JP2006291474A - 地下水の管理システム及び地下水の管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】揚水量、復水量、揚水井及び復水井周辺の地下水位の管理を自動的に行い、ランニングコストが安価な地下水の管理システム及び地下水の管理方法を提供する。
【解決手段】地下水の管理システム１は、揚水井３から地下水を揚水するための揚水手段５と、揚水井側影響範囲内水位計７と、地山の自然状態における地下水位を検出するための揚水井側影響範囲外水位計９と、揚水手段５にて揚水される地下水を復水井１１に送水するための送水手段１３と、地下水を復水井１１に復水するための復水手段１５と、復水井側影響範囲内水位計１７と、地山の自然状態における地下水位を検出するための復水井側影響範囲外水位計１９と、揚水井３から揚水される量を必要最小限とし、かつ、揚水した地下水のうち復水される量を最大とするように、揚水手段５と復水手段１５と送水手段１３とを制御する制御装置２１とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、土木工事、建築工事において地山を掘削する際の揚水による地下水位低下の防止に関する地下水の管理システム及び地下水の管理方法に関するものである。

例えば、特許文献１には、観測井の地下水位及び揚水井から揚水される揚水量から揚水井周辺の地下水位の分布状態を逆解析により推定し、この解析結果に基づいて揚水井周辺の地下水位が設定水位に達するように各揚水井に配設された電磁弁の開閉度をリアルタイムに制御する方法が開示されている。この方法は、揚水井及び観測井の孔内水位を水圧計にて、揚水井の揚水量を電磁流量計にて計測し、揚水量と地下水位との関係の推定に必要な地盤の浸透特性を、システム運転時の揚水井の揚水量及び観測井内の水位より逆解析し、現在の揚水量から揚水井周辺の現状の地下水位を推定し、観測井の水位と設定水位との差を解消するよう電動弁の開閉度を全開１００％に対して０．１％の精度でリアルタイムに自動制御するものである。

また、特許文献２には、復水井に復水する際の復水圧に対する復水量の収束値が与えられれば、復水圧を変化させることにより復水圧とそれに応じた復水量との関係を求めることができることを利用して、復水井の目詰まりの現象を予測把握し、最適な復水圧にて復水する方法が開示されている。この方法は、初期復水圧Ｐ１ をＰ１＝９．８ＫＰａ程度とし、復水圧をΔＰ≒９．８ＫＰａ毎増加させ、各復水圧における復水量Ｑ，観測井内の水位上昇量Δｈと時間ｔに関する初期データ（帯水層の目詰まりがあまり進行しない段階でのデータ）をもとに双曲線法等により復水量、観測井内の水位上昇量の収束値（Ｑfi，Δｈfi）をパーソナルコンピュータにより予測計算し、Ｑfi，Δｈfiが目標値（Ｑreq. Δｈreq. ）以上となった時点の復水圧ＰSにより復水を開始するものである。
特開２００１−３２３４７７号公報 特開平６−２２０８６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている方法では、揚水ポンプの吐出側に設けられた電動弁の開閉度により揚水量を調整しているために、揚水量を少なくした状態での揚水ポンプの運転はポンプ本体に負荷がかかり、揚水ポンプの寿命が短くなるという問題点があった。また、揚水ポンプが定格揚水能力よりも小さい能力で揚水しても、消費電力量は定格揚水能力時と同一であり、電気代が高いという問題点があった。更に、揚水を開始又は停止する際は揚水ポンプの稼働、停止時のウオーターハンマー現象による衝撃音が発生するという問題点があった。

また、特許文献２に記載されている方法では、コンプレッサー、コンプレッサーの圧力を制御する制御手段、復水圧と観測井水位との関係を予測する予測計測手段等が必要であり、復水のみを制御する装置としてはコストが高いという問題点があった。また、復水圧と復水量との関係を示す際に取得される初期注入圧Ｐ１、増加圧力Δｈ等の計測結果は地山状況によりそれぞれ異なっており、経験を有する技術者でなければ双曲線法を用いる方法が困難であるという問題点があった。また、復水圧と復水量との関係を示すデータを取得中に復水井を目詰まりさせる可能性があるという問題点があった。

