地下水管理システム
【課題】少ない揚水井戸で井戸内水位の過剰低下を防止しつつ、精度の高い水位制御を行うことができる、地下水管理システムを提供すること。
【解決手段】管理領域の地下水位を所定水位以下に管理する地下水管理システムであって、所定水位より深い深度に設けられた透水層１１と、透水層１１中に略水平に配設され当該透水層１１の地下水を管壁を介して集水可能な第１集水管１２及び第２集水管１３と、これら第１集水管１２及び第２集水管１３に接続された揚水井戸１０を備える。
【解決手段】管理領域の地下水位を所定水位以下に管理する地下水管理システムであって、所定水位より深い深度に設けられた透水層１１と、透水層１１中に略水平に配設され当該透水層１１の地下水を管壁を介して集水可能な第１集水管１２及び第２集水管１３と、これら第１集水管１２及び第２集水管１３に接続された揚水井戸１０を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地下水の水位を管理する地下水管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染地下水が地表に暴露することを防止するため、あるいは地下工事における盤膨れ防止やドライワークのため、特定の管理領域の地下水位を一定以下に管理することが必要となる場合がある。この場合、管理領域に揚水井戸及び観測井戸を設置し、観測井戸の井戸内水位を目標の水位（設計水位）以下に保持するように揚水井戸から揚水を行う、揚水工法が一般的に適用されている。また、降雨や季節変動等に伴って不規則に変動する地下水位を設計水位以下に常時保つため、あるいは周辺地盤の沈下や井戸枯れを防止するため、現水位と設定水位の差を解消するように揚水井戸に設置された電動弁の開度を自動制御する揚水管理システムも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１-３２３４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のシステムは、透水性が著しく低い地盤の場合、井戸内水位を大きく下げたとしても、揚水井戸間の水位を下げることが困難であった。したがって、揚水井戸の本数を増やさなければならず、特に広域になるほど揚水井戸の本数が多数必要となっていた。
【０００５】
また、上記特許文献１に記載のシステムは、井戸内水位と設定水位の差を解消するために、設計水位に対して井戸内水位を過剰に低下させなければならなかった。したがって、揚水井戸の揚水量が過剰となり、汚染地下水を処理するための装置の大容量化や、下水放流料金の増加が問題となっていた。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、少ない揚水井戸で井戸内水位の過剰低下を防止しつつ、精度の高い水位制御を行うことができる、地下水管理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る地下水管理システムは、管理領域の地下水位を所定水位以下に管理する地下水管理システムであって、前記所定水位より深い深度に設けられた透水層と、前記透水層中に略水平に配設され、当該透水層の地下水を管壁を介して集水可能な集水管と、前記集水管に接続された排水管とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る地下水管理システムは、請求項１に記載の地下水管理システムにおいて、複数の前記集水管を、前記透水層中における異なる深度に配設したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る地下水管理システムは、請求項２に記載の地下水管理システムにおいて、前記複数の集水管を相互に連結する連結管を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る地下水管理システムは、請求項２又は３に記載の地下水管理システムにおいて、前記複数の集水管の少なくとも一部を、鉛直方向における異なる位置に配置したことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る地下水管理システムは、請求項２から４のいずれか一項に記載の地下水管理システムにおいて、前記排水管内の水位を計測する水位計測手段と、前記排水管から排水を行う排水機構と、前記排水管内の水位が、前記複数の集水管の中で最下方に配置された前記集水管の底面近傍位置以下であって当該位置を基準とする所定範囲内となるように、前記水位計測手段の計測結果に基づいて前記排水機構を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る地下水管理システムは、請求項１から５のいずれか一項に記載の地下水管理システムにおいて、前記管理領域は、外部水域に対して緩衝領域を隔てた領域であり、前記管理領域と前記緩衝領域との相互間には、これら相互間における地下水の移動を防止する第１遮水壁を設け、前記管理領域において前記第１遮水壁を介して前記緩衝領域に隣接する外部区画と、前記管理領域において前記外部区画に外囲される内部区画との相互間には、これら相互間における地下水の移動を防止する第２遮水壁を設け、前記外部区画及び前記内部区画の各々に、前記透水層、前記集水管、及び前記排水管を設け、前記内部区画の前記透水層を、前記外部水域の水位より深い深度に設層し、前記外部区画の前記透水層を、前記内部区画の前記透水層より深い深度に設層したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る地下水管理システムによれば、地下水を透水層を介してスムーズに集水管にて集水し、この集水した地下水を排水管を介して排出できるので、地下水位が透水層の深度以上に上昇することを防止でき、精度の高い水位制御を行うことができる。特に、透水性が低い地盤のように、揚水井戸間の地下水位と揚水井戸内の地下水位に差が生じやすい場合には、少ない揚水井戸で水位制御を行うことができると共に、井戸内水位の過剰低下も防止することができる。
【００１４】
請求項２に係る地下水管理システムによれば、複数の集水管を、透水層中において異なる深度に配設することで、下部の集水管によって地下水を集水し、透水層を介した毛細管現象によって下部の集水管よりも上方に上昇した地下水を上部の集水管によって集水できるので、透水層の内部で発生する毛細管現象による地下水位の上昇についても効果的に抑制でき、一層精度の高い水位制御を行うことができる。
【００１５】
請求項３に係る地下水管理システムによれば、複数の集水管を相互に連結する連結管を設けたことで、上部の集水管の集水量が過剰になった場合でも、上部の集水管から連結管を介して下部の集水管に地下水を迂回させること等ができ、システム全体の排水性を向上することができると共に、透水層内において地下水位の一様化を一層促進することができる。あるいは、集水管に長期使用によって生じた目詰まりを除去するために加圧水や洗浄機を導入する場合には、連結管を介して複数の集水管の相互間で加圧水や洗浄機が通過可能となり、除去作業の効率化を図ることもできる。
【００１６】
請求項４に係る地下水管理システムによれば、集水管の少なくとも一部を、鉛直方向における異なる位置に配置したことで、下部の集水管の相互間で発生した毛細管現象によって地下水が上昇した場合であっても、この地下水を、その鉛直上方に配置された上部の集水管でスムーズに集水することができ、一層精度の高い水位制御を行うことができる。
【００１７】
請求項５に係る地下水管理システムによれば、排水管内の水位が、複数の集水管の中で最下方に配置された集水管の底面近傍位置より下方の所定範囲内となるように、排水機構を制御することにより、排水管内の水位を下げ過ぎることで水処理装置への負担を増大させる事態や、排水管内の水位を上げ過ぎることで集水管による集水を阻害する事態を防止できる。
【００１８】
請求項６に係る地下水管理システムによれば、管理領域と緩衝領域との相互間に第１遮水壁を設け、外部区画と内部区画の相互間に第２遮水壁を設けたことで、管理領域と緩衝領域との相互間や外部区画と内部区画の相互間における地下水の移動を防止できる。また、内部区画の透水層を外部水域の水位よりも深い深度とし、外部区画の透水層を内部区画の透水層より深い深度とすることで、外部水域の水位、内部区画の透水層、外部区画の透水層の順に深度が深くなるようにし、汚染物質が地下水と共に外部水域や内部区画へ流出することを一層確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、この発明の本実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕本実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕本実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、本実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、これら本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
〔I〕本実施の形態に共通の基本的概念
まず、本実施の形態に共通の基本的概念について説明する。本実施の形態に係る地下水管理システムは、管理領域の地下水位を所定水位以下に管理するものである。
【００２１】
本実施の形態に係る地下水管理システムの設置対象は任意であり、例えば、土壌汚染がない地域と、土壌汚染の可能性がある地域の両方を対象とすることができる。例えば、土壌汚染の可能性がある地域を対象とする場合としては、化学工場等の各種の工場の跡地となっている海上の埋め立て地を再利用する際に、当該跡地の土壌に含有されている可能性がある汚染物質が地下水と共に地表付近に暴露することを防止するため、当該跡地の地下水の水位を管理する場合を挙げることができる。以下の実施の形態では、このような海上の埋め立て地の地下水の水位を管理する例について説明する。
【００２２】
本実施の形態に係る地下水管理システムの特徴の一つは、概略的に、地下水を排水するための排水管に加えて、所定水位より深い深度に設けられた透水層と、透水層中に配設され、当該透水層の地下水を集水できる集水管を備える点にある。これにより、地下水位が透水層の深度以上に上昇することを防止でき、精度の高い水位制御を行うことができる。特に、透水性が低い地盤のように、揚水井戸間の地下水位と揚水井戸内の地下水位に差が生じやすい場合には、少ない揚水井戸で水位制御を行うことができると共に、井戸内水位の過剰低下も防止することができる。
【００２３】
〔II〕本実施の形態の具体的内容
次に、本実施の形態の具体的内容について説明する。
【００２４】
