JP7026346B2

JP7026346B2 - 復水井戸の制御システム及び復水井戸の制御方法

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Publication number: JP7026346B2
Application number: JP2017221117A
Authority: JP
Inventors: 悠介中島; 剛笹倉; 俊行田中; 里衣笹岡; 英基永谷; 勝広上本; 永憲松岡; 敬子街
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2022-02-28
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: JP2019090275A

Description

特許法第３０条第２項適用 ▲１▼ 公開日平成２９年８月１日 ▲２▼ 刊行物第７２回年次学術講演会講演概要集，第１４１５－第１４１６頁，公益社団法人土木学会

本発明は、復水井戸の制御システム及び復水井戸の制御方法に関する。

開削工事等で掘削底面の安定を図るために、地下水位を下げる工法が用いられる。地下水位を下げる工法が用いられる際において、工事区域周辺の地盤沈下や井戸枯れの可能性がある場合には、汲み上げた地下水を復水井戸に注水して地中に戻す復水工法が併用される。細粒分や鉄分等により井戸の地中への復水の通り道に目詰まりが生じる場合がある。このような場合には、復水井戸への注水を遮断し、目詰まりを解消するために復水井戸から水を排水する逆洗浄が行われる。

例えば、特許文献１には、復水井戸の水位が標準水位よりも高い管理水位に達したときに、注水管電動弁をオフにして復水井戸への注水を中止し、排水ポンプのリレースイッチをオンにすることによる排水により逆洗浄を行い、復水井戸の水位が標準水位よりも低い下方水位に達したときに、排水ポンプのリレースイッチをオフにして排水を中止し、注水管電動弁をオンにして復水井戸への注水を再開し通常の復水を行う復水井戸の制御システムが開示されている。

特許第４７６９７６９号公報

ところで、上記のような従来の復水井戸の制御システムにおいては、復水井戸の目詰まりの生じ難さについては、改善の余地がある。

そこで本発明は、復水井戸の目詰まりをより生じ難くすることができる復水井戸の制御システム及び復水井戸の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、復水井戸へ注水して地中へ復水する復水井戸の制御システムであって、復水井戸へ注水する注水管と、注水管による復水井戸への注水量を取得する注水量取得部と、復水井戸の水を排水する排水部と、排水部による復水井戸の水の排水量を取得する排水量取得部とを備え、排水部は、注水量取得部により取得された注水管による注水量から排水量取得部により取得された排水部による排水量を差し引いた値である地中への復水量が一定になるように、復水井戸の水を排水する、復水井戸の制御システムである。

この構成によれば、復水井戸へ注水して地中へ復水する復水井戸の制御システムにおいて、注水管により復水井戸への復水がされ、注水量取得部により注水管による復水井戸への注水量が取得され、排水部により復水井戸の水が排水され、排水量取得部により排水部による復水井戸の水の排水量が取得され、排水部により、注水量取得部により取得された注水管による注水量から排水量取得部により取得された排水部による排水量を差し引いた値である地中への復水量が一定になるように、復水井戸の水が排水されるように復水井戸の管理が行われるため、復水井戸の復水量が安定することで、復水井戸周囲の地盤の細粒分の移動を抑制することができ、復水井戸のポンプのスイッチを入切して、復水量と水位が変動しながら復水する従来の制御システムに比べて目詰まりが生じ難くなる。

この場合、復水井戸の水位を計測する水位計測部をさらに備え、排水部は、地中への復水量が一定になるように復水井戸の水を排水していたときに水位計測部により計測された復水井戸の水位が予め設定された逆洗浄開始水位に達したときには、排水部による排水量を増大させることにより復水井戸の逆洗浄を行うことが好適である。

この構成によれば、復水量が一定になるように復水井戸の水が排水されるように復水井戸の管理が行われることにより目詰まりが生じ難くなることに加えて、水位計測部により復水井戸の水位が計測され、排水部により地中への復水量が一定になるように復水井戸の水が排水されていたときに水位計測部により計測された復水井戸の水位が予め設定された逆洗浄開始水位に達し、目詰まりが生じた場合でも、排水部による排水量を増大させることにより復水井戸の逆洗浄が行われるため、目詰まりを解消することができる。

この場合、排水部は、地中への復水量が一定になるように復水井戸の水を排水していた復水量一定制御モードのときに、水位計測部により計測される復水井戸の水位が一定になるように復水井戸の水を排水する水位一定制御モードに切替自在であることが好適である。

この構成によれば、排水部は、地中への復水量が一定になるように復水井戸の水を排水していた復水量一定制御モードのときに、水位計測部により計測される復水井戸の水位が一定になるように復水井戸の水を排水する水位一定制御モードに切替自在であるため、例えば、下水量を抑えるために、復水量を一定として管理したり、地盤沈下防止のために水位を一定として管理を行ったりというように、工事現場の状況に応じた復水井戸の制御をし易くなる。

