JPH08226143A - 地下水の採水方法及び採水装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １地点における複数深度の地下水の採水が確
実に行われる採水方法及び装置を提供する。 【構成】 採水装置は、各々が一端に取水口を有する複
数の採水管９と、給水により膨張する区画部材１５と、
採水管の各他端に接続される吸引装置とを備える。採水
管は平均開口径が０．０５mm〜０．２mmのフィルターを
備える。複数の所望の深度に各々ストレーナを有する単
孔を設置し、所望の深度付近に該取水口が位置するよう
に採水管９を単孔に導入し、区画部材１５を各取水口間
に配置して吸水により膨張させて該取水口間を遮断する
ように単孔内を区画し、吸引装置によって採水管を通し
て単孔から採水する。 【効果】 長時間効率よく地下水の採取が可能であり、
１地点において多深度にわたる採水が正確に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中の土壌水及び地下
水を採取する採水方法及び装置に関し、特に同一地点で
複数の深度における地下水を採取する技術に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】地下水は、有効利用することのできる天
然水資源の一つであり、土壌の濾過作用などによって質
のよい水が得られるため、飲料水、工業水等として用い
られている。しかし、近年、環境汚染や地下水の枯渇な
どが問題となり、より広範な領域の地下水に関する情報
の総合的な管理・分析や、地下水の計画的利用等の必要
性が生じている。このため、地質構造や地下水の流動方
向とその速度等を検討し、地下水の水質を三次元的に正
確に把握する研究等が進められつつある。

【０００３】地下水の三次元的な把握には地下水の採水
技術が重要である。従来の採水においては、地下水の採
水には井戸が利用されていた。この方法では、１つの井
戸に１つのストレーナ（地下水を取り込む孔）を開口さ
せ、採水管を井戸に導入して井戸の水を採取することに
よって、ストレーナの深度の採水が達成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
は、１つの井戸で１つの深度における採水しかできず、
複数の深度の採水を行うためには、深度の異なる観測井
を複数設置する必要がある。しかし、このような対処法
では厳密には同地点での観測とはならず、しかも、観測
井の設置数に物理的限界もあり、設置の労力も多大なも
のとなる。

【０００５】又、観測井で採水する際に、地下水に含ま
れる土砂によって採水管の目詰まりを生じることも多
く、観測の妨げとなっていた。

【０００６】本発明は、この様な従来技術の課題を解決
するためになされたもので、効率よく正確な地下水の情
報収集を可能とするものであって、１地点における複数
深度の地下水の採水が確実に行われる採水方法及び装置
を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、採水管に工夫
をすることによって、１つの観測井で複数の採水が可能
であることを見いだし、本発明の採水方法及び装置を発
明するに至った。

【０００８】本発明の採水方法は、複数の所望の深度に
各々ストレーナを有する単孔を設置する工程と、各々が
一端に取水口を有する複数の採水管を単孔に導入して各
採水管の取水口を前記所望の深度付近に位置させる工程
と、吸水により膨張する区画部材を前記取水口ストレー
ナの間に位置するように配置し吸水させて各取水口間が
遮断されるように単孔内を膨張した区画部材によって区
画する工程と、該区画部材によって区画された単孔から
前記採水管の各々を通して採水する工程とを有すること
を特徴とするものである。

【０００９】更に、本発明の採水装置は、各々が一端に
取水口を有し所望の深度付近に該取水口が位置するよう
に単孔に導入される複数の採水管と、単孔内の前記採水
管の各取水口間に配置され吸水により膨張して該取水口
間を遮断するように単孔内を区画する区画部材と、前記
区画部材により区画された単孔から前記採水管を通して
採水するために該採水管の各他端に接続される吸引装置
とを備えることを特徴とするものである。

【００１０】又、本発明の採水装置は、一端に取水口を
有する採水管と、該取水口に取り付けられる平均開口径
が０．０５mm〜０．２mmのフィルターとを備えるもので
ある。

