率的に
取水するとともに、その取水に適した貯蔵施設を地中側
に設けるようにし、さらには自然の岩盤地下水ばかりで
なく、人工的に水を岩盤側に浸透させ、人工涵養水とし
て得られたその水を貯蔵し、必要に応じて取水できるよ
うにすることを課題とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を考慮
してなされたもので、地表から岩盤に達して掘り下げら
れ最深部分を吸水槽とする揚水トンネルと、揚水トンネ
ルの前記吸水槽の上位から岩盤中に掘り進められた集水
トンネルとからなり、前記集水トンネルは前記揚水トン
ネルとの接続部分を最深部とする水勾配を有し、この集
水トンネルに、該集水トンネルの周りの岩盤から岩盤地
下水を導き入れ可能な複数の集水手段と、前記集水手段
を通して集水トンネルに導き入れられた岩盤地下水を前
記吸水槽に向けて流し落とす導水手段とを設け、前記揚
水トンネルに、集水トンネルから集められた吸水槽の水
を地表側に送り上げる揚水手段を設け、かつ、前記集水
トンネルから上位の岩盤中に位置して前記揚水トンネル
から横方向に掘り進められた注水トンネルと、水質調整
装置を有して前記注水トンネルに接続され、地表から前
記水質調整装置を経て水質調整された供給水を前記注水
トンネルへ送る注水管と、前記注水トンネルの周りの岩
盤に向けて側方に延びて注水トンネルの供給水を岩盤に
供給可能な複数の注水手段とからなる人工涵養施設を備
えて、該人工涵養施設により前記供給水を岩盤に浸透さ
せてなる涵養水を、岩盤を介して集水トンネルに導入可
能に設けられていることを特徴とする岩盤地下水取水貯
蔵施設を提供して、上記課題を解消するものである。

【００１３】また、本発明において、上記人工涵養施設
は、供給水を強制的に岩盤中に浸透させる加圧手段を有
しているものとすることが可能である。

【００１４】揚水トンネルと集水トンネルとを備える上
記岩盤地下水取水貯蔵施設にあっては、集水トンネルの
周りの岩盤の地下水が集水手段を通して集水トンネル内
に湧水として入り込むようになり、その湧水が集水トン
ネルを経て吸水槽側に集まり、その吸水槽を含む揚水ト
ンネル及び吸水槽の上位に連続している前記集水トンネ
ルが前記湧水の貯蔵スペースとなる。そして、貯められ
ている前記湧水が必要に応じて揚水手段により地表側に
揚水される。また、横方向に掘り進められた上記注水ト
ンネルと水質調整装置を有して地表から水質調整された
供給水を送る上記注水管と側方に延びる上記注水手段と
からなり地表からの供給水を上記岩盤中に浸透させる人
工涵養施設により、岩盤地下水の不足水量を補うように
する。そして、人工涵養施設から岩盤に浸透させてなる
涵養水を岩盤を介して集水トンネルに導入させるように
することで、岩盤を経て集水手段に達する濾過経路を形
成し、人工涵養施設から供給された水がこの濾過経路を
通して自然濾過されて集水トンネルに到達するようにな
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態を図１
と図２に基づいて詳細に説明する。図１に示されている
ように、岩盤地下水取水貯蔵施設１は地表から岩盤Ａに
達して掘り下げられた揚水トンネル２と、前記揚水トン
ネル２から岩盤中に掘り進められた集水トンネル３とか
らなるものであり、岩盤での通常のトンネル構築作業に
なぞらえて説明すると、前記集水トンネル３は削孔作業
のための作業トンネルとなり、前記揚水トンネル２は地
下作業域に達するアクセストンネルとなる。