以下、本実施の形態に係る地下水管理システムの構成、当該地下水管理システムによる処理、及び地下水管理システムの施工方法について順次説明する。
【００２５】
（構成）
まず、地下水管理システムの構成について説明する。
【００２６】
（構成−領域）
最初に、本実施の形態に係る地下水管理システムが設置される領域の構成について説明する。図１は本実施の形態に係る地下水管理システムの概要を示す平面図、図２は図１の要部断面図、図３は図２の透水層周辺の拡大断面図である。
【００２７】
図１、２に示すように、本実施の形態において、地下水管理システムが設置される領域は、海上の埋め立て地であり、この領域の周囲は海（以下、外部水域）によって囲まれている。ここでは、この領域を、地下水位を管理する管理領域１と、この管理領域１を囲繞する領域であって、当該管理領域１の地下水が外部水域へ流出することを抑制するための緩衝領域２とに大別している。さらに、管理領域１を、建屋が設置される建屋領域（特許請求の範囲における内部区画）１Ａと、この建屋領域１Ａを囲繞する領域であって、建屋が設置されない建屋外領域（特許請求の範囲における外部区画）１Ｂとに大別している。そして、これら建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの各々の地下に対して、ほぼ同様の設備を配置しており、これら建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの地上には相互に共通の設備を配置している。
【００２８】
なお、以下の説明では、建屋領域１Ａにおいて制御目標となる地下水位を建屋領域水位Ｌ１Ａ、建屋外領域１Ｂにおいて制御目標となる地下水位を建屋外領域水位Ｌ１Ｂ、緩衝領域２における地下水位（外部水域の水面レベルにほぼ同じ）を緩衝領域水位Ｌ２と称する。これら各水位の具体的な数値や相互の関係は任意であるが、ここでは、建屋領域水位Ｌ１Ａ及び建屋外領域水位Ｌ１Ｂを緩衝領域水位Ｌ２より低く設定することで、管理領域１から外部水域への地下水の流出を防止し、また、建屋外領域水位Ｌ１Ｂを建屋領域水位Ｌ１Ａより低く設定することで、建屋外領域１Ｂから建屋領域１Ａへの地下水の流出を防止するものとする。また、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂにおける地下水位の設計水位（特許請求の範囲における所定水位）ＬＭＡＸとすると、建屋領域水位Ｌ１Ａ及び建屋外領域水位Ｌ１Ｂは、設計水位ＬＭＡＸより低く設定される。
【００２９】
図２に示すように、管理領域１と緩衝領域２との相互間には、これらの相互間における地下水の移動を防止するための第１遮水壁３が設けられている。また、建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂとの相互間には、これらの相互間における地下水の移動を防止するための第２遮水壁４が設けられている。例えば、第１遮水壁３及び第２遮水壁４は、不透水層の深度まで到達する長さのパイル（杭材）を鉛直方向に沿って打設して形成されるもので、各領域間を隙間なく仕切るように、複数のパイルを相互に重合するように並設して構成されている。このパイルの具体的な材質は任意であるが、例えば、鋼鉄や鉄筋コンクリートやソイルセメントを用いることができる。
【００３０】
（構成−地下水管理システム）
次に、地下水管理システムの構成について説明する。図１から３に示すように、建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂには、揚水井戸１０と透水層１１が配置されており、この透水層１１には、第１集水管１２、第２集水管１３、及び連結管１４が配置されている。
【００３１】
揚水井戸１０は、地下水を地上に汲み上げるための排水管である。この揚水井戸１０は、図１に示すように建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの各々において、複数が相互に間隔を隔てて配置されている。この揚水井戸１０の設置深度については後述するが、少なくとも透水層１１の深度より深い位置に至るように、設置深度が決定される。この揚水井戸１０の具体的な構造や材質は任意であるが、例えば、鋼鉄管又はＦＲＰ管にて形成される。
【００３２】
透水層１１は、地下水をスムーズに透過させて第１集水管１２又は第２集水管１３に導入するものであり、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂのほぼ全域に設けられている。この透水層１１の具体的な形成方法は任意であるが、例えば、地下水が通過可能な空間を形成するために、フィルター材（例えば砕石や砂利等）を用いて形成されたフィルター層（例えば砕石層又は砂利層）として形成されている。これら砕石や砂利の粒度を適宜調整することで、透水層１１における透水率を調整することが可能となる。この透水層１１は、設計水位ＬＭＡＸより低い深度であって、建屋領域１Ａにおいては建屋領域水位Ｌ１Ａを含む深度に設層され、建屋外領域１Ｂにおいては建屋外領域水位Ｌ１Ｂを含む深度に設層されている。また、透水層１１は、第１集水管１２及び第２集水管１３を包含可能な厚み(深さ）で形成されている。
【００３３】
第１集水管１２は、建屋領域１Ａ又は建屋外領域１Ｂの地下水を集水して揚水井戸１０に導くものである。図４は、第１集水管１２、第２集水管１３、及び連結管１４の位置関係を説明するための説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である（なお図４では、図示の明確化のため、第１集水管１２を破線、第２集水管１３を実線で示す）。図１、４（ａ）に示すように、第１集水管１２は、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂのほぼ全域において、複数が相互に間隔を隔てて格子状に配置されている。これら複数の第１集水管１２は、透水層１１の内部において、相互にほぼ同一の深度において略水平状に配置されており、相互に継手等の公知の構造を用いて連結されており、その端部においては揚水井戸１０に連結されている。各第１集水管１２は、長尺の中空管路であり、その管壁に多数の貫通孔が形成された有孔管として構成されており、この貫通孔を介して、建屋領域１Ａ又は建屋外領域１Ｂの地下水が第１集水管１２の内部に流入する。例えば、第１集水管１２は、筒状のメッシュ状繊維を補強体にて補強して構成された可撓性のある管路として構成することができる。
【００３４】
第２集水管１３は、建屋領域１Ａ又は建屋外領域１Ｂの地下水を集水して揚水井戸１０に導くものである。特に、第２集水管１３は、透水層１１において発生する毛細管現象によって第１集水管１２よりも上方に上昇した地下水を集水する毛細管水位上昇防止手段である。この第２集水管１３は、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂのほぼ全域において、複数が相互に間隔を隔てて格子状に配置されている（図１では第２集水管１３を省略する）。これら複数の第２集水管１３は、透水層１１の内部において、相互にほぼ同一の深度であって、第１集水管１２より上方の深度において、略水平状に配置されており、相互に継手等の公知の構造を用いて連結されており、その端部においては揚水井戸１０に連結されている。なお、第２集水管１３は、具体的には、第１集水管１２と同様の構造又は材質にて構成することができる。
【００３５】
連結管１４は、第１集水管１２と第２集水管１３を相互に連結するものである。具体的には、連結管１４は、長尺の中空管路として形成されており、第１集水管１２と第２集水管１３とが平面的に直交する個所に鉛直方向に沿って配置され、第１集水管１２及び第２集水管１３に対して溶接や継手等により接続されている。なお、連結管１４は、具体的には、第１集水管１２と同様の構造又は材質にて構成することができる。
【００３６】
次に、透水層１１、第１集水管１２、及び第２集水管１３の深度や位置関係について説明する。図４（ｂ）に示すように、建屋領域１Ａの第１集水管１２は、当該第１集水管１２の中心高さが建屋領域水位Ｌ１Ａとなる深度で配置されており、建屋外領域１Ｂの第１集水管１２は、当該第１集水管１２の中心高さが建屋外領域水位Ｌ１Ｂとなる深度で配置されている。ここで、複数の第１集水管１２を間隔を隔てて配置した場合、各第１集水管１２に近い程、地下水が第１集水管１２に流入し易く、各第１集水管１２から離れる程、地下水が第１集水管１２に流入し難くなる。従って、各第１集水管１２から最も離れた位置（すなわち各第１集水管１２の相互の中間位置）で地下水位が最も高くなると考えられ、この中間位置における地下水位は、各第１集水管１２の相互間隔に応じて変化する(図４（ｂ）には、地下水面の変化曲線を２点鎖線で示す）。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、この中間位置における地下水位が設計水位ＬＭＡＸ以下になるように、透水層１１及び第１集水管１２の深度と、第１集水管１２の設置間隔及び設置本数を決定している。すなわち、透水層１１の深度を設計水位ＬＭＡＸ以下とし、第１集水管１２の深度（第１集水管１２の中心高さ位置）が、その中間位置における地下水位以下となるように、第１集水管１２の深度及び配置間隔を決定している。例えば、第１集水管１２の管径を直径約２００ｍｍ、排水量を約０．２ｍ３／分とした場合、第１集水管１２の相互間隔を約５０〜１００ｍとする。
【００３８】
また、第１集水管１２により集水を行った場合であっても、第１集水管１２に流入しなかった地下水が、透水層１１を介した毛細管現象によって上昇する可能性がある。そこで、第２集水管１３の深度（第２集水管１３の中心高さ位置）を、第１集水管１２の深度より高くなるように決定し、第１集水管１２の深度より上方に上昇した地下水を第２集水管１３に流入させ、第２集水管１３より上昇することを防止している。
【００３９】
ここで、第２集水管１３を、第１集水管１２の鉛直上方の位置（平面的にみて第２集水管１３が第１集水管１２に重合する位置）に配置することも考えられるが、毛細管現象によって上昇する地下水は、複数の第１集水管１２の相互間を通って上昇する割合が高いと考えられるので、単に第２集水管１３を第１集水管１２の鉛直上方に配置したのでは、このような地下水を効率よく集水できない可能性がある。そこで、本実施の形態では、図４に示すように、第２集水管１３を、第１集水管１２の鉛直上方とは異なる位置（平面的にみて第２集水管１３が第１集水管１２に重合しない位置）に配置することで、複数の第１集水管１２の相互間を通って上昇した地下水が効率よく第２集水管１３にて集水されるようにしている。
【００４０】
次に、地下水管理システムの機械的及び電気的構成について説明する。図５は、本実施の形態に係る地下水管理システムのブロック図である。地下水管理システムは、電動バルブ２０、水圧計２１、揚水ポンプ２３、水処理装置２４、及び制御装置２５を備えて構成されている。