【００１１】

【作用】所望の深度にストレーナを有する単孔を設置
し、設置された単孔内に複数の採水管を導入し、採水管
の取水口を所望の深度付近に位置させる。区画部材を各
ストレーナの間に配置し、各区画部材が単孔内の水を吸
水して膨張すると、膨張した区画部材は各ストレーナの
間で単孔内を区画し、各ストレーナ間は遮断される。区
画部材によって区画された各領域には該領域にあるスト
レーナから地下水が流入する。各採水管を通して採水す
ると、区画部材によって区画された領域の水が別々に採
水される。従って、１つの単孔における複数の深度での
地下水が別々に採水される。

【００１２】採水装置の採水管は、取水口にフィルター
が取り付けられ、フィルターの平均開口径を０．０５mm
以上とすることにより、地下水中の土砂によるフィルタ
ーの目詰まりが防止され、更に、口径を０．２mm以下と
することにより、採水管中での目詰まりが防止される。

【００１３】以下、図面を参照して本発明をさらに詳細
に説明する。

【００１４】１地点における多深度での採水を可能にす
るために、本発明においては、図１に示すように、採水
孔としてを採水地点に単孔１を掘削し、この単孔１に所
望の複数の深度にストレーナ（地下水を採水口に取り込
む孔）３を設置する。単孔１の設置は、通常の技術を用
いて行うことができる。具体的には、ボーリングマシン
やオーガー等により地中に単孔を掘削する。ストレーナ
３の位置を正確且つ確実にするために、図２に示すよう
なストレーナの深度に対応する位置に開口５を設けた金
属製パイプ７等を単孔１に嵌入してもよい。このような
パイプを用いることによってパイプは単孔の内壁面の役
割をし、ストレーナの位置決めが容易である。採水孔と
して、一定間隔でストレーナが設けてある井戸を使用し
てもよい。単孔の表面積に対する対するストレーナの面
積を「開口率」という。地層の種類によって若干異なる
が、この開口率が数％程度あれば、地下水は良好に採取
される。

【００１５】上述の単孔中に、採水する深度ポイントの
数に応じて採水管９を挿入する。各々の採水管の先端に
は取水口１１が有り、取水口１１が所望の深度に位置す
るように採水管の挿入具合いを調節する。目的の深度に
取水口１１の位置決めが正しく行われるためには、採水
管９が変形し難く可撓性が低くなるように、採水管９の
材質、肉厚等を適宜設定するのが望ましい。採水管９が
容易に変形したり曲がると、単孔１への挿入の際に、土
砂などによって採水管９が曲げられて取水口１１の位置
が正確に定められなくなったり、目的の深度まで到達し
なかったりする。

【００１６】採水管９の取水口１１には、地中の砂礫等
を採水管９内に取り込まないためにフィルター１３を取
り付けるのが好ましい。フィルター１３の開口径は、採
水管９の採水効率に非常に影響を与える。フィルター１
３の開口径が小さいと、フィルター１３自体の目詰まり
が生じ易く、開口径が大きいとフィルター１３の目詰ま
りは生じなくなるが、フィルター１３を通過した土砂の
小粒子が採水管９内で凝集し、採水管９を閉塞させる。
このような観点から、地下水の採取に用いるフィルター
１３としては、平均開口径が０．０５mm〜０．２mmの範
囲のものを使用するのが好適である。このような材料と
して、例えば、ポリプロピレン等の合成樹脂による硬質
多孔体やナイロン製メッシュ等を使用することができ、
使用に適した硬質多孔体の市販品としては、例えば、パ
ールコンＨＰ−３５（商品名、ダイセル化学工業製）、
パールコンＨＰ−１２（同左）等が挙げられる。このよ
うなフィルターを用いることによって、細い採水管を目
詰まりさせずに長時間採水を続けることができ、内径の
細い単孔を用いて採水することが可能となる。