【００１６】揚水トンネル２は図において立坑として示
されているが、斜坑であってもよく、最深部を吸水槽４
としている。この吸水槽４の上位から前記集水トンネル
３が所要の水勾配を有しながら接続されていて、後述す
るようにこの集水トンネル３に入った湧水が水勾配によ
り揚水トンネル２側に流れ、吸水槽４に集まるように設
けられている。即ち、前記集水トンネル３にあっては揚
水トンネル２との接続部分を最深部としている。前記揚
水トンネル２の吸水槽４には図示のようにポンプからな
る揚水手段５が配置されていて、接続された揚水管６を
経て前記揚水手段５により吸水槽４から湧水を地表側に
送り出すように設けられている。また、前記集水トンネ
ル３にあっては上方及び側方の岩盤に向けて削孔してな
る集水手段７が集水トンネル３の長さ方向に亘り複数設
けられている。集水トンネル３はボーリングマシンなど
の搬入と削孔用のスペースを確保する大きさでよいが、
地下水の貯蔵量をより多くする場合にはこの集水トンネ
ルは所要の大断面にする。前記集水手段７は集水トンネ
ル３の周りの岩盤Ａから岩盤地下水ａを集水トンネル３
に導き入れ可能なものであり、その岩盤Ａからの岩盤地
下水ａは湧水として集水トンネル３内に導き入れられ
る。そして、この集水トンネル３の底面には、水勾配で
傾斜し上記揚水トンネル２までに達している導水溝から
なる導水手段８が設けられていて、岩盤Ａから集水手段
７を通して入り込んだ湧水はこの導水手段８により上記
吸水槽４に案内されることになる。

【００１７】このようにして吸水槽４側に集まる水はこ
の吸水槽４を含む揚水トンネル２の下部側、そして、場
合によっては集水トンネル３側にも及ぶ範囲に亘って貯
蔵されることになり、上記揚水手段５で必要時に地表側
に供給されるようになる。なお、集水手段７の削孔径が
小さいものであっても、岩盤からこの集水手段を通して
集水トンネル側に入り込む湧水量は大きく低減すること
はなく、上述のように集水トンネルに亘り集水手段を多
く設けて広い範囲の水資源を取水することができるよう
になる。

【００１８】岩盤地下水利用は、土壌中の地下水利用に
比べて地下水環境に与える影響が小さい利点がある。し
かし、地下水取水に有利な高透水性の岩盤に上記の岩盤
地下水取水貯蔵施設１を立地した場合、地下水位の低下
が生じる可能性がある。この地下水位低下は地下水環境
を損なうばかりでなく、取水量そのものが低下するた
め、岩盤地下水取水貯蔵施設の本来の機能も損なうこと
になる。このため図１、図２に示すように人工涵養施設
９を付設する。前記人工涵養施設９は地表からの供給水
ｂを岩盤中に浸透させる働きをするものであり、図１と
図２に示された例にあっては、上記集水トンネル３から
上位の岩盤中に位置して上記揚水トンネル２から横方向
に掘り進められた注水トンネル１０に、その注水トンネ
ル１０の周りの岩盤に向けて側方に削孔して岩盤Ａに水
を供給可能な複数の注水手段１１を設けたものである。
そして、注水トンネル１０の揚水トンネル２に対する連
結部分に設けたプラグ１２に注水管１３が貫通配置さ
れ、その注水管１３が揚水トンネル２を通り地表側にお
いて加圧装置１４に接続されている。さらに前記加圧装
置１４には水質調整装置１５が接続されている。

【００１９】上記人工涵養施設９にあっては、水質が比
較的悪いが低コストで大量に得られる下水処理水や周辺
地域の雨水などを供給水として想定されているものであ
り、上記水質調整装置１５において所定の水質調整が行
われた前記供給水ｂを上記加圧装置１４により注水トン
ネル１０に圧送し、注水手段１１を通して岩盤Ａにその
供給水ｂを強制的に浸透させており、岩盤Ａに対して人
工的に水を涵養させるようにしたものである。前記水質
調整装置は簡易濾過や有機物を目的とした塩素系処理を
行う。また、上記加圧装置は加圧注水を行う場合に用い
るものであるが、供給水位を一定にした自然注水を行う
場合には不要である。

