JP3798860B2

JP3798860B2 - 地下水の最高水位検知装置

Info

Publication number: JP3798860B2
Application number: JP29733096A
Authority: JP
Inventors: 紀明菅原; 幸雄大井
Original assignee: Oyo Corp
Current assignee: Oyo Corp
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2016-10-18
Also published as: JPH10122930A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ある測定期間中における地下水の最高到達水位を簡便に検知するための装置に関し、更に詳しく述べると、ボーリング孔に設置したスタンドパイプ内に、多数の水容器を間隔をおいて連結して挿入する方式の地下水の最高水位検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地盤の性状は地下水の挙動によって大きな影響を受ける。地滑りなど岩塊や土塊の移動や流動は、地盤中の水分が増加し、内部の摩擦力が減少したときに起こり易い。地盤中の水分が増加した場合には、土塊や岩塊全体の流動が起きないまでも、部分的な移動や変状が起こり、土塊、岩塊内に亀裂や空洞が発生する。この亀裂や空洞は、地盤中への水の浸透や移動をますます容易にし、また地下水の浸透によって岩塊や土塊に浮力が生じ、これが地盤塊を大規模な地滑りや崩壊へと誘導することになる。従って、地盤塊中の地下水の挙動を知ることは、それらによって引き起こされる災害の防止にとって非常に重要である。
【０００３】
地下水の挙動が示す性状のうち、地滑りや崩壊にとって最も関連の深い性状は地下水の水位変動である。比較的浅い地層中の地下水位は、通常、土中の間隙を通して大気と接しているので降水などの浸透で自由に昇降する。降雨や融雪によって地盤塊中の地下水位が上昇することは、その中の水量が増加していることを意味し、過去の高水位の経験回数や最高到達水位は、地盤中の欠陥や透水性を知る上で極めて有効な情報となる。
【０００４】
地下水位の測定は、従来から種々の方法で行われてきた。最も簡便には、適当なフロートにスケールや長さが明示できるワイヤーを取り付けてボーリング孔内の水面上に浮かせて基準面（例えばボーリング孔上端）から水面までの深さを読み取る方法がある。しかしこの方法は、その都度測定を行わねばならないため、長期間にわたる観測には不向きである。
【０００５】
そこで、長期間にわたる観測には自記水位計が用いられている。自記水位計としては、例えばフロート式、触針式、水圧式などがある。フロート式水位計は、水面に浮かべたフロートが水面とともに昇降するのを利用し、フロートの動きを記録させるものである。具体的にはフロートとカウンターウエイトとをワイヤーで繋いでプーリーを回転させ、該プーリーの回転位置を計測して水位を求め、日時とともに記録する構成である。触針式水位計は、例えばコードの先端に取り付けられた検出器の２本の触針がともに水中にあればモータが作動してコードを巻き上げ、２本とも空中にあればコードを下降させるようにモータが作動し、１本のみ水中にあれば停止するようになっていて、コードの昇降量から水位を計測する構成である。また水圧式水位計は、水面の昇降に伴って水中に設置した受圧部の受ける水圧が変化することから、水圧を測定して水位を求める構成である。その他、超音波式やキャパシタンス式などの水位計も用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの自記水位計は、精度の高い連続した水位データが得られるものの、いずれの方式にしても装置はかなり高価であるし、また可動部があると故障し易いなどの欠点もある。特に、１台当たりのコストが高いために、変状する可能性のある一地盤に対して多数の装置を高密度に設置して、高分解能の計測を行うことが経済的に非常に困難であった。ところが、先に挙げた地盤中の亀裂や空洞は微細であり、且つその存在がアトランダムである場合が多い。従って、測定の成果から有効な危険度の判定を引き出すためには、地盤内に高密度で装置を設置し、それらの影響を詳細に計測する必要があるにもかかわらず、経済的な理由でそれが実現できなかった。
【０００７】