【００１７】単孔１には複数のストレーナ３が設けてあ
るため、このままでは単孔１内の水の循環により種々の
深度の地下水が混合される。これを防止するために、単
孔１内を区画するための区画部材１５が、採水管９と共
に単孔１内に配置される。区画部材１５には、吸水によ
って膨張する材料で製造されたシール材１７を使用する
のが好ましい。このようなシール材１７としては、例え
ば、ポリアクリル酸エステルとＳＢＲ系合成ゴムとから
なるシート状のシール材等が挙げられ、このシール材の
場合は吸水により約２０〜２５倍に膨張する。このよう
な膨張性を有するシール材１７を採水管９に巻き付けて
単孔１内に導入すると、シール材１７が地下水を吸水し
て膨張し、採水管９上から放射方向に広がってシール材
１７の上下の水は互いに遮断され、単孔１内を上下に分
離区画する区画部材１５となる。従って、各ストレーナ
３の間の深度に区画部材１５を配置すれば、単孔１内の
水は混合されず、各ストレーナ３毎に地下水は分離蓄積
される。この結果、区画された領域の水を各々採水管９
を通して採取すれば、採取される水は、採水管９の取水
口１１（又はフィルター１３）が位置する区画領域にあ
るストレーナ３の深度における地下水となる。故に、深
度別に地下水を採取することが可能となる。

【００１８】このように区画部材１５を配置するために
は、例えば、図２に示すように、単孔１に挿入する複数
の採水管９を束ね、単孔１に挿入した採水管９の取水口
１１（又はフィルター１３）とストレーナ３とが対応す
るように取水口１１（又はフィルター１３）をシフトさ
せて、各取水口１１の間にシール材１７が位置するよう
にシール材１７を採水管９に巻き付ければよい。シール
材１７は、深度が深くなるに従って巻き付ける量が多く
なるように適宜調節する。この採水管９の束を単孔１に
挿入することによって、取水口１１（又はフィルター１
３）間で膨張したシール材１７によって各ストレーナ３
の間を遮弊する区画部材１５が形成される。採水管を束
ねた際に採水管同士の間に隙間ができる場合には、ボン
ドやパッカーを用いて遮弊してもよい。

【００１９】正確な地下水情報を得るためには、区画部
材１５によって区画された１つの領域に地下水を供給す
るストレーナ３の深度は１種のみとするのが最適である
が、要求される採水精度に応じて複数深度のストレーナ
３が１領域内にあることも許容される。特に、図２に示
すような長手方向に沿って一定間隔毎に開口５を設けた
パイプ７を掘削した単孔１に挿入して採水孔とした場合
などは、必要に応じて、適宜ストレーナ３をグループ分
けし、区画部材１５及び取水口１１の配置を工夫するこ
とができる。

【００２０】尚、単孔の最浅部に配置される取水口の上
方は、単孔外部から雨水等が流入するのを防止するため
に、区画部材を取り付けるのが好ましい。

【００２１】上述の区画部材１５の態様は、使用上の都
合等を勘案して適宜変更することができる。例えば、上
述の膨張性を有する材料で円盤状にシール材を形成し、
採水管９を貫通させるための複数の穴を設けて区画部材
として用いてもよい。更に、膨張時に単孔の内壁への適
合性を向上させるために、シール材の断面が蛇腹状にな
るように同心円状の凹凸を設けてもよい。

【００２２】区画部材１５により区画された領域から採
水管９を通して採水するために、吸引装置が各採水管の
各他端に接続される。吸引装置は、水を受ける容器１９
と、これに接続された減圧ポンプ２１とからなる。減圧
ポンプ２１を作動させて容器１９を介して採水管９を減
圧することにより、単孔１内の地下水が吸引され、容器
１９に収容される。もちろん、複数の採水管９からの採
水を１つの減圧ポンプで行うために、各採水管９に接続
された複数の容器１９と減圧ポンプ２１とを分岐管及び
切り替えコックを介して接続させてもよい。又、フィル
ターが目詰まりした場合に、採水管からフィルターへ逆
に流体（水又は空気）を流入させて目詰まりを除去でき
るように構成してもよい。