そして、特許文献１に記載されている方法では、揚水量及び揚水井周辺の地下水位の管理のみを対象としており、揚水した地下水の復水方法についての記載が無く、特許文献２に記載されている方法では、復水量及び復水井周辺の地下水位の管理のみを対象としており、揚水する揚水方法についての記載が無かった。

そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、揚水量、復水量、揚水井周辺の地下水位、復水井周辺の地下水位の管理を自動的に行い、ランニングコストが安価な地下水の管理システム及び地下水の管理方法を提供することである。

前記目的を達成するため、本発明の地下水の管理システムは、揚水井から揚水した地下水を復水井に復水することにより地下水位を管理するための管理システムであって、前記揚水井から地下水を揚水するための揚水手段と、前記揚水井からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲内に設置され、地下水位を検出するための揚水井側影響範囲内水位計と、前記揚水井からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲外に設置され、地山の自然状態における地下水位を検出するための揚水井側影響範囲外水位計と、前記揚水手段にて揚水される地下水を前記復水井に送水するための送水手段と、前記送水手段にて送水される地下水を前記復水井に復水するための復水手段と、前記復水井からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲内に設置され、地下水位を検出するための復水井側影響範囲内水位計と、前記復水井からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲外に設置され、地山の自然状態における地下水位を検出するための復水井側影響範囲外水位計と、前記揚水井側影響範囲内水位計、前記揚水井側影響範囲外水位計、前記揚水井内水位計、前記揚水流量計、前記復水井側影響範囲内水位計、前記復水井側影響範囲外水位計、前記復水井内水位計、前記復水用流量計の各計測データに基づいて、揚水井周辺及び復水井周辺における地下水位の分布状態を解析し、前記揚水井から揚水される量を必要最小限とし、かつ、揚水した地下水のうち復水される量を最大とするように、前記揚水手段と前記復水手段と前記送水手段とを制御する制御装置とを備えることを特徴とする（第１の発明）。

第２の発明は、第１の発明において、前記揚水手段は、前記揚水井内の地下水位を検出するための揚水井内水位計と、インバータにて制御される揚水ポンプと、該揚水ポンプから吐出する吐出量を測定するための揚水流量計とを備え、前記揚水ポンプの回転数を変更して揚水量を調整することを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明において、前記復水手段は、前記復水井に復水される復水量を測定するための復水流量計と、前記復水井内の地下水位を検出するための復水井内水位計とを備えることを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、前記送水手段は、揚水井と復水井とを接続する送水管と、該送水管同士を接続する連絡管と、該連絡管に設置される流量調整バルブとを備えることを特徴とする。

第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明において、前記制御装置は、前記揚水井側影響範囲内水位計、前記揚水井側影響範囲外水位計、前記揚水井内水位計、前記揚水流量計の各計測データに基づいて、揚水井周辺における地下水位の分布状態を解析して所定水位まで地下水位を低下させるための前記揚水井の揚水量を算出するとともに、前記復水井側影響範囲内水位計、前記復水井側影響範囲外水位計、前記復水井内水位計、前記復水用流量計の各計測データに基づいて、復水井周辺における地下水位の分布状態を解析して前記復水井から復水がオーバーフローすることを防ぐために復水可能な復水量を算出する演算処理部と、該演算処理部の演算結果に基づいて、前記揚水ポンプの回転数、前記流量調整バルブの開閉程度を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、複数の揚水井及び復水井において、前記演算処理部は、すべての揚水井から揚水される地下水の総量の全揚水量に対する各揚水井の揚水量の割合を示す揚水寄与率及びすべての復水井に復水される地下水の総量の全復水量に対する各復水井の復水量の割合を示す復水寄与率を更に算出し、前記制御部が、前記演算結果と該揚水寄与率と該復水寄与率に基づいて、各揚水井の揚水ポンプの回転数、各流量調整バルブの開閉程度を制御することを特徴とする。

第７の発明は、第１、３、５のいずれかの発明において、前記復水手段は、揚水される地下水を濾過し、復水井の目詰まりを防止するための目詰まり防止装置と、該目詰まり防止装置の入水側及び出水側に水圧を測定するための圧力計とを更に備え、前記制御装置は、前記入水側と前記出水側との圧力差が所定値よりも大きい目詰まり装置を有する復水井を検出すると他の復水井への復水量を増加させるように前記流量調整バルブの開閉程度を制御することを特徴とする。