また、本発明は、復水井戸へ注水して地中へ復水する復水井戸の制御システムであって、復水井戸へ注水する注水管と、復水井戸の水を排水する排水部と、復水井戸の水位を計測する水位計測部とを備え、排水部は、水位計測部により計測される復水井戸の水位が一定になるように、復水井戸の水を排水する復水井戸の制御システムである。

この構成によれば、復水井戸へ注水して地中へ復水する復水井戸の制御システムにおいて、注水管により復水井戸への注水がされ、排水部により復水井戸の水が排水され、水位計測部により復水井戸の水位が計測され、排水部により、水位計測部により計測される復水井戸の水位が一定になるように、復水井戸の水が排水されるように復水井戸の管理が行われるため、復水井戸の水位が安定することで、復水井戸周囲の地盤の細粒分の移動を抑制することができ、復水井戸のポンプのスイッチを入切して、復水量と水位が変動しながら復水する従来の制御システムに比べて目詰まりが生じ難くなる。

この場合、排水部による復水井戸の水の排水量を取得する排水量取得部をさらに備え、排水部は、復水井戸の水位が一定になるように復水井戸の水を排水していたときに排水量取得部により取得された排水部による排水量が予め設定された逆洗浄開始流量に達したときには、排水部による排水量を増大させることにより復水井戸の逆洗浄を行うことが好適である。

この構成によれば、水位が一定になるように復水井戸の水が排水されるように復水井戸の管理が行われることにより目詰まりが生じ難くなることに加えて、排水量取得部により排水部による復水井戸の水の排水量が取得され、排水部により復水井戸の水位が一定になるように復水井戸の水が排水されていたときに排水量取得部により取得された排水部による排水量が予め設定された逆洗浄開始流量に達し、目詰まりが生じた場合でも、排水部による排水量を増大させることにより復水井戸の逆洗浄が行われるため、目詰まりを解消することができる。

この場合、注水管による復水井戸への注水量を取得する注水量取得部をさらに備え、排水部は、復水井戸の水位が一定になるように復水井戸の水を排水していた水位一定制御モードのときに、注水量取得部により取得された注水管による注水量から排水量取得部により取得された排水部による排水量を差し引いた値である地中への復水量が一定になるように復水井戸の水を排水する復水量一定制御モードに切替自在であることが好適である。

この構成によれば、注水量取得部により注水管による復水井戸への注水量が取得され、排水部は、復水井戸の水位が一定になるように復水井戸の水を排水していた水位一定制御モードのときに、注水量取得部により取得された注水管による注水量から排水量取得部により取得された排水部による排水量を差し引いた値である地中への復水量が一定になるように復水井戸の水を排水する復水量一定制御モードに切替自在であるため、例えば、下水量を抑えるために、復水量を一定として管理したり、地盤沈下防止のために水位を一定として管理を行ったりというように、工事現場の状況に応じた復水井戸の制御をし易くなる。

一方、本発明は、復水井戸へ注水して地中へ復水する復水井戸の制御方法であって、復水井戸へ注水する注水工程と、注水工程による復水井戸への注水量を取得する注水量取得工程と、復水井戸の水を排水する排水工程と、排水工程による復水井戸の水の排水量を取得する排水量取得工程とを備え、排水工程では、注水量取得工程により取得された注水工程による注水量から排水量取得工程により取得された排水工程による排水量を差し引いた値である地中への復水量が一定になるように、復水井戸の水を排水する復水井戸の制御方法である。

この場合、復水井戸の水位を計測する水位計測工程をさらに備え、排水工程では、地中への復水量が一定になるように復水井戸の水を排水していたときに水位計測工程により計測された復水井戸の水位が予め設定された逆洗浄開始水位に達したときには、排水工程による排水量を増大させることにより復水井戸の逆洗浄を行うことが好適である。

この場合、排水工程では、地中への復水量が一定になるように復水井戸の水を排水していた復水量一定制御モードのときに、水位計測工程により計測される復水井戸の水位が一定になるように復水井戸の水を排水する水位一定制御モードに切替自在であることが好適である。

また、本発明は、復水井戸へ注水して地中へ復水する復水井戸の制御方法であって、復水井戸へ注水する注水工程と、復水井戸の水を排水する排水工程と、復水井戸の水位を計測する水位計測工程とを備え、排水工程では、水位計測工程により計測される復水井戸の水位が一定になるように、復水井戸の水を排水する復水井戸の制御方法である。

この場合、排水工程による復水井戸の水の排水量を取得する排水量取得工程をさらに備え、排水工程では、復水井戸の水位が一定になるように復水井戸の水を排水していたときに排水量取得工程により取得された排水工程による排水量が予め設定された逆洗浄開始流量に達したときには、排水工程による排水量を増大させることにより復水井戸の逆洗浄を行うことが好適である。