【００２３】上記構成によって、単孔から多深度の地下
水採取が可能となるので、本発明に従って地下水の観測
が容易に行える。又、１cm以内の径の管を用いて地下水
採取が可能であるので、採水用の井戸は数cm程度の径の
単孔で十分であるので、径の大きな井戸を掘削したり、
井戸を多数設ける必要がない。

【００２４】更に、必要に応じて各採水管と減圧ポンプ
との接続の切り替えることによって、採水する深度の変
更が必要となるような採水も可能となる。吸引装置に作
動制御装置を組み込んで、取水時間や検出される水質に
従って切り替えを制御するように構成してもよい。地下
水の水質や水量は本来変化が少ないものであるが、最近
は人工増加や環境汚染による影響によって水質や水量が
変化する傾向にあるので、一般の地下水採取において取
水深度の変更が必要な場合には本発明を用いて対応する
ことができる。更に、地下水に限らず、石油その他の液
状資源を地中から採取するシステムにおいても、多深度
での採取・採取深度の変更の必要がある場合に、本発明
を応用することができる。

【００２５】

【実施例】以下、実験例を参照して、本発明をさらに詳
細に説明する。

【００２６】（実験例１）地中に深度７．７ｍの単孔を
鉛直方向にそって掘削し、図２に示すような、ストレー
ナの役割をする孔を有する内径４０mmの鉄管を単孔に嵌
入して、採水用の井戸を形成した。鉄管の孔の直径は５
mmで、４つの穴が９０度間隔で４方向に開口し、この４
つの穴が長手方向に２cm間隔で開口方向を４５度づつず
らして配列され、開口率は３．１％であった。孔、すな
わち、ストレーナは地表面下２．７〜７．２ｍの深度に
位置させた。

【００２７】内径６mm、外径８mmのポリ塩化ビニル管の
先端に、長さ１０cm、直径８±２mmのポリプロピレン製
硬質多孔体（商品名：パールコンＨＰ−３５、ダイセル
化学工業社製）からなるフィルターを取り付けて採水管
を形成し、図２と同様にフィルターの位置を１ｍづつず
らして５本の採水管を束ね、各採水管のフィルターから
上下各々１０cm離れた位置に幅４cm、厚さ０．３cmのポ
リアクリル酸エステル／ＳＢＲゴム製シール材（商品
名：ナイスシールＢ型、応用地質社製）を各々３巻ずつ
巻き付けた。最も浅く配置されるシール材は１重巻、そ
れ以深のシールについては深さに従って適宜巻き方を増
した。

【００２８】シールを巻き付けた採水管の束を前述の採
水用井戸に挿入し、各フィルターが３ｍ、４ｍ、５ｍ、
６ｍ、７ｍの深度に各々位置するように採水管を固定し
た。シールは吸水により膨張し、１昼夜放置後にはシー
ルはフィルター間を遮弊していた。この後、各採水管に
容量２０００ccのガラス製瓶を接続し、ダイヤフラム式
真空ポンプ（型式：ＤＡ−５Ｄ、真空機工株式会社製）
を用いて減圧し、各採水管から採水した。この時、井戸
内の地下水の水位は地表面下２．５ｍであり、２０００
ccの地下水を各瓶に採取するのに要した時間は約３分で
あった。