【００４１】
水圧計２１は、揚水井戸１０の内部における地下水位を計測するための水位計測手段である。すなわち、水圧計２１を揚水井戸１０の内部の地下水中に配置し、水圧計２１によって水圧を計測することで、地下水位を判定する。水圧計２１は、常時あるいは所定間隔で、計測結果を制御装置２５に有線又は無線によって出力する。
【００４２】
図５において、電動バルブ２０は、揚水ポンプ２３から水処理装置２４に至る管路２６の開閉を行う排水機構である。この電動バルブ２０は、制御装置２５からの制御によって開閉される。
【００４３】
揚水ポンプ２３は、揚水井戸１０から地下水を地表に汲み上げるための排水機構である。例えば、図２に示すように、揚水ポンプ２３は、揚水井戸１０の下方に設けられており、制御装置２５からの制御に基づいて地下水を汲み上げ、汲み上げた地下水を管路２６を介して水処理装置２４へ導出する。揚水ポンプ２３の具体的構成は任意である。また、例えば、地下水の汲み上げ量を段階的に切り替えられる揚水量可変型のポンプとして構成してもよい。
【００４４】
図５において、水処理装置２４は、揚水井戸１０の地下水に対して所定の処理を行う排水機構である。例えば、図２に示すように、水処理装置２４は、揚水井戸１０の地下水を管路２６を介して導入し、地下水に含まれる汚染物質を除去する浄化処理等を行い、処理後の地下水を管路２７を介して下水道または外部水域に放出する。水処理装置２４の種類は任意であるが、例えば、濾過装置、生物処理装置、加圧浮上装置等が該当する。
【００４５】
図５において、制御装置２５は、水圧計２１の計測結果に基づいて、揚水ポンプ２３及び水処理装置２４の運転を継続させた状態において電動バルブ２０の開度を調整したり、揚水ポンプ２３及び水処理装置２４の起動又は停止を制御する制御手段である。なお、当然のことながら、揚水ポンプ２３又は水処理装置２４のいずれか一方を起動又は停止させることで、いずれか他方を連動して起動又は停止させることができる場合には、制御装置２５は、当該いずれか一方のみを起動又は停止させる。この制御装置２５は、水圧計２１からの計測結果を有線又は無線で受信する。この制御装置２５は、制御部２５ａ及び記憶部２５ｂを備えて構成されている。
【００４６】
制御部２５ａは、制御装置２５の各部を制御する制御手段である。制御部２５ａの具体的な構成は任意であり、例えば、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの制御プログラム、各種の処理手順などを規定した組み込みプログラム、所要データを格納するための内部メモリ、及び、これらのプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えて構成される。
【００４７】
記憶部２５ｂは、制御部２５ａによって実行される各種処理に必要なデータを記録する記録手段である。この記憶部２５ｂの具体的な構成は任意であり、例えばＨＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ）の如き書き換え可能な記録手段を用いて構成することができる。
【００４８】
（処理）
次に、地下水管理システムの制御部２５ａが実行する処理について説明する。図６、７は地下水管理システムによる地下水管理処理のフローチャートであり、図６は揚水量が多い場合（例えば、揚水井戸１０内の水位の上昇周期が比較的短い場所に適用される場合）の処理、図７は揚水量が少ない場合（例えば、揚水井戸１０内の水位の上昇周期が比較的長い場所であり、数時間から数日に１度程度の揚水で足りる場所に適用される場合）の処理を示す。この地下水管理システムは、建屋外領域１Ｂと建屋領域１Ａで相互に同一の処理が独立して行われる。ここでは、建屋領域１Ａの処理についてのみ説明し、建屋外領域１Ｂの処理の説明を省略する。なお、特記しない制御に関しては、制御部２５ａが行うこととする。
【００４９】
まず、図６の揚水量が多い場合の処理について説明する。この処理は、使用者によって制御装置２５が起動されることで開始され、例えば２４時間連続運転が開始される。この制御装置２５の起動後、制御部２５ａは、水処理装置２４と揚水ポンプ２３を順に起動させ、以降は、これら水処理装置２４と揚水ポンプ２３の運転を継続させたまま、水圧計２１の計測結果に基づいて、電動バルブ２０の開度のみを調整する。
【００５０】
具体的には、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づいて揚水井戸１０の内部の水位を算定し、この水位が所定の上方水位を超えているか否かを判定する（ＳＡ１）。ここで、上方水位は、図３に示すように、最も下方に配置された集水管（ここでは第１集水管１２）の底面近傍位置に設定されている。なお、底面近傍位置とは、第１集水管１２の底面と同一位置の他、当該同一位置より上方位置であって当該第１集水管１２から揚水井戸１０への排水を妨げない位置（高さ方向の位置）や、当該同一位置より下方位置であって揚水ポンプ２３や水処理装置２４の処理負荷を過大に増大させることがない位置を含む。なお、第１集水管１２から揚水井戸１０への排水を妨げない位置（高さ方向の位置）とは、例えば、当該第１集水管１２内の水上にある水位高さ（これに対し、水下とは第１集水管１２の底面と同一位置を云う）に対して、常に揚水井戸１０側が水下となるような位置を云う。
【００５１】
水位が上方水位を超えている場合（ＳＡ１、Ｙｅｓ）、制御部２５ａは、電動バルブ２０の開度を増やし（ＳＡ２）、揚水ポンプ２３にて揚水井戸１０から汲み上げられて管路２６を介して水処理装置２４に導入される地下水の量を増加させる。この地下水は、水処理装置２４で所定の処理がなされた後に管路２７を介して下水道または外部領域に放出される。これにより、建屋領域１Ａの地下水位が毛管上昇抑止深度までに抑えられるので、透水層１１よりも上方の地盤が地下水に含まれる汚染物質により汚染されることを防止できる。
【００５２】
その後、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づく揚水井戸１０の内部の水位の算定を継続し、この水位が、所定の下方水位を下回る迄、電動バルブ２０の開度を増加させた状態に保持する。ここで、下方水位とは、図３に示すように、上方水位より下の位置であって、上方水位との間に所定の変動間隔を空けた位置に設定される。この変動間隔の具体的な数値は任意であるが、この変動間隔が大き過ぎる場合には（下方水位を下方に設定し過ぎた場合には）、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の処理負荷が増大し、一方、この変動間隔が小さ過ぎる場合には（下方水位を上方に設定し過ぎた場合には）、電動バルブ２０の開度の調整間隔が短くなり過ぎて好ましくないため、これらの弊害が生じないように例えば計算や実験等で求めた適切な間隔（例えば数１０ｃｍ程度）を設定する。
【００５３】
そして、揚水井戸１０の内部の水位が下方水位を下回った場合（ＳＡ３、Ｙｅｓ）、制御部２５ａは、電動バルブ２０の開度を減らし（ＳＡ４）、揚水ポンプ２３にて揚水井戸１０から汲み上げられて管路２６を介して水処理装置２４に導入される地下水の量を低下させる。以降、ＳＡ１からＳＡ４を同様に繰り返す。このような処理を行うことで、広域な範囲に渡る地下水位を高精度で制御することが可能であり、例えば、地下水位を上述した変動間隔の範囲で管理することが可能となる。
【００５４】
次に、図７の揚水量が多い場合の処理について説明する。ただし、特に説明なき処理は図６の処理と同様である。この処理は、使用者によって制御装置２５が起動されることで開始され、例えば２４時間連続運転が開始される。この制御装置２５の起動後、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づいて、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の起動と停止を制御する。なお、この処理では、電動バルブ２０の開度は所定の一定の開度に保持しておく。
【００５５】
具体的には、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づいて揚水井戸１０の内部の水位を算定し、この水位が所定の上方水位を超えているか否かを判定する（ＳＢ１）。ここで、上方水位は、図６の処理の場合と同様に設定できる。そして、水位が上方水位を超えている場合（ＳＢ１、Ｙｅｓ）、制御部２５ａは、水処理装置２４と、当該水圧計２１が設置されている揚水ポンプ２３を順に運転させる（ＳＢ２、ＳＢ３）。揚水ポンプ２３にて揚水井戸１０から汲み上げられた地下水は、管路２６を介して水処理装置２４に導入される。そして、導入された地下水は、所定の処理がなされた後に管路２７を介して下水道または外部領域に放出される。これにより、建屋領域１Ａの地下水位が毛管上昇抑止深度までに抑えられるので、透水層１１よりも上方の地盤が地下水に含まれる汚染物質により汚染されることを防止できる。
【００５６】
その後、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づく揚水井戸１０の内部の水位の算定を継続し、この水位が、所定の下方水位を下回る迄、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の運転を継続する。ここで、下方水位は、基本的には図６の処理と同様であるが、この変動間隔が小さ過ぎる場合には、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の起動と停止の間隔が短くなり過ぎて好ましくないため、これらの弊害が生じないように例えば計算や実験等で求めた適切な間隔（例えば数１００ｃｍ程度）を設定する。
【００５７】
そして、揚水井戸１０の内部の水位が下方水位を下回った場合（ＳＢ４、Ｙｅｓ）、制御部２５ａは、揚水ポンプ２３及び水処理装置２４を順に停止させる（ＳＢ５、ＳＢ６）。以降、ＳＢ１からＳＢ６を同様に繰り返す。このような処理を行うことで、広域な範囲に渡る地下水位を高精度で制御することが可能であり、例えば、地下水位を上述した変動間隔の範囲で管理することが可能となる。
【００５８】
なお、上述した処理の他に、異常時（例えば揚水ポンプ２３の故障、電気ケーブルの断線、あるいは不測の大雨や台風時）の処理を付加してもよい。例えば、異常発生が公知の検知手段で検知された場合、制御部２５ａは、異常信号を有線又は無線にて図示しない遠隔の制御盤やコンピュータに出力することで、管理者に異常発生の事実及び内容を報知する。また、これら制御盤やコンピュータからの指示信号に基づいて、制御部２５ａは異常対応制御を行うことも可能である。さらに、異常が揚水ポンプ２３の故障である場合、制御部２５ａは、当該故障した揚水ポンプ２３以外の揚水ポンプ２３の揚水量を増加させることで、故障した揚水ポンプ２３を補完するようにしてもよい。