この場合、注水工程による復水井戸への注水量を取得する注水量取得工程をさらに備え、排水工程では、復水井戸の水位が一定になるように復水井戸の水を排水していた水位一定制御モードのときに、注水量取得工程により取得された注水工程による注水量から排水量取得工程により取得された排水工程による排水量を差し引いた値である地中への復水量が一定になるように復水井戸の水を排水する復水量一定制御モードに切替自在であることが好適である。

本発明の復水井戸の制御システム及び復水井戸の制御方法によれば、復水井戸の目詰まりをより生じ難くすることができる。

実施形態の復水井戸の制御システムを示す図である。図１の復水井戸の制御システムで実行される復水井戸の制御方法の工程を示すフローチャートである。図２の制御方法の復水量一定制御モードにおける復水井戸の中の水位の変化と従来技術における復水井戸の中の水位の変化とを示すグラフである。図２の制御方法の水位一定制御モードにおける復水井戸の中の水位の変化と従来技術における復水井戸の中の水位の変化とを示すグラフである。（Ａ）は従来の復水井戸の各部の流量を示す図であり、（Ｂ）は実施形態の制御システムに係る復水井戸の各部の流量を示す図である。（Ａ）及び（Ｂ）は従来の復水井戸の中の水位を示す図であり、（Ｃ）は実施形態の制御システムに係る復水井戸の中の水位を示す図である。実験例の復水量一定制御モードにおける揚水井戸及び復水井戸の中の水位の変化を示すグラフである。実験例の水位一定制御モードにおける揚水井戸及び復水井戸の中の水位の変化を示すグラフである。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る復水井戸の制御システム及び復水井戸の制御方法について詳細に説明する。図１に示す本実施形態の復水井戸の制御システム１は、復水井戸４へ注水して地中２へ復水する。図１に示すように、制御システム１は、地中２に揚水井戸３と復水井戸４とを備えている。

揚水井戸３には、元水位２０の地中２の揚水井戸３の中の水位を計測する水位計５を備える。水位計５により計測された揚水井戸３の中の水位の情報は、データロガー６を介してＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ、ProgrammableLogic Controller）７に送信される。揚水井戸３には、揚水ポンプ８が備えられている。揚水ポンプ８は揚水管９を介して揚水井戸３の水を揚水する。揚水ポンプ８はインバータ１０を介してＰＬＣ７により制御される。揚水管９の流量Ｑ１は流量計１６により計測され、ＰＬＣ７に送信される。流量計１６により測定される流量Ｑ１は揚水量Ｑｄと等しい。

流量Ｑ１の水は絞込バルブ１９により、復水井戸４へ注水する注水管１２への流量Ｑ２の水と、下水として放流される流量Ｑ４の水とに分けられる。なお、本実施形態では、絞込バルブ１９は特に調整は必要無いため、流量Ｑ１に対する流量Ｑ２及び流量Ｑ４の割合を調整自在でなくてもよい。

復水井戸４には、元水位２０の地中２の復水井戸４の中の水位を計測する水位計１１を備える。水位計１１により計測された復水井戸４の中の水位の情報は、データロガー６を介してＰＬＣ７に送信される。水位計１１は、復水井戸４の復水井戸内水位２１を計測する水位計測部として機能する。復水井戸４には、復水井戸４へ注水する注水管１２が備えられている。注水管１２の流量Ｑ２は流量計１７により測定され、ＰＬＣに送信される。流量Ｑ２は注水管１２による復水井戸４への注水量であり、流量計１７は注水管１２による復水井戸４への注水量を取得する注水量取得部として機能する。

復水井戸４には、排水ポンプ１３が備えられている。排水ポンプ１３は排水管１４を介して復水井戸４の水を揚水する。排水ポンプ１３はインバータ１５を介してＰＬＣ７により制御される。排水ポンプ１３、排水管１４、インバータ１５及びＰＬＣ７は、復水井戸４の水を排水する排水部として機能する。排水管１４の流量Ｑ３は流量計１８により計測され、ＰＬＣ７に送信される。流量計１８により測定される流量Ｑ３は排水部による復水井戸４の水の排水量であり、流量計１８は排水部による復水井戸４の水の排水量を取得する排水量取得部として機能する。復水井戸４による地中２への復水量Ｑｒは、流量計１７により計測される流量Ｑ２から流量計１８により計測される流量Ｑ３を差し引いた値である。流量Ｑ３の水は下水として放流される。なお、流量Ｑ３の水は復水井戸４に注水する水等として再利用されてもよい。

後述するように、排水ポンプ１３、排水管１４、インバータ１５及びＰＬＣ７から構成される排水部は、地中２への復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水を排水していた復水量一定制御モードのときに、水位計１１により構成された水位計測部により計測される復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水を排水する水位一定制御モードに切替自在である。一方、排水部は、復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水を排水していた水位一定制御モードのときに、流量計１７により構成された注水量取得部により取得された注水管１２による注水量（Ｑ２）から流量計１８により構成された排水量取得部により取得された排水部による排水量（Ｑ３）を差し引いた値である地中２への復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水を排水する復水量一定制御モードに切替自在である。