ところで地滑りの予知や地滑り災害の防止という観点では、必ずしも各ボーリング孔内の水位について、精度の高い連続した水位データは必要ではない。最も必要なことは、降雨期や融雪期などにおける高水位の過去の経過（履歴）を知ることであり、そのためには、ある期間の最高到達水位のみ知ることができれば十分である。
【０００８】
そこで本発明の目的は、ある限られた期間にわたる地下水の最高到達水位を検知することのできる簡便且つ安価な装置を提供することである。本発明の他の目的は、ボーリング孔の口径が小さくても、孔底などから発生したガスをスムーズに排除でき、そのため測定誤差が生じ難く、且つ敏感な測定が可能な地下水の最高水位検知装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る地下水の最高水位検知装置は、ボーリング孔の孔壁を保護するケーシングパイプ内に挿入されて内部の地下水位が自由に上下するスタンドパイプと、間隔をおいてロープ等の連結材により軸方向に順次連結した状態で前記スタンドパイプ内に挿入・引出し自在に配置される多数の水容器の組み合わせからなる。前記スタンドパイプは円筒状をなし、その下端にフィルタを備え、該フィルタの周囲が砂で囲まれ、その砂の上部に設けたベントナイト層でケーシングパイプ内での上下の地下水の流通が遮断され、前記ベントナイト層下方の地下水が前記スタンドパイプ内を上下するようにボーリング孔内に設置されている。各水容器は、スタンドパイプの内面形状に合致した半円状の側面と平面状の側面を備えた有底・有蓋の筒状部からなり、その平面状の側面の上方寄りの位置に水導入口が開口し、半円状の側面の上端近傍の前記水導入口よりも上方位置にガス排出口が開口して、且つ平面状の側面の少なくとも一部が蓋体と底板からそれぞれ上下に延設され、その延設部分に連結材の取付け部を設けた構造をなしている。そして測定期間中に地下水が満たされた最上の水容器のスタンドパイプ内での位置によって最高水位を検知するように構成されている。
【００１０】
地盤中の地下水位の昇降に追従してスタンドパイプ内の水位は上下する。スタンドパイプ内の水位が上昇して水容器の水導入口を越える状態になると、その水導入口を通して水容器内に地下水が流入する。その後、水位が降下しても水容器中に浸入した地下水は、そのまま水容器中に保持され続ける。従って、所定の期間が経過した後、一連の水容器を引き上げて水が入っている水容器の位置（スタンドパイプ内での深さ）を知ることによって、その期間中の最高水位を検知できることになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
ここで各水容器は、スタンドパイプの内面形状に合致した半円状の側面と平面状の側面を備えた有底・有蓋の筒状部材からなる構造とするのがよい。その平面状の側面の上方寄りの位置に水導入口を設け、半円状の側面の上端近傍にはガス排出口を設ける。そして、平面状の側面の少なくとも一部を蓋体と底板からそれぞれ上下に延設して、その延設部分にロープ等の連結材の取付け穴を設ける。ガス排出口は、地下水位が上昇して水導入口から地下水が浸入したときに、水容器内の空気などの逃げ口となり、スムーズに地下水が水容器内に溜まるようにするためのものである。水導入口が平面状の側面に設けられていると、スタンドパイプとの間隙が広いので、地下水は流入し易い。
【００１２】
ボーリング孔は、できるだけ口径が小さい方がコスト的にも検知精度の確保の点からも好ましい。他方、水容器は、検知の正確性を期すためには、内部に溜まった水の蒸発防止などの対策を施した上で、内容積をある程度確保する必要がある。ところで、地層中には往々にして炭酸などのガスが含まれる場合がある。このような場合、孔底で発生したガスは水位を押し上げる効果を示し、あまり大きな気泡にならないうちに上部へとスムーズに導き放出させないと、気泡が大きく成長して水位測定の誤差となる。上記のように水容器の外形を半円形の筒状にすると、スタンドパイプ内で気泡が上昇し易いような通路が形成され、気泡が止まることがないため、正確な測定が行える。
【００１３】
勿論、水容器の水平断面を角形にしても円形にしても、スタンドパイプとの隙間を十分大きくすれば有効であるが、そのためにスタンドパイプの口径が大きくなれば、コスト的に不利であるし、パイプ断面積が大きくなることによって地下水位の変化に対するスタンドパイプ内の水位の変化に大きな遅れが生じるようになり（大きなタイムラグが発生する）、敏感な測定ができなくなる。水容器の断面積を小さくすれば、十分な地下水を保持することができない。これらを総合的に勘案すると、上記のように半円形の筒状構造は、製造が容易であることもあって、本発明で用いる水容器として極めて適した構造であると言える。