【００５９】
（地下水管理システムの施工方法）
次に、地下水管理システムの施工方法について図２を参照しつつ説明する。まず、管理領域１と緩衝領域２との相互間に第１遮水壁３を、そして建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂとの相互間に第２遮水壁４を、それぞれ打設する。これら第１遮水壁３及び第２遮水壁４の土留め効果を利用することで、その後の作業を安全に行うことが期待できる。次いで、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂの地盤を透水層１１の設置深度まで掘削する。また、建屋外領域１Ｂにおいて揚水井戸１０を、そして建屋領域１Ａにおいて揚水井戸１０を各々所定の深度まで掘削する。
【００６０】
次に、建屋外領域１Ｂにおいて透水層１１を設層し、建屋領域１Ａにおいて透水層１１を設層する。すなわち、砕石等から形成される透水層１１を第１集水管１２の設置深度まで設け、第１集水管１２及び連結管１４を所定の位置に配設する。このとき、第１集水管１２と揚水井戸１０を接続させる。次に、透水層１１をその上から第２集水管１３の設置深度まで設け、第２集水管１３を所定の位置に配設する。このとき、第２集水管１３と揚水井戸１０とを、また第２集水管１３と連結管１４とを接続させる。最後に、透水層１１をその上から所定の深度まで設ける。なお、透水層１１を設ける際には、揚水井戸１０を掘削した領域を確保することに留意する。続いて、設層した透水層１１から地表面まで盛土を行う。盛土の種類は任意であるが、例えば、掘削後の土を還元加熱分解脱塩素化処理したものを用いてもよい。これにて施工を終了する。
【００６１】
（効果）
これまで説明したように本実施の形態に係る地下水管理システムによれば、地下水を透水層１１を介してスムーズに第１集水管１２及び第２集水管１３にて集水し、この集水した地下水を揚水井戸１０を介して排出できるので、地下水位が透水層１１の深度以上に上昇することを防止でき、精度の高い水位制御を行うことができる。特に、透水性が低い地盤のように、揚水井戸１０の相互間の地下水位と揚水井戸１０の内部の地下水位に差が生じやすい場合には、少ない揚水井戸１０で水位制御を行うことができると共に、井戸内水位の過剰低下も防止することができる。
【００６２】
また、複数の第１集水管１２及び第２集水管１３を、透水層１１中において異なる深度に配設することで、下部の第１集水管１２によって地下水を集水し、透水層１１を介した毛細管現象によって下部の第１集水管１２よりも上方に上昇した地下水を上部の第２集水管１３によって集水できるので、透水層１１の内部で発生する毛細管現象による地下水位の上昇についても効果的に抑制でき、一層精度の高い水位制御を行うことができる。
【００６３】
また、複数の第１集水管１２及び第２集水管１３を相互に連結する連結管１４を設けたことで、上部の第２集水管１３の集水量が過剰になった場合でも、上部の第２集水管１３から連結管１４を介して下部の第１集水管１２に地下水を迂回させることができ、システム全体の排水性を向上することができると共に、透水層内において地下水位の一様化を一層促進することができる。あるいは、第１集水管１２や第２集水管１３に長期使用によって生じた目詰まりを除去するために加圧水や洗浄機を導入する場合には、連結管１４を介して第１集水管１２と第２集水管１３の相互間で加圧水や洗浄機が通過可能となり、除去作業の効率化を図ることもできる。
【００６４】
また、第１集水管１２と第２集水管１３の少なくとも一部を、鉛直方向における異なる位置に配置したことで、下部の第１集水管１２の相互間で発生した毛細管現象によって地下水が上昇した場合であっても、この地下水を、その鉛直上方に配置された上部の第２集水管１３でスムーズに集水することができ、一層精度の高い水位制御を行うことができる。
【００６５】
また、揚水井戸１０内の水位が最下方に配置された第１集水管１２の底面近傍位置になるように、電動バルブ２０の開度を調整したり、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の起動や停止を制御することにより、揚水井戸１０内の水位を下げ過ぎることで水処理装置２４と揚水ポンプ２３への負担を増大させる事態や、揚水井戸１０内の水位を上げ過ぎることで第１集水管１２による集水を阻害する事態を防止できる。
【００６６】
また、管理領域１と緩衝領域２との相互間に第１遮水壁３を設け、建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの相互間に第２遮水壁４を設けたことで、管理領域１と緩衝領域２との相互間や建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの相互間における地下水の移動を防止できる。また、建屋領域１Ａの透水層１１を外部水域の水位よりも深い深度とし、建屋外領域１Ｂの透水層１１を建屋領域１Ａの透水層１１より深い深度とすることで、外部水域の水位、建屋領域１Ａの透水層１１、建屋外領域１Ｂの透水層１１の順に深度が深くなるようにし、汚染物質が地下水と共に外部水域や建屋領域１Ａへ流出することを一層確実に防止できる。
【００６７】
〔III〕本実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る一実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
【００６８】
（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。
【００６９】
（領域の区画について）
例えば、緩衝領域を省略したり、管理領域をさらに区画することなくその全域に同一の構成を採用してもよい。あるいは、管理領域や緩衝領域をさらに細分化し、各領域に同一又は異なる目標水位を設定してもよい。
【００７０】
（排水管について）
第１集水管１２や第２集水管１３にて集水された地下水の排水経路は、揚水井戸１０に限定されない。例えば、地下水が清浄水である場合には、集水された地下水を排水管を介して河川や海に排水してもよく、この場合には揚水機能は不要である。
【００７１】
（集水管について）
集水管の設置深度は、２段階以上としてもよく、例えば、第１集水管１２より下方にさらに集水管を設けることで集水性能を向上させたり、第２集水管１３より上方にさらに集水管を設けることで管理領域１に流入した雨水を集水してもよい。
【００７２】
また、集水管は、必ずしも複数の深度に設置する必要はなく、特定の一つの深度のみに集水管した構造であっても目標とする水位管理を行うことが可能である。例えば、透水層１１を毛細管現象が生じる限界値（限界毛管水頭）以上に厚くすることで、毛細管現象を防止できる場合には、第２集水管１３を省略してもよい。透水層１１の限界毛管水頭は、透水層１１の組成によって異なるが、例えば、砂岩の場合で６０から７０ｃｍ、まさ土の場合で８０から１００ｃｍであることから、透水層１１を１００ｃｍ以上とすることで、第２集水管１３を省略することができる。すなわち、この場合には、透水層１１が毛細管水位上昇防止手段として機能する。
【００７３】
（水位計測手段について）
水位計測手段としては、水圧計２１以外の手段を用いてもよく、例えばフロートスイッチを用いてもよい。具体的には、上下一対のフロートスイッチを揚水井戸１０の内部に設置し、上方のフロートスイッチは、揚水井戸１０の内部の水位が上述した上方水位を超えた場合にオンし、下方のフロートスイッチは、揚水井戸１０の内部の水位が上述した下方水位を超えた場合にオンするように設定する。そして、制御部２５ａは、上方のフロートスイッチがオンした場合には水処理装置２４と揚水ポンプ２３を順次起動し、下方のフロートスイッチがオフになった場合に水処理装置２４と揚水ポンプ２３を順次停止させる。このような構成によっても、上記実施形態と同様の排水制御が可能である。ただし、フロートスイッチを用いる場合にはある程度の動作領域を確保する必要があったり、応答速度が遅い等の可能性があり、上述した変動間隔を、水圧計２１を用いた場合の変動間隔よりも広げておく必要があるため、高精度な制御を行うためには、水圧計２１を用いる方がより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の本実施の形態に係る地下水管理システムの概要を示す平面図である。
【図２】図１の要部断面図である。
【図３】図２の透水層周辺の拡大断面図である。
【図４】第１集水管、第２集水管、及び連結管の位置関係を説明するための説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】地下水管理システムのブロック図である。
【図６】地下水管理システムによる地下水管理処理であって、揚水量が多い場合の処理のフローチャートである。
【図７】地下水管理システムによる地下水管理処理であって、揚水量が少ない場合の処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
１ 管理領域
１Ａ 建屋領域
１Ｂ 建屋外領域
２ 緩衝領域
３ 第１遮水壁
４ 第２遮水壁
１０ 揚水井戸
１１ 透水層
１２ 第１集水管
１３ 第２集水管
１４ 連結管
２０ 電動バルブ
２１ 水圧計
２３ 揚水ポンプ
２４ 水処理装置
２５ 制御装置
２５ａ 制御部
２５ｂ 記憶部
２６、２７ 管路
Ｌ１Ａ 建屋領域水位
Ｌ１Ｂ 建屋外領域水位
Ｌ２ 緩衝領域水位
ＬＭＡＸ 設計水位
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地下水の水位を管理する地下水管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染地下水が地表に暴露することを防止するため、あるいは地下工事における盤膨れ防止やドライワークのため、特定の管理領域の地下水位を一定以下に管理することが必要となる場合がある。この場合、管理領域に揚水井戸及び観測井戸を設置し、観測井戸の井戸内水位を目標の水位（設計水位）以下に保持するように揚水井戸から揚水を行う、揚水工法が一般的に適用されている。また、降雨や季節変動等に伴って不規則に変動する地下水位を設計水位以下に常時保つため、あるいは周辺地盤の沈下や井戸枯れを防止するため、現水位と設定水位の差を解消するように揚水井戸に設置された電動弁の開度を自動制御する揚水管理システムも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１-３２３４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のシステムは、透水性が著しく低い地盤の場合、井戸内水位を大きく下げたとしても、揚水井戸間の水位を下げることが困難であった。したがって、揚水井戸の本数を増やさなければならず、特に広域になるほど揚水井戸の本数が多数必要となっていた。