復水量一定制御モードでは、排水部は、流量計１７により構成される注水量取得部により取得された注水管１２による注水量（流量Ｑ２）から流量計Ｑ３により構成される排水量取得部により取得された排水部による排水量（流量Ｑ３）を差し引いた値である地中２への復水量Ｑｒが一定になるように、復水井戸４の水を排水する。また、排水部は、排水部は、地中２への復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水を排水していたときに水位計１１により構成される水位計測部により計測された復水井戸４の復水井戸内水位２１が予め設定された逆洗浄開始水位に達したときには、排水部による排水量（流量Ｑ３）を増大させることにより復水井戸４の逆洗浄を行う。

一方、水位一定制御モードでは、排水部は、水位計１１により構成される水位計測部により計測される復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように、復水井戸４の水を排水する。また、排水部は、復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水を排水していたときに流量計１８により構成される排水量取得部により取得された排水部による排水量（流量Ｑ３）が予め設定された逆洗浄開始流量に達したときには、排水部による排水量を増大させることにより復水井戸４の逆洗浄を行う。

以下、本実施形態の制御システム１による復水井戸４の制御方法について詳細に説明する。図２に示すように、後述する排水工程において、地中２への復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水を排水する復水量一定制御モードと、復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水を排水する水位一定制御モードとを任意に切り替えて選択する制御モード選択工程が行われる（Ｓ１）。

復水量一定制御モードは、例えば、復水井戸４の復水井戸内水位２１を一定に保つことよりも、復水井戸４の機能を重視して、地中２への復水量Ｑｒを一定量確保し、下水として放流される流量Ｑ３及び流量Ｑ４を減少させることが好ましい状況に適している。一方、水位一定制御モードは、例えば、下水として放流される流量Ｑ３及び流量Ｑ４を減少させることよりも、地盤沈下防止等の復水井戸４の周囲の工事現場の環境を重視して、復水井戸４の復水井戸内水位２１を一定に保つことが好ましい状況に適している。

以下、復水量一定制御モードについて説明する。注水管１２により復水井戸４へ注水する注水工程が行われる（Ｓ２）。流量計Ｑ２により注水工程による復水井戸４への注水量（流量Ｑ２）を取得する注水量取得工程が行われる（Ｓ３）。排水ポンプ１３、排水管１４、インバータ１５及びＰＬＣ７から構成される排水部により復水井戸４の水を排水する排水工程が行われる（Ｓ４）。流量計１８により排水工程による復水井戸の水の排水量（流量Ｑ３）を取得する排水量取得工程が行われる（Ｓ５）。

排水工程では、注水量取得工程により取得された注水工程による注水量（流量Ｑ２）から排水量取得工程により取得された排水工程による排水量（流量Ｑ３）を差し引いた値である地中２への復水量Ｑｒが一定になるように、復水井戸４の水が排水されるように復水量一定制御が行われる（Ｓ６，Ｓ７）。水位計１１により復水井戸４の復水井戸内水位２１を計測する水位計測工程が行われる（Ｓ８）。

また、排水工程では、地中２への復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水を排水していたときに水位計測工程により計測された復水井戸４の復水井戸内水位２１が予め設定された逆洗浄開始水位に達したときには（Ｓ９）、排水工程による排水量（流量Ｑ３）を増大させることにより復水井戸４の逆洗浄が行われる（Ｓ１０）。逆洗浄の際は、水位計１１により計測された復水井戸４の復水井戸内水位２１が徐々に低下するようにインバータ１５が自動的に排水ポンプ１３の出力を調整する。なお、復水量一定制御モードでは、復水井戸４への注水量（流量Ｑ２）は０にした方が好ましいが、復水井戸４への注水量（流量Ｑ２）を０にしないか、変動させなくてもよい。

逆洗浄が終了した場合（Ｓ１１）及び水位計測工程により計測された復水井戸４の復水井戸内水位２１が予め設定された逆洗浄開始水位に達していないときには（Ｓ９）、運転終了まで（Ｓ１２）、上記のＳ１～Ｓ１１の工程が繰り返される。運転終了まで、排水工程では、地中２への復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水を排水していた復水量一定制御モードのときに、水位計測工程により計測される復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水を排水する水位一定制御モードに切替自在である。

例えば、図３に示すように、本実施形態の復水量一定制御モードでは、復水井戸内水位２１の設定水位ｈ_０に対して復水井戸内水位２１が逆洗浄開始水位ｈ_１に達するまで地中２への復水が行われる。時刻ｔ_１において復水井戸内水位２１が逆洗浄開始水位ｈ_１に達したときには、逆洗浄が開始され、復水井戸内水位２１は下降する。逆洗浄が終了すると復水井戸内水位２１は上昇し、時刻ｔ_２において復水井戸内水位２１は設定水位ｈ_０に達する。復水井戸内水位２１が設定水位ｈ_０に達した後は、地中２への復水が再開される。