第８の発明は、第１〜７のいずれかの発明において、前記揚水井から揚水される地下水は、大気に触れること無く前記復水井に復水されることを特徴とする。

第９の発明の地下水の管理方法は、揚水井から揚水した地下水を復水井に復水することにより地下水位を管理するための管理方法において、前記揚水井から地下水を揚水ポンプにて揚水して揚水量を揚水流量計にて計測し、前記揚水井内の地下水位を揚水井内水位計にて計測し、前記揚水井からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲内の地下水位を揚水井側影響範囲内水位計にて計測し、前記揚水井からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲外の地山の自然状態の地下水位を揚水井側影響範囲外水位計にて計測し、前記揚水井から揚水した地下水を送水管にて前記復水井に送水し、該送水手段にて送水される地下水を復水流量計にて計測して復水井に復水し、前記復水井内の地下水位を復水井内水位計にて計測し、前記復水井からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲内の地下水位を復水井側影響範囲内水位計にて計測し、前記復水井からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲外の地山の自然状態の地下水位を復水井側影響範囲外水位計にて計測し、前記揚水井側影響範囲内水位計、前記揚水井側影響範囲外水位計、前記揚水井内水位計、前記揚水流量計の各計測データに基づいて、揚水井周辺における地下水位の分布状態を解析して所定水位まで地下水位を低下させるための前記揚水井の揚水量を算出するとともに、前記復水井側影響範囲内水位計、前記復水井側影響範囲外水位計、前記復水井内水位計、前記復水用流量計の各計測データに基づいて、復水井周辺における地下水位の分布状態を解析して前記復水井から復水がオーバーフローすることを防ぐために復水可能な復水量を演算処理部にて算出し、該演算処理部の演算結果に基づいて、前記揚水ポンプの回転数、前記流量調整バルブの開閉程度を制御部にて制御し、前記揚水井から揚水する量を最小に、かつ、揚水した地下水のうち復水する量を最大とすることを特徴とする。

第１０の発明は、第９の発明において、前記演算処理部の演算方法は、前記揚水井の揚水量を前記揚水流量計にて検知する工程と、前記復水井内水位計の水位と前記復水井側影響範囲外水位計の水位との水頭差から復水可能な量の最大値である限界復水量を推定する工程と、前記揚水量が前記限界復水量に所定の安全率を乗じた流量よりも少ないことを確認する工程とを備えることを特徴とする。

第１１の発明は、第１０の発明において、前記揚水量が前記限界復水量に所定の安全率を乗じた流量よりも少ないことを確認する工程に際し、前記揚水量が前記限界復水量に所定の安全率を乗じた流量よりも多い場合においては、前記揚水量と前記限界復水量に所定の安全率を乗じた流量との差分量を他の揚水井の前記揚水量に加える工程を経て、前記他の揚水井の揚水量が他の復水井の限界復水量に所定の安全率を乗じた流量よりも少ないことを確認する工程を再実行することを特徴とする。

第１２の発明は、第１０又は１１の発明において、前記限界復水量は、復水井内の水位の最大値として設定する限界水位と前記復水井側影響範囲外水位計の水位との水頭差を、前記復水井内水位計の水位と前記復水井側影響範囲外水位計の水位との水頭差で除して水頭差の余裕率を算出し、該余裕率に復水量を乗じて算出することを特徴とする。

本発明による地下水の管理システム及び地下水の管理方法によれば、揚水手段、復水手段、送水手段、これらのすべてを制御する制御装置を設けたことにより、揚水量、復水量、揚水井周辺の地下水位、復水井周辺の地下水位を管理することができる。

また、制御装置が演算処理部と制御部とを備えることにより、揚水井から揚水される量を必要最小限とし、かつ、揚水した地下水のうち復水される量を最大とすることができ、周辺地盤への工事の影響を最小限とすることができる。そして、これらの管理を自動的に行うことができる。さらに、揚水した地下水のほとんどを復水することができ、下水道に流す地下水が減るために下水道使用料金を低減することができる。

揚水手段としてインバータにて制御される揚水ポンプを用いることにより、揚水ポンプのモータ回転数が揚水量に応じて調整可能となり、負荷が軽減されるために揚水ポンプの寿命が長くなる。また、揚水量が少ないときは消費電力が少なくなるために電気代を低減することができる。