【０００５】
また、上記特許文献１に記載のシステムは、井戸内水位と設定水位の差を解消するために、設計水位に対して井戸内水位を過剰に低下させなければならなかった。したがって、揚水井戸の揚水量が過剰となり、汚染地下水を処理するための装置の大容量化や、下水放流料金の増加が問題となっていた。
【０００６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、少ない揚水井戸で井戸内水位の過剰低下を防止しつつ、精度の高い水位制御を行うことができる、地下水管理システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る地下水管理システムは、管理領域の地下水位を所定水位以下に管理する地下水管理システムであって、前記所定水位より深い深度に設けられた透水層と、前記透水層中に略水平に配設され、当該透水層の地下水を管壁を介して集水可能な集水管と、前記集水管に接続された排水管とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に係る地下水管理システムは、請求項１に記載の地下水管理システムにおいて、複数の前記集水管を、前記透水層中における異なる深度に配設したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に係る地下水管理システムは、請求項２に記載の地下水管理システムにおいて、前記複数の集水管を相互に連結する連結管を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に係る地下水管理システムは、請求項２又は３に記載の地下水管理システムにおいて、前記複数の集水管の少なくとも一部を、鉛直方向における異なる位置に配置したことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に係る地下水管理システムは、請求項２から４のいずれか一項に記載の地下水管理システムにおいて、前記排水管内の水位を計測する水位計測手段と、前記排水管から排水を行う排水機構と、前記排水管内の水位が、前記複数の集水管の中で最下方に配置された前記集水管の底面近傍位置以下であって当該位置を基準とする所定範囲内となるように、前記水位計測手段の計測結果に基づいて前記排水機構を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に係る地下水管理システムは、請求項１から５のいずれか一項に記載の地下水管理システムにおいて、前記管理領域は、外部水域に対して緩衝領域を隔てた領域であり、前記管理領域と前記緩衝領域との相互間には、これら相互間における地下水の移動を防止する第１遮水壁を設け、前記管理領域において前記第１遮水壁を介して前記緩衝領域に隣接する外部区画と、前記管理領域において前記外部区画に外囲される内部区画との相互間には、これら相互間における地下水の移動を防止する第２遮水壁を設け、前記外部区画及び前記内部区画の各々に、前記透水層、前記集水管、及び前記排水管を設け、前記内部区画の前記透水層を、前記外部水域の水位より深い深度に設層し、前記外部区画の前記透水層を、前記内部区画の前記透水層より深い深度に設層したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る地下水管理システムによれば、地下水を透水層を介してスムーズに集水管にて集水し、この集水した地下水を排水管を介して排出できるので、地下水位が透水層の深度以上に上昇することを防止でき、精度の高い水位制御を行うことができる。特に、透水性が低い地盤のように、揚水井戸間の地下水位と揚水井戸内の地下水位に差が生じやすい場合には、少ない揚水井戸で水位制御を行うことができると共に、井戸内水位の過剰低下も防止することができる。
【００１４】
請求項２に係る地下水管理システムによれば、複数の集水管を、透水層中において異なる深度に配設することで、下部の集水管によって地下水を集水し、透水層を介した毛細管現象によって下部の集水管よりも上方に上昇した地下水を上部の集水管によって集水できるので、透水層の内部で発生する毛細管現象による地下水位の上昇についても効果的に抑制でき、一層精度の高い水位制御を行うことができる。
【００１５】
請求項３に係る地下水管理システムによれば、複数の集水管を相互に連結する連結管を設けたことで、上部の集水管の集水量が過剰になった場合でも、上部の集水管から連結管を介して下部の集水管に地下水を迂回させること等ができ、システム全体の排水性を向上することができると共に、透水層内において地下水位の一様化を一層促進することができる。あるいは、集水管に長期使用によって生じた目詰まりを除去するために加圧水や洗浄機を導入する場合には、連結管を介して複数の集水管の相互間で加圧水や洗浄機が通過可能となり、除去作業の効率化を図ることもできる。
【００１６】
請求項４に係る地下水管理システムによれば、集水管の少なくとも一部を、鉛直方向における異なる位置に配置したことで、下部の集水管の相互間で発生した毛細管現象によって地下水が上昇した場合であっても、この地下水を、その鉛直上方に配置された上部の集水管でスムーズに集水することができ、一層精度の高い水位制御を行うことができる。
【００１７】
請求項５に係る地下水管理システムによれば、排水管内の水位が、複数の集水管の中で最下方に配置された集水管の底面近傍位置より下方の所定範囲内となるように、排水機構を制御することにより、排水管内の水位を下げ過ぎることで水処理装置への負担を増大させる事態や、排水管内の水位を上げ過ぎることで集水管による集水を阻害する事態を防止できる。
【００１８】
請求項６に係る地下水管理システムによれば、管理領域と緩衝領域との相互間に第１遮水壁を設け、外部区画と内部区画の相互間に第２遮水壁を設けたことで、管理領域と緩衝領域との相互間や外部区画と内部区画の相互間における地下水の移動を防止できる。また、内部区画の透水層を外部水域の水位よりも深い深度とし、外部区画の透水層を内部区画の透水層より深い深度とすることで、外部水域の水位、内部区画の透水層、外部区画の透水層の順に深度が深くなるようにし、汚染物質が地下水と共に外部水域や内部区画へ流出することを一層確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、この発明の本実施の形態を詳細に説明する。まず、〔I〕本実施の形態に共通の基本的概念を説明した後、〔II〕本実施の形態の具体的内容について説明し、〔III〕最後に、本実施の形態に対する変形例について説明する。ただし、これら本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
〔I〕本実施の形態に共通の基本的概念
まず、本実施の形態に共通の基本的概念について説明する。本実施の形態に係る地下水管理システムは、管理領域の地下水位を所定水位以下に管理するものである。
【００２１】
本実施の形態に係る地下水管理システムの設置対象は任意であり、例えば、土壌汚染がない地域と、土壌汚染の可能性がある地域の両方を対象とすることができる。例えば、土壌汚染の可能性がある地域を対象とする場合としては、化学工場等の各種の工場の跡地となっている海上の埋め立て地を再利用する際に、当該跡地の土壌に含有されている可能性がある汚染物質が地下水と共に地表付近に暴露することを防止するため、当該跡地の地下水の水位を管理する場合を挙げることができる。以下の実施の形態では、このような海上の埋め立て地の地下水の水位を管理する例について説明する。
【００２２】
本実施の形態に係る地下水管理システムの特徴の一つは、概略的に、地下水を排水するための排水管に加えて、所定水位より深い深度に設けられた透水層と、透水層中に配設され、当該透水層の地下水を集水できる集水管を備える点にある。これにより、地下水位が透水層の深度以上に上昇することを防止でき、精度の高い水位制御を行うことができる。特に、透水性が低い地盤のように、揚水井戸間の地下水位と揚水井戸内の地下水位に差が生じやすい場合には、少ない揚水井戸で水位制御を行うことができると共に、井戸内水位の過剰低下も防止することができる。
【００２３】
〔II〕本実施の形態の具体的内容
次に、本実施の形態の具体的内容について説明する。
【００２４】
以下、本実施の形態に係る地下水管理システムの構成、当該地下水管理システムによる処理、及び地下水管理システムの施工方法について順次説明する。
【００２５】
（構成）
まず、地下水管理システムの構成について説明する。
【００２６】
（構成−領域）
最初に、本実施の形態に係る地下水管理システムが設置される領域の構成について説明する。図１は本実施の形態に係る地下水管理システムの概要を示す平面図、図２は図１の要部断面図、図３は図２の透水層周辺の拡大断面図である。
【００２７】
図１、２に示すように、本実施の形態において、地下水管理システムが設置される領域は、海上の埋め立て地であり、この領域の周囲は海（以下、外部水域）によって囲まれている。ここでは、この領域を、地下水位を管理する管理領域１と、この管理領域１を囲繞する領域であって、当該管理領域１の地下水が外部水域へ流出することを抑制するための緩衝領域２とに大別している。さらに、管理領域１を、建屋が設置される建屋領域（特許請求の範囲における内部区画）１Ａと、この建屋領域１Ａを囲繞する領域であって、建屋が設置されない建屋外領域（特許請求の範囲における外部区画）１Ｂとに大別している。そして、これら建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの各々の地下に対して、ほぼ同様の設備を配置しており、これら建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの地上には相互に共通の設備を配置している。
【００２８】
なお、以下の説明では、建屋領域１Ａにおいて制御目標となる地下水位を建屋領域水位Ｌ１Ａ、建屋外領域１Ｂにおいて制御目標となる地下水位を建屋外領域水位Ｌ１Ｂ、緩衝領域２における地下水位（外部水域の水面レベルにほぼ同じ）を緩衝領域水位Ｌ２と称する。これら各水位の具体的な数値や相互の関係は任意であるが、ここでは、建屋領域水位Ｌ１Ａ及び建屋外領域水位Ｌ１Ｂを緩衝領域水位Ｌ２より低く設定することで、管理領域１から外部水域への地下水の流出を防止し、また、建屋外領域水位Ｌ１Ｂを建屋領域水位Ｌ１Ａより低く設定することで、建屋外領域１Ｂから建屋領域１Ａへの地下水の流出を防止するものとする。また、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂにおける地下水位の設計水位（特許請求の範囲における所定水位）ＬＭＡＸとすると、建屋領域水位Ｌ１Ａ及び建屋外領域水位Ｌ１Ｂは、設計水位ＬＭＡＸより低く設定される。