【００１４】
【実施例】
図１に本発明に係る地下水の最高水位検知装置の一実施例を示し、水容器の構造例を図２に示す。なお図２において、Ａは平面図、Ｂは正面図、Ｃは側断面図である。ボーリング孔内でのスタンドパイプの設置までは、従来行われていたカサグランデ式水位測定方法と同様であってよい。
【００１５】
簡単に説明すると次のごとくである。まず、地盤１０にボーリング孔１２を掘削する。その深さは、地滑り監視を目的とするような場合には１０〜２０ｍ程度であり、その口径は例えば６６mmφ程度の小径ボーリングでよい。ボーリング孔１２内にケーシングパイプ１４を挿入し、孔壁の崩れを防ぐ。ケーシングパイプ１４としては、例えば直径５０mmφの鉄パイプを用いる。ケーシングパイプ１４をボーリング孔底１２ａよりも更に下方まで打ち込み、次いでケーシングパイプ１４の内部の土砂を取り除き清浄化する。そして、下端にフィルタ１６を設けたスタンドパイプ１８を挿入し、ケーシングパイプ１４内に砂２０を投入した後、ケーシングパイブ１４を、その下端がボーリング孔底１２ａのやや下方の位置となるまで引き上げ、フィルタ１６を完全に埋設する。スタンドパイプ１８としては、例えば外径４０mmφ、内径３０mmφ程度の塩化ビニル製パイプでよい。更に、ケーシングパイプ１４とスタンドパイプ１８との間にベントナイトペレットを投入して固め、それによるベントナイト層２２によって上下の地下水の流通を完全に遮断する。このようにして図１に示すようにスタンドパイプ１８の設置が完了する。
【００１６】
多数の水容器３０を間隔をおいてロープ３２等の連結材を用いて順次連設し、前記スタンドパイプ１８内に挿入する。各水容器３０は、スタンドパイプ１８の内面形状に合致した半円状の側面３０ａと平面状の側面３０ｂを備え、更に下端に底板３０ｃを、上端に蓋板３０ｄを有する筒状部からなる。そして、その平面状の側面３０ｂの上方寄りの位置に水導入口３４が開口し、半円状の側面３０ａの上端近傍にガス排出口３６が開口している。平面状の側面３０ｂは、蓋板３０ｄと底板３０ｃからそれぞれ上下に延設されていて、その延設部分に連結材（ロープ３２）のための取付け穴３８を設けた構造をなしている。半円状の側面３０ａは、スタンドパイプ１８の内面より若干小さめの曲率の面とし、水容器３０がスタンドパイプ１８内をスムーズに移動できるような寸法に設定されている。この水容器３０は、例えば透明アクリル樹脂製などとし、製作し易く且つ内部の地下水の有無を容易に観察できるようなものが好ましい。水容器３０の長さは、蓄える水の量を決めることになるが、例えば１０〜１５cm程度とする。このような水容器３０を、多数、約５０cm程度の等間隔となるようにロープ３２等によって連結する。ロープの代わりに、ワイヤやチェーンなどを用いてもよい。
【００１７】
最も上のロープ３２の上端はフック４０などに引っ掛けて固定する。フック４０は、スタンドパイプ１８の上端に被せた蓋体４２の内面に固定しておく。蓋体４２は、スタンドパイプ１８に雨水や塵などが入るのを防ぐが、スタンドパイプ１８内外の空気の流通は許容するような構造とする。地下水の上昇時に水容器３０が浮力で浮き上がる恐れがある場合には、最も下の水容器に重りを接続すればよい。このようにして、多数の水容器３０が一連になった状態でスタンドパイプ１８に配置できることになる。
【００１８】
測定は次のような手順で行う。まず全ての水容器３０を空にしてスタンドパイプ１８内に順次挿入し、ロープ３２の上端を蓋体４２のフック４０に取り付けて吊設する。測定の準備はこれで完了である。そして梅雨期など測定期間中、そのままの状態を維持する。その測定期間中、地下水位は降雨などによって上下し、それに伴いスタンドパイプ１８内の水位も上下して、ある深さの水容器までは地下水が満たされる。その後、地下水位が低下しても、水容器内に蓄えられた地下水はそのまま保持される。スタンドパイプ１８内で幾度もの地下水位の上下を繰り返したとしても、最高水位の時に最も浅い水容器まで地下水が溜まることになり、地下水が溜まっているということでその状態が記憶され続ける。従って、測定期間終了後は、一連の水容器をスタンドパイプ１８から引き上げ、水容器内に地下水が溜まっているか否かを観察すればよい。水容器が前記のように透明アクリル樹脂製だと、容易に外側から観察できるので作業も容易である。地下水が溜まっている水容器のうち最も上の水容器のスタンドパイプ１８内での位置を求めることで、スタンドパイプ１８内でのその測定期間中に到達した最高水位を求めることができる。これは水容器同士の間隔を一定に定めておけば、何番目の水容器が地下水で満たされているかで、容易に最高到達地下水位が求まる。