【００２０】上記人工涵養施設９を付設した岩盤地下水
取水貯蔵施設１にあっては、上述したように人工涵養施
設９により地表側からの供給水ｂが、注水トンネル１０
とこの注水トンネル１０から図２に示すように側方に延
びる注水手段１１とを経て岩盤Ａに浸透（人工涵養）し
て、そして、集水トンネル３側では、人工涵養施設から
岩盤Ａに浸透した人工涵養水ｃを含めて集水トンネル周
りの岩盤地下水ａが上述したように湧水として導き入れ
られ、これが吸水槽４に集められて必要時に揚水手段５
にて地表側に送り出されるようになる。岩盤自体には自
然濾過機能があるため、前記人工涵養施設９の注水手段
１１から岩盤Ａを介して集水手段７までに濾過経路１６
を有するものとなり、人工涵養水ｃはこの濾過経路１６
を経て清浄な水質となる。以上のように人工涵養施設９
によって地表側からの供給水ｂが岩盤Ａにおいて涵養さ
れ、集水トンネル側からの取水による地下水位の低下が
抑えられるようになる。このため、地下水環境保全に寄
与するばがりでなく、水位低下による取水量低下がなく
なり、岩盤地下水取水貯蔵施設１において永続的な取水
機能を保持できるようになる。また、人工涵養施設が設
けられていない場合の地下水面ｄと集水トンネルとの間
のエネルギー差と、前記人工涵養施設の注水トンネルと
集水トンネルとの間のエネルギー差とが同一の条件下で
も、集水トンネルまでの流路長さの違いにより人工涵養
施設を設けた場合に集水トンネルでの湧水量が多くな
り、よって、人工涵養施設は湧水量の増大機能を有する
ものとなっている。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上説明した構成によるもので
あり、揚水トンネルと集水トンネルとを備えて集水トン
ネルからの揚水を揚水トンネルの吸水槽より地表側に送
り出せるようにした岩盤地下水取水貯蔵施設にあって
は、岩盤地下水の自然な湧水を効率よく集めることがで
きて、必要に応じて岩盤地下水を地表側に送り出せるよ
うになるなど、有用なものとなる。そして、人工涵養施
設によって岩盤中に地表側からの供給水を涵養させるよ
うにすることにより、地下水位の低下を抑えるととも
に、集水トンネル側への揚水量を増大させて、この岩盤
地下水取水貯蔵施設からの取水量を増大させることが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る岩盤地下水取水貯蔵施設の実施例
を断面で示す説明図である。

【図２】図１に示した実施例を注水トンネルと集水トン
ネルの横断方向の断面で示す説明図である。

【図３】立坑よりなる人工涵養施設を備える例を断面で
示す説明図である。

【図４】ボーリング孔よりなる人工涵養施設を備える例
を断面で示す説明図である。

【図５】揚水トンネルに人工涵養設備を備えた例を断面
で示す説明図である。

【符号の説明】 １…岩盤地下水取水貯蔵施設 ２…揚水トンネル ３…集水トンネル ４…吸水槽 ５…揚水手段 ７…集水手段 ８…導水手段 ９…人工涵養施設 １０…注水トンネル １１…注水手段 １６…濾過経路 Ａ…岩盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平１−136554（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−112567（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E03B 3/11 E03B 3/06 E03B 1/00 E03B 3/14 E03B 3/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地表から岩盤に達して掘り下げられ最深部
   分を吸水槽とする揚水トンネルと、揚水トンネルの前記
   吸水槽の上位から岩盤中に掘り進められた集水トンネル
   とからなり、 前記集水トンネルは前記揚水トンネルとの接続部分を最
   深部とする水勾配を有し、この集水トンネルに、該集水
   トンネルの周りの岩盤から岩盤地下水を導き入れ可能な
   複数の集水手段と、前記集水手段を通して集水トンネル
   に導き入れられた岩盤地下水を前記吸水槽に向けて流し
   落とす導水手段とを設け、 前記揚水トンネルに、集水トンネルから集められた吸水
   槽の水を地表側に送り上げる揚水手段を設け、 かつ、前記集水トンネルから上位の岩盤中に位置して前
   記揚水トンネルから横方向に掘り進められた注水トンネ
   ルと、水質調整装置を有して前記注水トンネルに接続さ
   れ、地表から前記水質調整装置を経て水質調整された供
   給水を前記注水トンネルへ送る注水管と、前記注水トン
   ネルの周りの岩盤に向けて側方に延びて注水トンネルの
   供給水を岩盤に供給可能な複数の注水手段とからなる人
   工涵養施設を備えて、該人工涵養施設により前記供給水
   を岩盤に浸透させてなる涵養水を、岩盤を介して集水ト
   ンネルに導入可能に設けられ ていることを特徴とする岩
   盤地下水取水貯蔵施設。
2. 【請求項２】上記人工涵養施設は、供給水を強制的に岩
   盤中に浸透させる加圧手段を有している請求項１の岩盤
   地下水取水貯蔵施設。