【００２９】
図２に示すように、管理領域１と緩衝領域２との相互間には、これらの相互間における地下水の移動を防止するための第１遮水壁３が設けられている。また、建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂとの相互間には、これらの相互間における地下水の移動を防止するための第２遮水壁４が設けられている。例えば、第１遮水壁３及び第２遮水壁４は、不透水層の深度まで到達する長さのパイル（杭材）を鉛直方向に沿って打設して形成されるもので、各領域間を隙間なく仕切るように、複数のパイルを相互に重合するように並設して構成されている。このパイルの具体的な材質は任意であるが、例えば、鋼鉄や鉄筋コンクリートやソイルセメントを用いることができる。
【００３０】
（構成−地下水管理システム）
次に、地下水管理システムの構成について説明する。図１から３に示すように、建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂには、揚水井戸１０と透水層１１が配置されており、この透水層１１には、第１集水管１２、第２集水管１３、及び連結管１４が配置されている。
【００３１】
揚水井戸１０は、地下水を地上に汲み上げるための排水管である。この揚水井戸１０は、図１に示すように建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの各々において、複数が相互に間隔を隔てて配置されている。この揚水井戸１０の設置深度については後述するが、少なくとも透水層１１の深度より深い位置に至るように、設置深度が決定される。この揚水井戸１０の具体的な構造や材質は任意であるが、例えば、鋼鉄管又はＦＲＰ管にて形成される。
【００３２】
透水層１１は、地下水をスムーズに透過させて第１集水管１２又は第２集水管１３に導入するものであり、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂのほぼ全域に設けられている。この透水層１１の具体的な形成方法は任意であるが、例えば、地下水が通過可能な空間を形成するために、フィルター材（例えば砕石や砂利等）を用いて形成されたフィルター層（例えば砕石層又は砂利層）として形成されている。これら砕石や砂利の粒度を適宜調整することで、透水層１１における透水率を調整することが可能となる。この透水層１１は、設計水位ＬＭＡＸより低い深度であって、建屋領域１Ａにおいては建屋領域水位Ｌ１Ａを含む深度に設層され、建屋外領域１Ｂにおいては建屋外領域水位Ｌ１Ｂを含む深度に設層されている。また、透水層１１は、第１集水管１２及び第２集水管１３を包含可能な厚み(深さ）で形成されている。
【００３３】
第１集水管１２は、建屋領域１Ａ又は建屋外領域１Ｂの地下水を集水して揚水井戸１０に導くものである。図４は、第１集水管１２、第２集水管１３、及び連結管１４の位置関係を説明するための説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である（なお図４では、図示の明確化のため、第１集水管１２を破線、第２集水管１３を実線で示す）。図１、４（ａ）に示すように、第１集水管１２は、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂのほぼ全域において、複数が相互に間隔を隔てて格子状に配置されている。これら複数の第１集水管１２は、透水層１１の内部において、相互にほぼ同一の深度において略水平状に配置されており、相互に継手等の公知の構造を用いて連結されており、その端部においては揚水井戸１０に連結されている。各第１集水管１２は、長尺の中空管路であり、その管壁に多数の貫通孔が形成された有孔管として構成されており、この貫通孔を介して、建屋領域１Ａ又は建屋外領域１Ｂの地下水が第１集水管１２の内部に流入する。例えば、第１集水管１２は、筒状のメッシュ状繊維を補強体にて補強して構成された可撓性のある管路として構成することができる。
【００３４】
第２集水管１３は、建屋領域１Ａ又は建屋外領域１Ｂの地下水を集水して揚水井戸１０に導くものである。特に、第２集水管１３は、透水層１１において発生する毛細管現象によって第１集水管１２よりも上方に上昇した地下水を集水する毛細管水位上昇防止手段である。この第２集水管１３は、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂのほぼ全域において、複数が相互に間隔を隔てて格子状に配置されている（図１では第２集水管１３を省略する）。これら複数の第２集水管１３は、透水層１１の内部において、相互にほぼ同一の深度であって、第１集水管１２より上方の深度において、略水平状に配置されており、相互に継手等の公知の構造を用いて連結されており、その端部においては揚水井戸１０に連結されている。なお、第２集水管１３は、具体的には、第１集水管１２と同様の構造又は材質にて構成することができる。
【００３５】
連結管１４は、第１集水管１２と第２集水管１３を相互に連結するものである。具体的には、連結管１４は、長尺の中空管路として形成されており、第１集水管１２と第２集水管１３とが平面的に直交する個所に鉛直方向に沿って配置され、第１集水管１２及び第２集水管１３に対して溶接や継手等により接続されている。なお、連結管１４は、具体的には、第１集水管１２と同様の構造又は材質にて構成することができる。
【００３６】
次に、透水層１１、第１集水管１２、及び第２集水管１３の深度や位置関係について説明する。図４（ｂ）に示すように、建屋領域１Ａの第１集水管１２は、当該第１集水管１２の中心高さが建屋領域水位Ｌ１Ａとなる深度で配置されており、建屋外領域１Ｂの第１集水管１２は、当該第１集水管１２の中心高さが建屋外領域水位Ｌ１Ｂとなる深度で配置されている。ここで、複数の第１集水管１２を間隔を隔てて配置した場合、各第１集水管１２に近い程、地下水が第１集水管１２に流入し易く、各第１集水管１２から離れる程、地下水が第１集水管１２に流入し難くなる。従って、各第１集水管１２から最も離れた位置（すなわち各第１集水管１２の相互の中間位置）で地下水位が最も高くなると考えられ、この中間位置における地下水位は、各第１集水管１２の相互間隔に応じて変化する(図４（ｂ）には、地下水面の変化曲線を２点鎖線で示す）。
【００３７】
そこで、本実施の形態では、この中間位置における地下水位が設計水位ＬＭＡＸ以下になるように、透水層１１及び第１集水管１２の深度と、第１集水管１２の設置間隔及び設置本数を決定している。すなわち、透水層１１の深度を設計水位ＬＭＡＸ以下とし、第１集水管１２の深度（第１集水管１２の中心高さ位置）が、その中間位置における地下水位以下となるように、第１集水管１２の深度及び配置間隔を決定している。例えば、第１集水管１２の管径を直径約２００ｍｍ、排水量を約０．２ｍ３／分とした場合、第１集水管１２の相互間隔を約５０〜１００ｍとする。
【００３８】
また、第１集水管１２により集水を行った場合であっても、第１集水管１２に流入しなかった地下水が、透水層１１を介した毛細管現象によって上昇する可能性がある。そこで、第２集水管１３の深度（第２集水管１３の中心高さ位置）を、第１集水管１２の深度より高くなるように決定し、第１集水管１２の深度より上方に上昇した地下水を第２集水管１３に流入させ、第２集水管１３より上昇することを防止している。
【００３９】
ここで、第２集水管１３を、第１集水管１２の鉛直上方の位置（平面的にみて第２集水管１３が第１集水管１２に重合する位置）に配置することも考えられるが、毛細管現象によって上昇する地下水は、複数の第１集水管１２の相互間を通って上昇する割合が高いと考えられるので、単に第２集水管１３を第１集水管１２の鉛直上方に配置したのでは、このような地下水を効率よく集水できない可能性がある。そこで、本実施の形態では、図４に示すように、第２集水管１３を、第１集水管１２の鉛直上方とは異なる位置（平面的にみて第２集水管１３が第１集水管１２に重合しない位置）に配置することで、複数の第１集水管１２の相互間を通って上昇した地下水が効率よく第２集水管１３にて集水されるようにしている。
【００４０】
次に、地下水管理システムの機械的及び電気的構成について説明する。図５は、本実施の形態に係る地下水管理システムのブロック図である。地下水管理システムは、電動バルブ２０、水圧計２１、揚水ポンプ２３、水処理装置２４、及び制御装置２５を備えて構成されている。
【００４１】
水圧計２１は、揚水井戸１０の内部における地下水位を計測するための水位計測手段である。すなわち、水圧計２１を揚水井戸１０の内部の地下水中に配置し、水圧計２１によって水圧を計測することで、地下水位を判定する。水圧計２１は、常時あるいは所定間隔で、計測結果を制御装置２５に有線又は無線によって出力する。
【００４２】
図５において、電動バルブ２０は、揚水ポンプ２３から水処理装置２４に至る管路２６の開閉を行う排水機構である。この電動バルブ２０は、制御装置２５からの制御によって開閉される。
【００４３】
揚水ポンプ２３は、揚水井戸１０から地下水を地表に汲み上げるための排水機構である。例えば、図２に示すように、揚水ポンプ２３は、揚水井戸１０の下方に設けられており、制御装置２５からの制御に基づいて地下水を汲み上げ、汲み上げた地下水を管路２６を介して水処理装置２４へ導出する。揚水ポンプ２３の具体的構成は任意である。また、例えば、地下水の汲み上げ量を段階的に切り替えられる揚水量可変型のポンプとして構成してもよい。
【００４４】
図５において、水処理装置２４は、揚水井戸１０の地下水に対して所定の処理を行う排水機構である。例えば、図２に示すように、水処理装置２４は、揚水井戸１０の地下水を管路２６を介して導入し、地下水に含まれる汚染物質を除去する浄化処理等を行い、処理後の地下水を管路２７を介して下水道または外部水域に放出する。水処理装置２４の種類は任意であるが、例えば、濾過装置、生物処理装置、加圧浮上装置等が該当する。
【００４５】
図５において、制御装置２５は、水圧計２１の計測結果に基づいて、揚水ポンプ２３及び水処理装置２４の運転を継続させた状態において電動バルブ２０の開度を調整したり、揚水ポンプ２３及び水処理装置２４の起動又は停止を制御する制御手段である。なお、当然のことながら、揚水ポンプ２３又は水処理装置２４のいずれか一方を起動又は停止させることで、いずれか他方を連動して起動又は停止させることができる場合には、制御装置２５は、当該いずれか一方のみを起動又は停止させる。この制御装置２５は、水圧計２１からの計測結果を有線又は無線で受信する。この制御装置２５は、制御部２５ａ及び記憶部２５ｂを備えて構成されている。