したがって、本実施形態の復水量一定制御モードでは、図３の中で、時刻ｔ_０～時刻ｔ_１及び時刻ｔ_２～時刻_３及び時刻ｔ_４～時刻_５の比較的に短い期間にわたって地中２への復水が行われ、時刻ｔ_１～時刻ｔ_２及び時刻ｔ_３～時刻_４の比較的に短い期間に逆洗浄が行われ、互いに短い期間ごとに復水と逆洗浄とが繰り返される。本実施形態の復水量一定制御モードでは、復水が行われる期間は短いが、全期間に対する逆洗浄が行われる期間を除いた復水が行われる期間のみの割合は大きい。

一方、設定水位ｈ_０等の標準水位よりも高い管理水位ｈ_２に達したときに排水により逆洗浄を行い、標準水位よりも低い下方水位に達したときに排水を中止して復水を行う従来の制御システムでは、時刻ｔ_０～時刻ｔ_２及び時刻ｔ_３～時刻ｔ_５の比較的に長い期間にわたって地中２への復水が行われ、時刻ｔ_２～時刻ｔ_３の比較的に長い期間に逆洗浄が行われ、互いに長い期間ごとに復水と逆洗浄とが繰り返される。従来の制御システムでは、復水が行われる期間は長いが、全期間に対する逆洗浄が行われる期間を除いた復水が行われる期間のみの割合は小さい。

以下、水位一定制御モードについて説明する。注水管１２により復水井戸４へ注水する注水工程が行われる（Ｓ１３）。排水ポンプ１３、排水管１４、インバータ１５及びＰＬＣ７から構成される排水部により復水井戸４の水を排水する排水工程が行われる（Ｓ１４）。水位計１１により復水井戸４の復水井戸内水位２１を計測する水位計測工程が行われる（Ｓ１５）。

排水工程では、水位計測工程により計測される復水井戸の復水井戸内水位２１が一定になるように、復水井戸４の水が排水されるように水位一定制御が行われる（Ｓ１６，Ｓ１７）。流量計１８により排水工程による復水井戸の水の排水量（流量Ｑ３）を取得する排水量取得工程が行われる（Ｓ１８）。

また、排水工程では、復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水を排水していたときに排水量取得工程により取得された排水工程による排水量（Ｑ３）が予め設定された逆洗浄開始流量に達したときには（Ｓ１９）、排水工程による排水量（Ｑ３）を増大させることにより復水井戸４の逆洗浄が行われる（Ｓ２０）。逆洗浄の際は、復水量一定制御モードと同様に、水位計１１により計測された復水井戸４の復水井戸内水位２１が徐々に低下するようにインバータ１５が自動的に排水ポンプ１３の出力を調整する。なお、復水量一定制御モードと同様に、復水井戸４への注水量（流量Ｑ２）は０にした方が好ましいが、復水井戸４への注水量（流量Ｑ２）を０にしないか、変動させなくてもよい。

逆洗浄が終了した場合（Ｓ２１）及び水位計測工程により計測された復水井戸４の復水井戸内水位２１が予め設定された逆洗浄開始水位に達していないときには（Ｓ１９）、運転終了まで（Ｓ２２）、上記のＳ１及びＳ１３～Ｓ２１の工程が繰り返される。運転終了まで、排水工程では、復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水を排水していた水位一定制御モードのときに、注水量取得工程により取得された注水工程による注水量（流量Ｑ２）から排水量取得工程により取得された排水工程による排水量（流量Ｑ３）を差し引いた値である地中２への復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水を排水する復水量一定制御モードに切替自在である。

図４に示すように、本実施形態の水位一定制御モードでは、時刻ｔ_０～時刻ｔ_１及び時刻ｔ_２～時刻_３及び時刻ｔ_４～時刻_５の地中２への復水が行われる期間において、復水井戸内水位２１が設定水位ｈ_０で一定である以外は、図３の復水量一定制御モードと同様に、互いに短い期間ごとに復水と逆洗浄とが繰り返され、復水が行われる期間は短いが、全期間に対する逆洗浄が行われる期間を除いた復水が行われる期間のみの割合は従来の制御システムよりも大きい。

本実施形態によれば、復水井戸４へ注水して地中２へ復水する復水井戸４の制御システム１において、注水管１２により復水井戸４への復水がされ、流量計１７により注水管１２による復水井戸４への注水量（Ｑ２）が取得され、排水ポンプ１３により復水井戸４の水が排水され、流量計１８により排水ポンプ１３による復水井戸４の水の排水量（Ｑ３）が取得され、排水ポンプ１３により、流量計１７により取得された注水管１２による注水量（Ｑ２）から流量計１８により取得された排水ポンプ１３による排水量（Ｑ３）を差し引いた値である地中２への復水量Ｑｒが一定になるように、復水井戸４の水が排水されるように復水井戸４の管理が行われるため、復水井戸４の復水量Ｑｒが安定することで、復水井戸４の周囲の地中２の細粒分の移動を抑制することができ、復水井戸のポンプのスイッチを入切して、復水量と水位が変動しながら復水する従来の制御システムに比べて目詰まりが生じ難くなる。