揚水井と復水井を接続する送水手段を設けることにより、揚水井から揚水される地下水を大気に触れさせること無く復水井に復水することができる。

複数の揚水井及び復水井において、演算処理部が各揚水井、各復水井のそれぞれの揚水寄与率、復水寄与率を算出するとともに、制御部が演算結果と揚水寄与率と復水寄与率に基づいて、各揚水井の揚水ポンプの回転数、各流量調整バルブの開閉程度を制御することにより、効率良く揚水、復水が可能となるために容易に所定の地下水位とすることができる。

制御装置が目詰まり防止装置の入水側と出水側との圧力差が所定値よりも大きい状態を検知した場合においては、他の復水井へ地下水を送水することにより揚水した地下水をすべて復水することができる。また、他の復水井に送水している間に目詰まり防止装置を清掃することができる。

本発明は、揚水量、復水量、揚水井周辺の地下水位、復水井周辺の地下水位の管理を自動的に行う地下水の管理システム及び地下水の管理方法に関するものである。

以下、本発明に係る地下水の管理システム及び地下水の管理方法の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る地下水の管理システムの設置状況を示す図である。また、図２は、本実施形態に係る揚水手段の設置状況を示す側面図、図３は、本実施形態に係る復水手段の設置状況を示す側面図である。

図１に示すように、地下水の管理システム１は、揚水井３から地下水を揚水するための揚水手段５と、揚水井３からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲内に設置され、地下水位を検出するための揚水井側影響範囲内水位計７と、揚水井３からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲外に設置され、地山の自然状態における地下水位を検出するための揚水井側影響範囲外水位計９と、揚水手段５にて揚水される地下水を復水井１１に送水するための送水手段１３と、送水手段１３にて送水される地下水を復水井１１に復水するための復水手段１５と、復水井１１からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲内に設置され、地下水位を検出するための復水井側影響範囲内水位計１７と、復水井１１からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲外に設置され、地山の自然状態における地下水位を検出するための復水井側影響範囲外水位計１９と、揚水井３から揚水される量を必要最小限とし、かつ、揚水した地下水のうち復水される量を最大とするように、揚水手段５と復水手段１５と送水手段１３とを制御する制御装置２１とを備える。

揚水手段５は、図２に示すように、揚水井３内の地下水位を検出するための揚水井内水位計２３と、インバータにて制御される揚水ポンプ２５と、この揚水ポンプ２５から吐出する吐出量を測定するための揚水流量計２７とを備える。

揚水井内水位計２３にて計測される水位に基づいて揚水井側影響範囲内水位が目標とする所定水位となるようにインバータにて揚水ポンプ２５の回転数を変化させ、揚水量を調整する。

復水手段１５は、図３に示すように、復水井１１に復水される復水量を測定するための復水流量計２９と、復水井１１内の地下水位を検出するための復水井内水位計３１と、揚水される地下水を濾過し、復水井１１の目詰まりを防止するための目詰まり防止装置３３と、この目詰まり防止装置３３の入水側及び出水側にそれぞれ配設され、水圧を測定するための圧力計３５、３６とを備える。

目詰まり防止装置３３が復水中の土砂等の不純物を除去することにより復水井１１の復水機能の低下を防止する。長期間復水して目詰まり防止装置３３の濾過機能が低下し、前後に設置されている圧力計３５、３６の圧力差が所定値よりも大きくなった場合は、制御装置２１にて連結管３９の流量調整バルブ４１（後述する）を調整して他の復水井１１へ地下水を送水し、圧力差の大きい目詰まり防止装置３３を有する復水井１１への復水を停止する。他の復水井１１へ送水することにより復水総量は変化しないために、揚水量を減少する必要が無い。また、他の復水井１１へ送水中に目詰まり防止装置３３を清掃することが可能となる。
復水井内水位計３１にて計測される水位に基づいて復水がオーバーフローしないように制御装置２１にて復水量が制御される。