【００４６】
制御部２５ａは、制御装置２５の各部を制御する制御手段である。制御部２５ａの具体的な構成は任意であり、例えば、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの制御プログラム、各種の処理手順などを規定した組み込みプログラム、所要データを格納するための内部メモリ、及び、これらのプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を備えて構成される。
【００４７】
記憶部２５ｂは、制御部２５ａによって実行される各種処理に必要なデータを記録する記録手段である。この記憶部２５ｂの具体的な構成は任意であり、例えばＨＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ）の如き書き換え可能な記録手段を用いて構成することができる。
【００４８】
（処理）
次に、地下水管理システムの制御部２５ａが実行する処理について説明する。図６、７は地下水管理システムによる地下水管理処理のフローチャートであり、図６は揚水量が多い場合（例えば、揚水井戸１０内の水位の上昇周期が比較的短い場所に適用される場合）の処理、図７は揚水量が少ない場合（例えば、揚水井戸１０内の水位の上昇周期が比較的長い場所であり、数時間から数日に１度程度の揚水で足りる場所に適用される場合）の処理を示す。この地下水管理システムは、建屋外領域１Ｂと建屋領域１Ａで相互に同一の処理が独立して行われる。ここでは、建屋領域１Ａの処理についてのみ説明し、建屋外領域１Ｂの処理の説明を省略する。なお、特記しない制御に関しては、制御部２５ａが行うこととする。
【００４９】
まず、図６の揚水量が多い場合の処理について説明する。この処理は、使用者によって制御装置２５が起動されることで開始され、例えば２４時間連続運転が開始される。この制御装置２５の起動後、制御部２５ａは、水処理装置２４と揚水ポンプ２３を順に起動させ、以降は、これら水処理装置２４と揚水ポンプ２３の運転を継続させたまま、水圧計２１の計測結果に基づいて、電動バルブ２０の開度のみを調整する。
【００５０】
具体的には、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づいて揚水井戸１０の内部の水位を算定し、この水位が所定の上方水位を超えているか否かを判定する（ＳＡ１）。ここで、上方水位は、図３に示すように、最も下方に配置された集水管（ここでは第１集水管１２）の底面近傍位置に設定されている。なお、底面近傍位置とは、第１集水管１２の底面と同一位置の他、当該同一位置より上方位置であって当該第１集水管１２から揚水井戸１０への排水を妨げない位置（高さ方向の位置）や、当該同一位置より下方位置であって揚水ポンプ２３や水処理装置２４の処理負荷を過大に増大させることがない位置を含む。なお、第１集水管１２から揚水井戸１０への排水を妨げない位置（高さ方向の位置）とは、例えば、当該第１集水管１２内の水上にある水位高さ（これに対し、水下とは第１集水管１２の底面と同一位置を云う）に対して、常に揚水井戸１０側が水下となるような位置を云う。
【００５１】
水位が上方水位を超えている場合（ＳＡ１、Ｙｅｓ）、制御部２５ａは、電動バルブ２０の開度を増やし（ＳＡ２）、揚水ポンプ２３にて揚水井戸１０から汲み上げられて管路２６を介して水処理装置２４に導入される地下水の量を増加させる。この地下水は、水処理装置２４で所定の処理がなされた後に管路２７を介して下水道または外部領域に放出される。これにより、建屋領域１Ａの地下水位が毛管上昇抑止深度までに抑えられるので、透水層１１よりも上方の地盤が地下水に含まれる汚染物質により汚染されることを防止できる。
【００５２】
その後、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づく揚水井戸１０の内部の水位の算定を継続し、この水位が、所定の下方水位を下回る迄、電動バルブ２０の開度を増加させた状態に保持する。ここで、下方水位とは、図３に示すように、上方水位より下の位置であって、上方水位との間に所定の変動間隔を空けた位置に設定される。この変動間隔の具体的な数値は任意であるが、この変動間隔が大き過ぎる場合には（下方水位を下方に設定し過ぎた場合には）、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の処理負荷が増大し、一方、この変動間隔が小さ過ぎる場合には（下方水位を上方に設定し過ぎた場合には）、電動バルブ２０の開度の調整間隔が短くなり過ぎて好ましくないため、これらの弊害が生じないように例えば計算や実験等で求めた適切な間隔（例えば数１０ｃｍ程度）を設定する。
【００５３】
そして、揚水井戸１０の内部の水位が下方水位を下回った場合（ＳＡ３、Ｙｅｓ）、制御部２５ａは、電動バルブ２０の開度を減らし（ＳＡ４）、揚水ポンプ２３にて揚水井戸１０から汲み上げられて管路２６を介して水処理装置２４に導入される地下水の量を低下させる。以降、ＳＡ１からＳＡ４を同様に繰り返す。このような処理を行うことで、広域な範囲に渡る地下水位を高精度で制御することが可能であり、例えば、地下水位を上述した変動間隔の範囲で管理することが可能となる。
【００５４】
次に、図７の揚水量が多い場合の処理について説明する。ただし、特に説明なき処理は図６の処理と同様である。この処理は、使用者によって制御装置２５が起動されることで開始され、例えば２４時間連続運転が開始される。この制御装置２５の起動後、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づいて、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の起動と停止を制御する。なお、この処理では、電動バルブ２０の開度は所定の一定の開度に保持しておく。
【００５５】
具体的には、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づいて揚水井戸１０の内部の水位を算定し、この水位が所定の上方水位を超えているか否かを判定する（ＳＢ１）。ここで、上方水位は、図６の処理の場合と同様に設定できる。そして、水位が上方水位を超えている場合（ＳＢ１、Ｙｅｓ）、制御部２５ａは、水処理装置２４と、当該水圧計２１が設置されている揚水ポンプ２３を順に運転させる（ＳＢ２、ＳＢ３）。揚水ポンプ２３にて揚水井戸１０から汲み上げられた地下水は、管路２６を介して水処理装置２４に導入される。そして、導入された地下水は、所定の処理がなされた後に管路２７を介して下水道または外部領域に放出される。これにより、建屋領域１Ａの地下水位が毛管上昇抑止深度までに抑えられるので、透水層１１よりも上方の地盤が地下水に含まれる汚染物質により汚染されることを防止できる。
【００５６】
その後、制御部２５ａは、水圧計２１の計測結果に基づく揚水井戸１０の内部の水位の算定を継続し、この水位が、所定の下方水位を下回る迄、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の運転を継続する。ここで、下方水位は、基本的には図６の処理と同様であるが、この変動間隔が小さ過ぎる場合には、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の起動と停止の間隔が短くなり過ぎて好ましくないため、これらの弊害が生じないように例えば計算や実験等で求めた適切な間隔（例えば数１００ｃｍ程度）を設定する。
【００５７】
そして、揚水井戸１０の内部の水位が下方水位を下回った場合（ＳＢ４、Ｙｅｓ）、制御部２５ａは、揚水ポンプ２３及び水処理装置２４を順に停止させる（ＳＢ５、ＳＢ６）。以降、ＳＢ１からＳＢ６を同様に繰り返す。このような処理を行うことで、広域な範囲に渡る地下水位を高精度で制御することが可能であり、例えば、地下水位を上述した変動間隔の範囲で管理することが可能となる。
【００５８】
なお、上述した処理の他に、異常時（例えば揚水ポンプ２３の故障、電気ケーブルの断線、あるいは不測の大雨や台風時）の処理を付加してもよい。例えば、異常発生が公知の検知手段で検知された場合、制御部２５ａは、異常信号を有線又は無線にて図示しない遠隔の制御盤やコンピュータに出力することで、管理者に異常発生の事実及び内容を報知する。また、これら制御盤やコンピュータからの指示信号に基づいて、制御部２５ａは異常対応制御を行うことも可能である。さらに、異常が揚水ポンプ２３の故障である場合、制御部２５ａは、当該故障した揚水ポンプ２３以外の揚水ポンプ２３の揚水量を増加させることで、故障した揚水ポンプ２３を補完するようにしてもよい。
【００５９】
（地下水管理システムの施工方法）
次に、地下水管理システムの施工方法について図２を参照しつつ説明する。まず、管理領域１と緩衝領域２との相互間に第１遮水壁３を、そして建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂとの相互間に第２遮水壁４を、それぞれ打設する。これら第１遮水壁３及び第２遮水壁４の土留め効果を利用することで、その後の作業を安全に行うことが期待できる。次いで、建屋領域１Ａ及び建屋外領域１Ｂの地盤を透水層１１の設置深度まで掘削する。また、建屋外領域１Ｂにおいて揚水井戸１０を、そして建屋領域１Ａにおいて揚水井戸１０を各々所定の深度まで掘削する。
【００６０】
次に、建屋外領域１Ｂにおいて透水層１１を設層し、建屋領域１Ａにおいて透水層１１を設層する。すなわち、砕石等から形成される透水層１１を第１集水管１２の設置深度まで設け、第１集水管１２及び連結管１４を所定の位置に配設する。このとき、第１集水管１２と揚水井戸１０を接続させる。次に、透水層１１をその上から第２集水管１３の設置深度まで設け、第２集水管１３を所定の位置に配設する。このとき、第２集水管１３と揚水井戸１０とを、また第２集水管１３と連結管１４とを接続させる。最後に、透水層１１をその上から所定の深度まで設ける。なお、透水層１１を設ける際には、揚水井戸１０を掘削した領域を確保することに留意する。続いて、設層した透水層１１から地表面まで盛土を行う。盛土の種類は任意であるが、例えば、掘削後の土を還元加熱分解脱塩素化処理したものを用いてもよい。これにて施工を終了する。
【００６１】
（効果）
これまで説明したように本実施の形態に係る地下水管理システムによれば、地下水を透水層１１を介してスムーズに第１集水管１２及び第２集水管１３にて集水し、この集水した地下水を揚水井戸１０を介して排出できるので、地下水位が透水層１１の深度以上に上昇することを防止でき、精度の高い水位制御を行うことができる。特に、透水性が低い地盤のように、揚水井戸１０の相互間の地下水位と揚水井戸１０の内部の地下水位に差が生じやすい場合には、少ない揚水井戸１０で水位制御を行うことができると共に、井戸内水位の過剰低下も防止することができる。