図５（Ａ）に示すような従来の復水井戸４０の制御システムのように、揚水管９を流れる流量Ｑ１の水の復水井戸４へ注水する注水管１２への流量Ｑ２の水と下水として放流される流量Ｑ４の水との分岐において、調整バルブ２２のバルブ開度の調整により流量調節を行う場合は、調整バルブ２２のバルブ開度の調整に人手がかかるうえに、精緻な調節は事実上不可能である。そのため、従来の制御システムでは、復水量Ｑｒは一定にならない。一方、図５（Ｂ）に示すように、本実施形態の制御システム１に係る復水井戸４では、絞込バルブ１９のバルブ開度の調整や調整のための人出は不要であり、復水量Ｑｒを一定に保つことができる。流量Ｑ２及び流量Ｑ３は復水井戸４の前後で流量計１７，１８により計測され、電気信号としてインバータ１５の出力に反映させられる。これにより、人間によるバルブ開閉の手間が省けるとともに，精緻な流量管理が可能となる。

ところで、細粒分や鉄分等により復水井戸４が目詰まりを起こした際には，復水井戸４への注水を遮断し、目詰まりを解消するために復水井戸４から水を汲み上げる逆洗浄が実施されるが、目詰まりの発生を現場の作業員が復水井戸４の水位又はオーバーフローする流量から判断しなければならない。また、現状では、注水の遮断はバルブの開閉のみでの対応が一般的で、作業に手間がかかっている。一方、本実施形態では、復水井戸４に目詰まりが発生した場合、復水井戸内水位２１が上昇するため、この現象を制御フローの中に組み込み、復水井戸内水位２１の計測結果により自動的に目詰まりを判断し、自動的に逆洗浄を行うことができる。

また、従来の復水井戸の制御システムにおいては、逆洗浄時に一気に復水井戸の水位が下がると、動水勾配が大きくなるために復水井戸の周辺から土壌の細粒分が集まり、復水井戸のスクリーンの外側が目詰まりしてしまうため、排水ポンプのオン‐オフを繰り返し、徐々に復水井戸の水位が下がるようにしなければならない。したがって、復水井戸への注水を中止する逆洗浄の時間が長くなることにより、復水井戸として使用できる時間は短くなり、復水井戸の運転効率が低い欠点がある。また、ポンプのオン‐オフに手間がかかるため、逆洗浄を行う頻度が少なくなり、目詰まりが進行した状態で逆洗浄を行うことになるため、逆洗浄を行っても目詰まりが解消されず、逆洗浄の時間が長くなることにより、井戸の寿命が短くなる恐れがある。

一方、本実施形態によれば、復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水が排水されるように復水井戸４の管理が行われることにより目詰まりが生じ難くなることに加えて、水位計１１により復水井戸４の復水井戸内水位２１が計測され、排水ポンプ１３により地中２への復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水が排水されていたときに水位計１１により計測された復水井戸４の復水井戸内水位２１が予め設定された逆洗浄開始水位ｈ_１に達し、目詰まりが生じた場合でも、排水ポンプ１３による排水量（Ｑ３）を増大させることにより復水井戸４の逆洗浄が行われるため、目詰まりを解消することができる。

また、水位計１１により計測された復水井戸４の復水井戸内水位２１が徐々に低下するようにインバータ１５が自動的に排水ポンプ１３の出力を調整するため、排水ポンプ１３のオン‐オフの手間を省くことができる。そのため、目詰まりの発達が少ないうちに高頻度で逆洗浄を行うことが可能となり、逆洗浄の時間を短くし、全期間に対する逆洗浄が行われる期間を除いた復水が行われる期間のみの割合を大きくして、復水井戸の運転効率を向上できる。また、過剰な水頭差を与えずに逆洗浄を実施できるため、地盤中の細粒分の移動を抑制することができ、復水井戸４の寿命を向上させることができる。