送水手段１３は、揚水井３と復水井１１とを接続し、揚水井３から揚水される地下水を大気に触れさせること無く復水井１１に送水する送水管３７と、この送水管３７同士を接続する連絡管３９と、連結管３９に配設される流量調整バルブ４１とを備える。ある揚水井３から揚水された地下水は連結管を介してすべての復水井１１へ復水できるように送水管３７同士が連結されている。

図４は、本実施形態に係る制御装置のシステムの概略図で、図５は、本実施形態に係る演算処理部の所定時間毎に行う演算の手順を示すフロー図で、図６は、本実施形態に係る演算処理部の常時行う演算の手順を示すフロー図である。

図４に示すように、制御装置２１は演算処理部４３と制御部４５とを備えており、この演算処理部４３は、揚水井側影響範囲内水位計７、揚水井側影響範囲外水位計９、揚水井内水位計２３、揚水流量計２７の各計測データに基づいて、揚水井３周辺における現在の地下水位の分布状態を解析して所定の水位まで地下水位を低下させるための揚水井３の揚水量を算出するとともに、復水井側影響範囲内水位計１７、復水井側影響範囲外水位計１９、復水井内水位計３１、復水流量計２９の各計測データに基づいて、復水井１１から復水がオーバーフローすることを防ぐために復水可能な復水量を算出する機能を有する。更に、演算処理部４３は複数の揚水井３及び復水井１１において、すべての揚水井３から揚水される地下水の全揚水量に対する各揚水井３の揚水量の割合を示す揚水寄与率及びすべての復水井１１に復水される地下水の全復水量に対する各復水井１１の復水量の割合を示す復水寄与率を更に算出する機能を有する。
また、制御部４５は、演算処理部４３の演算結果に基づいて、揚水ポンプ２５の回転数、流量調整バルブ４１の開閉度を制御する機能を有する。

以下に、まず演算処理部４３の所定時間毎に行う演算手順について説明する。
演算処理部４３は、図５のＳ１０において、揚水井側影響範囲内水位計７、揚水井側影響範囲外水位計９、揚水井内水位計２３、揚水流量計２７、復水井側影響範囲内水位計１７、復水井側影響範囲外水位計１９、復水井内水位計３１、復水流量計２９にてそれぞれ揚水井側影響範囲内水位、揚水井側影響範囲外水位、揚水井内水位、揚水流量、復水井側影響範囲内水位、復水井側影響範囲外水位、復水井内水位、復水流量を検知する。

これらの計測データに基づいて、図５のＳ１１において、現在の揚水井３及び復水井１１の周辺における地下水位の分布状態を解析する。
そして、図５のＳ１２において、揚水井側影響範囲内において目標とする所定の水位を設定し、この所定の水位を常に一定に保つために各揚水井３における最適な揚水量をそれぞれ算出する。ここで、揚水される地下水の全揚水量に対する各揚水井３の揚水量の割合を示す揚水寄与率も同時に算出する。
図５のＳ１３において、各復水井１１の復水量を考慮し、復水井１１の周辺が復水井側影響範囲外水位と同じ水位になるように、各復水井１１における最適な復水量をそれぞれ算出する。ここで、復水される地下水の全復水量に対する各復水井１１の復水量の割合を示す復水寄与率も同時に算出する。これらの揚水寄与率及び復水寄与率は、揚水量は必要最小限で、かつ、揚水した地下水のうち復水する量が最大となるように算出される。
そして、制御部４５は、算出された揚水寄与率及び復水寄与率に基づいて、各揚水井３のすべての揚水ポンプ２５の回転数及び各連結管３９に配設されているすべての流量調整バルブ４１の開閉度を制御する。したがって、各揚水井３の揚水量は揚水寄与率に応じて揚水され、各復水井１１の復水量は復水寄与率に応じて復水される。

上述したＳ１０〜１３の一連の工程は、所定の時間間隔で行われており、揚水又は復水による揚水井３又は復水井１１の周辺の地下水位分布の変化に適宜対応することが可能である。

次に、演算処理部４３の常時行う演算手順について説明する。
演算処理部４３は、図６のＳ２０において、各揚水井３に設置される揚水流量計２７にて揚水量Ｑｄを検知する。揚水量Ｑｄは揚水寄与率により各揚水井３によって異なる。