【００１９】
水容器の水平断面として半円形状が好ましい理由は、ある程度細いスタンドパイプに対して比較的大きな断面積の水容器を挿入しても、なおかつガスの上昇通路を確保できるということである。実験的には、気泡がスムーズに管内を上昇するには、少なくとも６mm程度の隙間が必要である。それ以下では管壁との粘性、摩擦などにより、気泡が管内に止まりがちとなる。従って、例えばスタンドパイプの内面半径が１５mmφの場合、本発明で用いるような半円形（半径１５mm）の場合は、円形（半径９mm＝１５mm−６mm）の場合に比して、断面積で約４０％も大きくでき、水容器の高さを短縮することができる。
【００２０】
また水容器を上記のような水平断面で半円形（中心角度１８０度）にすると、半円筒と平板の組み合わせで組み立てられるために製作も容易となり好ましい。但し、単に水容器の内容積を多くする必要がある場合には、中心角度を更に大きくした筒状部とすることで対応することも可能である。
【００２１】
ところでボーリング孔内（スタンドパイプ内）では、蒸発の問題及び結露の問題を考える必要がある。水容器内に溜まった地下水の蒸発は、スタンドパイプ内の湿度が高い（ほとんど１００％）ことを考慮すると、水容器の内容積をある程度大きくすることで対応できる。またボーリング孔内の温度変化によって結露が生じ、ロープを伝って水容器に流れ込むことが考えられるが、水容器に蓋板を設け、開口を側面に形成することで、極力水滴が水容器に入るのを防ぐとともに、水容器の内容積をある程度確保することで、溜まった水が水滴によるものか、地下水の浸入によるものかが判断できる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は上記のように、スタンドパイプ内に多数の水容器を間隔をおいて一連になるように挿入する構成としたことで、ある限られた期間にわたる地下水の最高到達水位を簡便且つ安価に検知することができる。またボーリング孔底などで発生したガスなどの排除の障害にならないように、スタンドパイプは円筒状、水容器は該スタンドパイプの内面形状に合致した半円形の筒状というような形状的な工夫が施されているため、スタンドパイプ内で気泡が上昇し易いような通路が形成され、気泡が止まることがないため、水位変動が迅速で且つスムーズであり、測定誤差が生じ難い。水容器においてガス排出口が水導入口よりも上方に位置し、水導入口が平面状の側面に設けられているので、地下水位が上昇して水導入口から地下水が浸入したときに、水容器内の空気などの逃げ口となり、スムーズに地下水が水容器内に溜まり、またスタンドパイプとの間隙が広いので地下水は流入し易い。更に本発明装置は、スタンドパイプが小径でよく、水容器は半円形の筒状なので、極めて安価に製作できることから、広い測定範囲にわたって高密度で配置でき、その結果、敏感な測定が可能となる。これらによって本発明装置は、地滑り災害の防止に極めて有効な測定機器となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る地下水の最高水位検知装置の一実施例を示す全体構成図。
【図２】それに用いる水容器の説明図。
【符号の説明】
１２ボーリング孔
１４ケーシングパイプ
１８スタンドパイプ
３０水容器
３２ロープ
３４水導入口
３６ガス排出口

Claims

ボーリング孔の孔壁を保護するケーシングパイプ内に挿入されて内部の地下水位が自由に上下するスタンドパイプと、間隔をおいて連結材により軸方向に順次連結した状態で前記スタンドパイプ内に挿入・引出し自在に配置される多数の水容器とからなり、
前記スタンドパイプは円筒状をなし、その下端にフィルタを備え、該フィルタの周囲が砂で囲まれ、その砂の上部に設けたベントナイト層でケーシングパイプ内での上下の地下水の流通が遮断され、前記ベントナイト層下方の地下水が前記スタンドパイプ内を上下するようにボーリング孔内に設置され、各水容器は、スタンドパイプの内面形状に合致した半円状の側面と平面状の側面を備えた有底・有蓋の筒状部からなり、その平面状の側面の上方寄りの位置に水導入口が開口し、半円状の側面の上端近傍の前記水導入口よりも上方位置にガス排出口が開口して、且つ平面状の側面の少なくとも一部が蓋体と底板からそれぞれ上下に延設され、その延設部分に連結材の取付け部を設けた構造をなしていて、測定期間中に地下水が満たされた最上位置の水容器のスタンドパイプ内での位置によって最高水位を検知することを特徴とする地下水の最高水位検知装置。