目詰まりと判断された後は、逆洗浄が行われ、復水井戸４の中に設置してある排水ポンプ１３の出力が徐々に上昇するように排水ポンプ１３の出力がインバータ１５により調節される。排水ポンプ１３の出力が徐々に上げられることで、急激な動水勾配の増大や、急激な復水井戸内水位２１の低下を防止することができ、復水井戸４の外周面への細粒分の付着を抑制することが可能になる。また、人間による作業は無く、逆洗浄が自動的に実施されることから、管理者の作業負担が少なくなる。その結果、逆洗浄によるメンテナンスを高頻度にすることができ、復水井戸としての機能を果たすことができる寿命を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、復水井戸４へ注水して地中２へ復水する復水井戸４の制御システム１において、注水管１２により復水井戸４への注水がされ、排水ポンプ１３により復水井戸４の水が排水され、水位計１１により復水井戸４の復水井戸内水位２１が計測され、排水ポンプ１３により、水位計１１により計測される復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように、復水井戸４の水が排水されるように復水井戸４の管理が行われるため、復水井戸４の復水井戸内水位２１が安定することで、復水井戸４の周囲の地中２の細粒分の移動を抑制することができ、復水井戸のポンプのスイッチを入切して、復水量と水位が変動しながら復水する従来の制御システムに比べて目詰まりが生じ難くなる。

図６（Ａ）に示すような従来の復水井戸４０の制御システムのように、復水井戸４０の元水位２０に対する復水井戸４０の復水中の復水井戸内水位２１を一定に保持する場合は、復水井戸内水位２１を一定にするためにオーバーフロー高さ２５を設け、ノッチタンク２６を設置するため、復水井戸内水位２１が地表面２４の高さ以上になり、工事の障害等になる場合がある。オーバーフロー高さ２５を地表面２４以下にするには、図６（Ｂ）に示すように、地表面２４から地中２への堀込２７が必要となり、堀込２７のための労力を要する。いずれの場合も、復水井戸内水位２１の調整（再設定）には、オーバーフロー高さ２５の変更を伴い、手間がかかる。

一方、図６（Ｃ）に示すように、本実施形態の制御システム１に係る復水井戸４では、排水ポンプ１３の排水により復水井戸内水位２１を保持するため、オーバーフロー高さ２５を設ける必要が無く、復水井戸内水位２１の調整はオーバーフロー高さ２５の変更による限定的なものではなく、復水井戸４に復水井戸内水位２１を容易に任意に設定することができる。

また、本実施形態では、復水井戸４に目詰まりが発生した場合、排水量（流量Ｑ３）が増大するため、この現象を制御フローの中に組み込み、排水量（流量Ｑ３）の計測結果により自動的に目詰まりを判断し、自動的に逆洗浄を行うことができる。

また、本実施形態によれば、復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水が排水されるように復水井戸４の管理が行われることにより目詰まりが生じ難くなることに加えて、流量計１８により排水ポンプ１３による復水井戸４の水の排水量（流量Ｑ３）が取得され、排水ポンプ１３により復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水が排水されていたときに流量計１８により取得された排水ポンプ１３による排水量（流量Ｑ３）が予め設定された逆洗浄開始流量に達し、目詰まりが生じた場合でも、排水ポンプ１３による排水量（流量Ｑ３）を増大させることにより復水井戸４の逆洗浄が行われるため、目詰まりを解消することができる。

また、本実施形態によれば、排水ポンプ１３は、地中２への復水量Ｑｒが一定になるように復水井戸４の水を排水する復水量一定制御モードと、復水井戸４の復水井戸内水位２１が一定になるように復水井戸４の水を排水する水位一定制御モードとを任意に切替可能であるため、例えば、下水量を抑えるために、復水量Ｑｒを一定として管理したり、地盤沈下防止のために復水井戸内水位２１を一定として管理を行ったりというように、工事現場の状況に応じた復水井戸４の制御をし易くなる。

（実験例）
以下、本実施形態の実験例について説明する。図１の制御システムにおいて、地中２を模擬地盤により構成して、復水量一定制御モードによる復水井戸４の制御を行った。揚水量（流量Ｑ１）の目標値は１５Ｌ／ｍｉｎとし、復水量Ｑｒの目標値は８Ｌ／ｍｉｎとした。図７に示すように、実験開始から４分後に揚水量（流量Ｑ１）及び復水量Ｑｒ（＝流量Ｑ２－流量Ｑ３）の両方とも目標値で定常となり、目標値が維持された。図７に破線の楕円で示すように、実験開始から１６分後に注水量（流量Ｑ２）を減少させたが、復水量Ｑｒに変動は見られなかった。

次に図１の制御システムにおいて、地中２を模擬地盤により構成して、水位一定制御モードによる復水井戸４の制御を行った。揚水井戸３の中の水位の目標値は元水位２０の－０．５ｍとし、復水井戸４の復水井戸内水位２１の目標値は元水位２０の＋０．２ｍとした。図８に示すように、実験開始から４分後に揚水井戸３の中の水位及び復水井戸内水位２１の両方とも目標値に到達した。その後も揚水井戸３の中の水位及び復水井戸内水位２１の両方とも目標値が維持された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