次に、図６のＳ２１において、復水井１１内における最高水位として設定する限界水位ｈｒｍａｘ、復水井側影響範囲外水位計１９の水位Ｈ０’、復水井内水位計３１の水位ｈｒ、復水量Ｑｒに基づいて算出される復水井１１に復水可能な流量の最大値である限界復水量Ｑｒｍａｘは（１）式となる。
Ｑｒｍａｘ＝（ｈｒｍａｘ−Ｈ０’）／（ｈｒ−Ｈ０’）×Ｑｒ ・・・（１）

そして、図６のＳ２２において、揚水量Ｑｄが限界復水量Ｑｒｍａｘよりも多い場合においては、復水井１１から復水がオーバーフローする及び復水井１１に復水できない地下水の処理には下水処理料金がかかる等の不具合が生じるために、揚水量Ｑｄが限界復水量Ｑｒｍａｘを超えないように管理される。つまり、揚水可能な揚水量Ｑｄは、安全率αを限界復水量Ｑｒｍａｘに乗じた（２）式となる。
Ｑｄ＜α×Ｑｒｍａｘ ・・・（２）
ここで、安全率αは０．８〜１程度とする。
そして、揚水量Ｑｄが限界復水量Ｑｒｍａｘに所定の安全率αを乗じた流量よりも少ないことを確認する。

ここで、揚水量Ｑｄが限界復水量Ｑｒｍａｘに所定の安全率αを乗じた流量よりも多い場合においては、図６のＳ２３において、揚水量Ｑｄと限界復水量Ｑｒｍａｘに所定の安全率αを乗じた流量との差分量ΔＱｄを他の揚水井３の揚水量Ｑｄ’に加える工程を経て、他の復水井１１の限界復水量Ｑｒｍａｘ’に所定の安全率αを乗じた流量よりも少ないことを確認する工程を再実行する。つまり、他の揚水井３の揚水可能な揚水量Ｑｄ’に差分量ΔＱｄを加算した値は、安全率αを限界復水量Ｑｒｍａｘ’に乗じた（３）式となることを確認する。
Ｑｄ’＋ΔＱｄ＜α×Ｑｒｍａｘ’ ・・・（３）
そして、他の揚水井３の揚水可能な揚水量Ｑｄ’に差分量ΔＱｄを加算した値が、他の復水井１１の限界復水量Ｑｒｍａｘ’に所定の安全率αを乗じた流量より少ないことを確認できたら、制御部４５は、この演算処理部４３の演算結果に基づいて、揚水ポンプ２５の回転数、流量調整バルブ４１の開閉度を制御し、地下水を他の復水井１１へ流す。
そして、揚水量Ｑｄが限界復水量Ｑｒｍａｘに所定の安全率αを乗じた流量よりも少ない場合においては、各揚水井３から揚水した地下水をそのまま復水井１１へ復水する。

上述したＳ２０〜２３の一連の工程は、常時行われており、揚水量Ｑｄが限界復水量Ｑｒｍａｘを超えることを防止する。

したがって、本発明による地下水の管理システム１は、揚水手段５、復水手段１５、送水手段１３、これらのすべてを制御する制御装置２１を設けたことにより、揚水量、復水量、揚水井３及び復水井１１周辺の地下水位の管理を行うことができる。さらに、制御装置２１が演算処理部４３と制御部４５とを備えることにより、これらの管理を自動的に行うことができる。

また、複数の揚水井３及び復水井１１において、演算処理部４３が各揚水井３、各復水井１１のそれぞれの揚水寄与率、復水寄与率を算出する。この算出結果に基づいて、制御部４５が、各揚水井３の揚水ポンプ２５の回転数、各流量調整バルブ４１の開閉程度を制御することにより、効率良く揚水、復水が可能となるために揚水井３及び復水井１１の周辺を容易に所定の水位とすることができる。

なお、発明の理解の便宜上、本実施形態においては、２本の揚水井から揚水し、揚水した地下水を２本の復水井へ復水する方法について説明したが、本発明の適用対象は揚水井及び復水井は２本に限定されるものではなく、１以上の復水井、揚水井に適用が可能である。

本発明の第一実施形態に係る地下水の管理システムの設置状況を示す図である。 本実施形態に係る揚水手段の設置状況を示す側面図である。 本実施形態に係る復水手段の設置状況を示す側面図である。 本実施形態に係る制御装置のシステムの概略図である。 本実施形態に係る演算処理部の所定時間毎に行う演算の手順を示すフロー図である。 本実施形態に係る演算処理部の常時行う演算の手順を示すフロー図である。