【００２９】（実験例２）実験例１で用いたものと同じ
ポリ塩化ビニル管と、表１に示す各種材料とを用いてフ
ィルター付き採水管を形成した。フィルター材としてナ
イロン網及び積層焼結金網（５層のステンレス製金網を
積層焼結した厚さ１．５〜１．８mmの網、商品名：ニュ
ーポアメット、セントラルフィルター工業株式会社製）
を用いた場合は、各々、網を１辺が約１０cmの正方形に
切断して円筒状に管に巻き付け、先端を折曲げ封鎖して
形成した。超高分子量高密度ポリエチレン（開口率３８
％、商品名：ＵＨＥ−１４００、ダイセル化学工業社
製）及び硬質ポリプロピレン多孔体（開口率３８％、商
品名：パールコンＨＰ−１２，ＨＰ−３５、ダイセル化
学工業社製）については、各材料を長さ１０cm、直径８
±２mmの円筒状に加工して、管の開口端に連結した。

【００３０】上述のフィルターを用いて、泥水（含有粒
子の粒径分布：０．００３〜５mm）の吸引取水を約０．
５時間行って、フィルターの目詰まり及び採水管の閉塞
の有無を調べた。この結果を表１に示す。

【００３１】

【表１】 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− フィルター材質 平均開口径 透水性 評価 (mm) (cm/sec) フィルター 管 目詰まり 閉塞 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 積層焼結金網 ０．０２ ０．１〜０．３ 有 − 超高分子量高密度 ポリエチレン ０．０２ ０．１〜０．３ 有 − ナイロン網 ０．１ ∞ − − 硬質ポリプロピレン 多孔体（ＨＰ−３５） ０．１ ∞ − − 硬質ポリプロピレン 多孔体（ＨＰ−１２） ０．３ ∞ − 有 金網 ０．５ ∞ − 有 なし（チューブのみ） （直径６mm） ∞ − 有 −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− 上記の結果から明らかなように、フィルターの平均開口
径が大きいと、フィルターを通過した粒子が管内で凝集
して管が閉塞し、フィルターの平均開口径が小さいと、
管の閉塞は防止されるが、フィルターの目詰まりが生じ
て取水可能時間が短くなる。つまり、シルト質や粘土質
成分の採水管内への混入は採水には悪影響を与えないと
考えられ、従って、粗砂や礫の除去が可能な、平均開口
径が約０．０５〜０．２mmの範囲のフィルターであれ
ば、効率よく採水を行うことができ、地下水の採水に適
している。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の採水装置
では、効率よく長時間地下水の採取が可能であり、１地
点において多深度にわたる採水が正確に行える。従っ
て、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の採水装置の構成を示す概念図である。

【図２】本発明の採水装置の採水管の組立構造を示す概
念図である。

【符号の説明】

１ 単孔 ３ ストレーナ ９ 採水管 １３ フィルター １５ 区画部材 １７ シール材 １９ 容器 ２１ 減圧ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の所望の深度に各々ストレーナを有
   する単孔を設置する工程と、各々が一端に取水口を有す
   る複数の採水管を単孔に導入して各採水管の取水口を前
   記所望の深度付近に位置させる工程と、吸水により膨張
   する区画部材を前記取水口の間に位置するように配置し
   吸水させて各取水口間が遮断されるように単孔内を膨張
   した区画部材によって区画する工程と、該区画部材によ
   って区画された単孔から前記採水管の各々を通して採水
   する工程とを有することを特徴とする地下水の採水方
   法。
2. 【請求項２】 各々が一端に取水口を有し所望の深度付
   近に該取水口が位置するように単孔に導入される複数の
   採水管と、単孔内の前記採水管の各取水口間に配置され
   吸水により膨張して該取水口間を遮断するように単孔内
   を区画する区画部材と、前記区画部材により区画された
   単孔から前記採水管を通して採水するために該採水管の
   各他端に接続される吸引装置とを備えることを特徴とす
   る地下水の採水装置。
3. 【請求項３】 一端に取水口を有する採水管と、該取水
   口に取り付けられる平均開口径が０．０５mm〜０．２mm
   のフィルターとを備えることを特徴とする地下水の採水
   装置。