１…制御システム、２…地中、３…揚水井戸、４…復水井戸、５…水位計、６…データロガー、７…ＰＬＣ、８…揚水ポンプ、９…揚水管、１０…インバータ、１１…水位計、１２…注水管、１３…排水ポンプ、１４…排水管、１５…インバータ、１６，１７，１８…流量計、１９…絞込バルブ、２０…元水位、２１…復水井戸内水位、２２…調整バルブ、２４…地表面、２５…オーバーフロー高さ、２６…ノッチタンク、２７…掘込、４０…復水井戸、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４…流量、Ｑｄ…揚水量、Ｑｒ…復水量、ｈ_０…設定水位、ｈ_１…逆洗浄開始水位、ｈ_２…管理水位。

Claims

復水井戸へ注水して地中へ復水する復水井戸の制御システムであって、
前記復水井戸へ注水する注水管と、
前記注水管による前記復水井戸への注水量を取得する注水量取得部と、
前記復水井戸の水を排水する排水部と、
前記排水部による前記復水井戸の水の排水量を取得する排水量取得部と、
を備え、
前記排水部は、前記注水量取得部により取得された前記注水管による前記注水量から前記排水量取得部により取得された前記排水部による前記排水量を差し引いた値である前記地中への復水量が一定になるように、前記復水井戸の水を排水する、復水井戸の制御システム。
前記復水井戸の水位を計測する水位計測部をさらに備え、
前記排水部は、
前記地中への前記復水量が一定になるように前記復水井戸の水を排水していたときに前記水位計測部により計測された前記復水井戸の前記水位が予め設定された逆洗浄開始水位に達したときには、前記排水部による前記排水量を増大させることにより前記復水井戸の逆洗浄を行う、請求項１に記載の復水井戸の制御システム。
前記排水部は、
前記地中への前記復水量が一定になるように前記復水井戸の水を排水していた復水量一定制御モードのときに、前記水位計測部により計測される前記復水井戸の前記水位が一定になるように前記復水井戸の水を排水する水位一定制御モードに切替自在である、請求項２に記載の復水井戸の制御システム。
前記排水部は、
前記復水井戸の前記水位が一定になるように前記復水井戸の水を排水していた前記水位一定制御モードのときに前記排水量取得部により取得された前記排水部による前記排水量が予め設定された逆洗浄開始流量に達したときには、前記排水部による前記排水量を増大させることにより前記復水井戸の逆洗浄を行う、請求項３に記載の復水井戸の制御システム。
前記排水部は、
前記復水井戸の前記水位が一定になるように前記復水井戸の水を排水していた前記水位一定制御モードのときに、前記注水量取得部により取得された前記注水管による前記注水量から前記排水量取得部により取得された前記排水部による前記排水量を差し引いた値である前記地中への復水量が一定になるように前記復水井戸の水を排水する前記復水量一定制御モードに切替自在である、請求項４に記載の復水井戸の制御システム。
復水井戸へ注水して地中へ復水する復水井戸の制御方法であって、
前記復水井戸へ注水する注水工程と、
前記注水工程による前記復水井戸への注水量を取得する注水量取得工程と、
前記復水井戸の水を排水する排水工程と、
前記排水工程による前記復水井戸の水の排水量を取得する排水量取得工程と、
を備え、
前記排水工程では、前記注水量取得工程により取得された前記注水工程による前記注水量から前記排水量取得工程により取得された前記排水工程による前記排水量を差し引いた値である前記地中への復水量が一定になるように、前記復水井戸の水を排水する、復水井戸の制御方法。
前記復水井戸の水位を計測する水位計測工程をさらに備え、
前記排水工程では、
前記地中への前記復水量が一定になるように前記復水井戸の水を排水していたときに前記水位計測工程により計測された前記復水井戸の前記水位が予め設定された逆洗浄開始水位に達したときには、前記排水工程による前記排水量を増大させることにより前記復水井戸の逆洗浄を行う、請求項６に記載の復水井戸の制御方法。
前記排水工程では、
前記地中への前記復水量が一定になるように前記復水井戸の水を排水していた復水量一定制御モードのときに、前記水位計測工程により計測される前記復水井戸の前記水位が一定になるように前記復水井戸の水を排水する水位一定制御モードに切替自在である、請求項７に記載の復水井戸の制御方法。
前記排水工程では、
前記復水井戸の前記水位が一定になるように前記復水井戸の水を排水していた前記水位一定制御モードのときに前記排水量取得工程により取得された前記排水工程による前記排水量が予め設定された逆洗浄開始流量に達したときには、前記排水工程による前記排水量を増大させることにより前記復水井戸の逆洗浄を行う、請求項８に記載の復水井戸の制御方法。
前記注水工程による前記復水井戸への注水量を取得する注水量取得工程をさらに備え、
前記排水工程では、
前記復水井戸の前記水位が一定になるように前記復水井戸の水を排水していた前記水位一定制御モードのときに、前記注水量取得工程により取得された前記注水工程による前記注水量から前記排水量取得工程により取得された前記排水工程による前記排水量を差し引いた値である前記地中への復水量が一定になるように前記復水井戸の水を排水する前記復水量一定制御モードに切替自在である、請求項９に記載の復水井戸の制御方法。