符号の説明

１ 地下水の管理システム
３ 揚水井
５ 揚水手段
７ 揚水井側影響範囲内水位計
９ 揚水井側影響範囲外水位計
１１ 復水井
１３ 送水手段
１５ 復水手段
１７ 復水井側影響範囲内水位計
１９ 復水井側影響範囲外水位計
２１ 制御装置
２３ 揚水井内水位計
２５ 揚水ポンプ
２７ 揚水流量計
２９ 復水流量計
３１ 復水井内水位計
３３ 目詰まり防止装置
３５ （入水側）圧力計
３６ （出水側）圧力計
３７ 送水管
３９ 連絡管
４１ 流量調整バルブ
４３ 演算処理部
４５ 制御部

Claims (12)

1. 揚水井から揚水した地下水を復水井に復水することにより地下水位を管理するための管理システムであって、
   前記揚水井から地下水を揚水するための揚水手段と、
   前記揚水井からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲内に設置され、地下水位を検出するための揚水井側影響範囲内水位計と、
   前記揚水井からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲外に設置され、地山の自然状態における地下水位を検出するための揚水井側影響範囲外水位計と、
   前記揚水手段にて揚水される地下水を前記復水井に送水するための送水手段と、
   前記送水手段にて送水される地下水を前記復水井に復水するための復水手段と、
   前記復水井からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲内に設置され、地下水位を検出するための復水井側影響範囲内水位計と、
   前記復水井からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲外に設置され、地山の自然状態における地下水位を検出するための復水井側影響範囲外水位計と、
   前記揚水井側影響範囲内水位計、前記揚水井側影響範囲外水位計、前記揚水井内水位計、前記揚水流量計、前記復水井側影響範囲内水位計、前記復水井側影響範囲外水位計、前記復水井内水位計、前記復水用流量計の各計測データに基づいて、揚水井周辺及び復水井周辺における地下水位の分布状態を解析し、前記揚水井から揚水される量を必要最小限とし、かつ、揚水した地下水のうち復水される量を最大とするように、前記揚水手段と前記復水手段と前記送水手段とを制御する制御装置とを備えることを特徴とする地下水の管理システム。
2. 前記揚水手段は、前記揚水井内の地下水位を検出するための揚水井内水位計と、インバータにて制御される揚水ポンプと、該揚水ポンプから吐出する吐出量を測定するための揚水流量計とを備え、前記揚水ポンプの回転数を変更して揚水量を調整することを特徴とする請求項１に記載の地下水の管理システム。
3. 前記復水手段は、前記復水井に復水される復水量を測定するための復水流量計と、前記復水井内の地下水位を検出するための復水井内水位計とを備えることを特徴とする請求項１に記載の地下水の管理システム。
4. 前記送水手段は、揚水井と復水井とを接続する送水管と、該送水管同士を接続する連絡管と、該連絡管に設置される流量調整バルブとを備えることを特徴とする請求項１に記載の地下水の管理システム。
5. 前記制御装置は、
   前記揚水井側影響範囲内水位計、前記揚水井側影響範囲外水位計、前記揚水井内水位計、前記揚水流量計の各計測データに基づいて、揚水井周辺における地下水位の分布状態を解析して所定水位まで地下水位を低下させるための前記揚水井の揚水量を算出するとともに、前記復水井側影響範囲内水位計、前記復水井側影響範囲外水位計、前記復水井内水位計、前記復水用流量計の各計測データに基づいて、復水井周辺における地下水位の分布状態を解析して前記復水井から復水がオーバーフローすることを防ぐために復水可能な復水量を算出する演算処理部と、
   該演算処理部の演算結果に基づいて、前記揚水ポンプの回転数、前記流量調整バルブの開閉程度を制御する制御部とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地下水の管理システム。
6. 複数の揚水井及び復水井において、前記演算処理部は、すべての揚水井から揚水される地下水の総量の全揚水量に対する各揚水井の揚水量の割合を示す揚水寄与率及びすべての復水井に復水される地下水の総量の全復水量に対する各復水井の復水量の割合を示す復水寄与率を更に算出し、
   前記制御部が、前記演算結果と該揚水寄与率と該復水寄与率に基づいて、各揚水井の揚水ポンプの回転数、各流量調整バルブの開閉程度を制御することを特徴とする請求項５に記載の地下水の管理システム。
7. 前記復水手段は、揚水される地下水を濾過し、復水井の目詰まりを防止するための目詰まり防止装置と、該目詰まり防止装置の入水側及び出水側に水圧を測定するための圧力計とを更に備え、
   前記制御装置は、前記入水側と前記出水側との圧力差が所定値よりも大きい目詰まり装置を有する復水井を検出すると他の復水井への復水量を増加させるように前記流量調整バルブの開閉程度を制御することを特徴とする請求項１、３、５のいずれかに記載の地下水の管理システム。
8. 前記揚水井から揚水される地下水は、大気に触れること無く前記復水井に復水されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の地下水の管理システム。
9. 揚水井から揚水した地下水を復水井に復水することにより地下水位を管理するための管理方法において、
   前記揚水井から地下水を揚水ポンプにて揚水して揚水量を揚水流量計にて計測し、
   前記揚水井内の地下水位を揚水井内水位計にて計測し、
   前記揚水井からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲内の地下水位を揚水井側影響範囲内水位計にて計測し、
   前記揚水井からの揚水により地下水位が低下する影響を受ける範囲外の地山の自然状態の地下水位を揚水井側影響範囲外水位計にて計測し、
   前記揚水井から揚水した地下水を送水管にて前記復水井に送水し、
   該送水手段にて送水される地下水を復水流量計にて計測して復水井に復水し、
   前記復水井内の地下水位を復水井内水位計にて計測し、
   前記復水井からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲内の地下水位を復水井側影響範囲内水位計にて計測し、
   前記復水井からの復水により地下水位が上昇する影響を受ける範囲外の地山の自然状態の地下水位を復水井側影響範囲外水位計にて計測し、
   前記揚水井側影響範囲内水位計、前記揚水井側影響範囲外水位計、前記揚水井内水位計、前記揚水流量計の各計測データに基づいて、揚水井周辺における地下水位の分布状態を解析して所定水位まで地下水位を低下させるための前記揚水井の揚水量を算出するとともに、前記復水井側影響範囲内水位計、前記復水井側影響範囲外水位計、前記復水井内水位計、前記復水用流量計の各計測データに基づいて、復水井周辺における地下水位の分布状態を解析して前記復水井から復水がオーバーフローすることを防ぐために復水可能な復水量を演算処理部にて算出し、
   該演算処理部の演算結果に基づいて、前記揚水ポンプの回転数、前記流量調整バルブの開閉程度を制御部にて制御し、
   前記揚水井から揚水する量を最小に、かつ、揚水した地下水のうち復水する量を最大とすることを特徴とする地下水の管理方法。
10. 前記演算処理部の演算方法は、
    前記揚水井の揚水量を前記揚水流量計にて検知する工程と、
    前記復水井内水位計の水位と前記復水井側影響範囲外水位計の水位との水頭差から復水可能な量の最大値である限界復水量を推定する工程と、
    前記揚水量が前記限界復水量に所定の安全率を乗じた流量よりも少ないことを確認する工程とを備えることを特徴とする請求項９に記載の地下水の管理方法。
11. 前記揚水量が前記限界復水量に所定の安全率を乗じた流量よりも少ないことを確認する工程に際し、前記揚水量が前記限界復水量に所定の安全率を乗じた流量よりも多い場合においては、前記揚水量と前記限界復水量に所定の安全率を乗じた流量との差分量を他の揚水井の前記揚水量に加える工程を経て、前記他の揚水井の揚水量が他の復水井の限界復水量に所定の安全率を乗じた流量よりも少ないことを確認する工程を再実行することを特徴とする請求項１０に記載の地下水の管理方法。
12. 前記限界復水量は、復水井内の水位の最大値として設定する限界水位と前記復水井側影響範囲外水位計の水位との水頭差を、前記復水井内水位計の水位と前記復水井側影響範囲外水位計の水位との水頭差で除して水頭差の余裕率を算出し、該余裕率に復水量を乗じて算出することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の地下水の管理方法。
    

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