【００６２】
また、複数の第１集水管１２及び第２集水管１３を、透水層１１中において異なる深度に配設することで、下部の第１集水管１２によって地下水を集水し、透水層１１を介した毛細管現象によって下部の第１集水管１２よりも上方に上昇した地下水を上部の第２集水管１３によって集水できるので、透水層１１の内部で発生する毛細管現象による地下水位の上昇についても効果的に抑制でき、一層精度の高い水位制御を行うことができる。
【００６３】
また、複数の第１集水管１２及び第２集水管１３を相互に連結する連結管１４を設けたことで、上部の第２集水管１３の集水量が過剰になった場合でも、上部の第２集水管１３から連結管１４を介して下部の第１集水管１２に地下水を迂回させることができ、システム全体の排水性を向上することができると共に、透水層内において地下水位の一様化を一層促進することができる。あるいは、第１集水管１２や第２集水管１３に長期使用によって生じた目詰まりを除去するために加圧水や洗浄機を導入する場合には、連結管１４を介して第１集水管１２と第２集水管１３の相互間で加圧水や洗浄機が通過可能となり、除去作業の効率化を図ることもできる。
【００６４】
また、第１集水管１２と第２集水管１３の少なくとも一部を、鉛直方向における異なる位置に配置したことで、下部の第１集水管１２の相互間で発生した毛細管現象によって地下水が上昇した場合であっても、この地下水を、その鉛直上方に配置された上部の第２集水管１３でスムーズに集水することができ、一層精度の高い水位制御を行うことができる。
【００６５】
また、揚水井戸１０内の水位が最下方に配置された第１集水管１２の底面近傍位置になるように、電動バルブ２０の開度を調整したり、水処理装置２４と揚水ポンプ２３の起動や停止を制御することにより、揚水井戸１０内の水位を下げ過ぎることで水処理装置２４と揚水ポンプ２３への負担を増大させる事態や、揚水井戸１０内の水位を上げ過ぎることで第１集水管１２による集水を阻害する事態を防止できる。
【００６６】
また、管理領域１と緩衝領域２との相互間に第１遮水壁３を設け、建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの相互間に第２遮水壁４を設けたことで、管理領域１と緩衝領域２との相互間や建屋領域１Ａと建屋外領域１Ｂの相互間における地下水の移動を防止できる。また、建屋領域１Ａの透水層１１を外部水域の水位よりも深い深度とし、建屋外領域１Ｂの透水層１１を建屋領域１Ａの透水層１１より深い深度とすることで、外部水域の水位、建屋領域１Ａの透水層１１、建屋外領域１Ｂの透水層１１の順に深度が深くなるようにし、汚染物質が地下水と共に外部水域や建屋領域１Ａへ流出することを一層確実に防止できる。
【００６７】
〔III〕本実施の形態に対する変形例
以上、本発明に係る一実施の形態について説明したが、本発明の具体的な構成及び手段は、特許請求の範囲に記載した各発明の技術的思想の範囲内において、任意に改変及び改良することができる。以下、このような変形例について説明する。
【００６８】
（解決しようとする課題や発明の効果について）
まず、発明が解決しようとする課題や発明の効果は、前記した内容に限定されるものではなく、本発明によって、前記に記載されていない課題を解決したり、前記に記載されていない効果を奏することもでき、また、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。
【００６９】
（領域の区画について）
例えば、緩衝領域を省略したり、管理領域をさらに区画することなくその全域に同一の構成を採用してもよい。あるいは、管理領域や緩衝領域をさらに細分化し、各領域に同一又は異なる目標水位を設定してもよい。
【００７０】
（排水管について）
第１集水管１２や第２集水管１３にて集水された地下水の排水経路は、揚水井戸１０に限定されない。例えば、地下水が清浄水である場合には、集水された地下水を排水管を介して河川や海に排水してもよく、この場合には揚水機能は不要である。
【００７１】
（集水管について）
集水管の設置深度は、２段階以上としてもよく、例えば、第１集水管１２より下方にさらに集水管を設けることで集水性能を向上させたり、第２集水管１３より上方にさらに集水管を設けることで管理領域１に流入した雨水を集水してもよい。
【００７２】
また、集水管は、必ずしも複数の深度に設置する必要はなく、特定の一つの深度のみに集水管した構造であっても目標とする水位管理を行うことが可能である。例えば、透水層１１を毛細管現象が生じる限界値（限界毛管水頭）以上に厚くすることで、毛細管現象を防止できる場合には、第２集水管１３を省略してもよい。透水層１１の限界毛管水頭は、透水層１１の組成によって異なるが、例えば、砂岩の場合で６０から７０ｃｍ、まさ土の場合で８０から１００ｃｍであることから、透水層１１を１００ｃｍ以上とすることで、第２集水管１３を省略することができる。すなわち、この場合には、透水層１１が毛細管水位上昇防止手段として機能する。
【００７３】
（水位計測手段について）
水位計測手段としては、水圧計２１以外の手段を用いてもよく、例えばフロートスイッチを用いてもよい。具体的には、上下一対のフロートスイッチを揚水井戸１０の内部に設置し、上方のフロートスイッチは、揚水井戸１０の内部の水位が上述した上方水位を超えた場合にオンし、下方のフロートスイッチは、揚水井戸１０の内部の水位が上述した下方水位を超えた場合にオンするように設定する。そして、制御部２５ａは、上方のフロートスイッチがオンした場合には水処理装置２４と揚水ポンプ２３を順次起動し、下方のフロートスイッチがオフになった場合に水処理装置２４と揚水ポンプ２３を順次停止させる。このような構成によっても、上記実施形態と同様の排水制御が可能である。ただし、フロートスイッチを用いる場合にはある程度の動作領域を確保する必要があったり、応答速度が遅い等の可能性があり、上述した変動間隔を、水圧計２１を用いた場合の変動間隔よりも広げておく必要があるため、高精度な制御を行うためには、水圧計２１を用いる方がより好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の本実施の形態に係る地下水管理システムの概要を示す平面図である。
【図２】図１の要部断面図である。
【図３】図２の透水層周辺の拡大断面図である。
【図４】第１集水管、第２集水管、及び連結管の位置関係を説明するための説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図５】地下水管理システムのブロック図である。
【図６】地下水管理システムによる地下水管理処理であって、揚水量が多い場合の処理のフローチャートである。
【図７】地下水管理システムによる地下水管理処理であって、揚水量が少ない場合の処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７５】
１ 管理領域
１Ａ 建屋領域
１Ｂ 建屋外領域
２ 緩衝領域
３ 第１遮水壁
４ 第２遮水壁
１０ 揚水井戸
１１ 透水層
１２ 第１集水管
１３ 第２集水管
１４ 連結管
２０ 電動バルブ
２１ 水圧計
２３ 揚水ポンプ
２４ 水処理装置
２５ 制御装置
２５ａ 制御部
２５ｂ 記憶部
２６、２７ 管路
Ｌ１Ａ 建屋領域水位
Ｌ１Ｂ 建屋外領域水位
Ｌ２ 緩衝領域水位
ＬＭＡＸ 設計水位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管理領域の地下水位を所定水位以下に管理する地下水管理システムであって、
前記所定水位より深い深度に設けられた透水層と、
前記透水層中に略水平に配設され、当該透水層の地下水を管壁を介して集水可能な集水管と、
前記集水管に接続された排水管と、
を備えることを特徴とする地下水管理システム。
【請求項２】
複数の前記集水管を、前記透水層中における異なる深度に配設したこと、
を特徴とする請求項１に記載の地下水管理システム。
【請求項３】
前記複数の集水管を相互に連結する連結管を設けたこと、
を特徴とする請求項２に記載の地下水管理システム。
【請求項４】
前記複数の集水管の少なくとも一部を、鉛直方向における異なる位置に配置したこと、
を特徴とする請求項２又３に記載の地下水管理システム。
【請求項５】
前記排水管内の水位を計測する水位計測手段と、
前記排水管から排水を行う排水機構と、
前記排水管内の水位が、前記複数の集水管の中で最下方に配置された前記集水管の底面近傍位置以下であって当該位置を基準とする所定範囲内となるように、前記水位計測手段の計測結果に基づいて前記排水機構を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の地下水管理システム。
【請求項６】
前記管理領域は、外部水域に対して緩衝領域を隔てた領域であり、
前記管理領域と前記緩衝領域との相互間には、これら相互間における地下水の移動を防止する第１遮水壁を設け、
前記管理領域において前記第１遮水壁を介して前記緩衝領域に隣接する外部区画と、前記管理領域において前記外部区画に外囲される内部区画との相互間には、これら相互間における地下水の移動を防止する第２遮水壁を設け、
前記外部区画及び前記内部区画の各々に、前記透水層、前記集水管、及び前記排水管を設け、
前記内部区画の前記透水層を、前記外部水域の水位より深い深度に設層し、
前記外部区画の前記透水層を、前記内部区画の前記透水層より深い深度に設層したこと、
を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の地下水管理システム。
【請求項１】
管理領域の地下水位を所定水位以下に管理する地下水管理システムであって、
前記所定水位より深い深度に設けられた透水層と、
前記透水層中に略水平に配設され、当該透水層の地下水を管壁を介して集水可能な集水管と、
前記集水管に接続された排水管と、
を備えることを特徴とする地下水管理システム。
【請求項２】
複数の前記集水管を、前記透水層中における異なる深度に配設したこと、
を特徴とする請求項１に記載の地下水管理システム。
【請求項３】
前記複数の集水管を相互に連結する連結管を設けたこと、
を特徴とする請求項２に記載の地下水管理システム。
【請求項４】
前記複数の集水管の少なくとも一部を、鉛直方向における異なる位置に配置したこと、
を特徴とする請求項２又３に記載の地下水管理システム。
【請求項５】
前記排水管内の水位を計測する水位計測手段と、
前記排水管から排水を行う排水機構と、
前記排水管内の水位が、前記複数の集水管の中で最下方に配置された前記集水管の底面近傍位置以下であって当該位置を基準とする所定範囲内となるように、前記水位計測手段の計測結果に基づいて前記排水機構を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の地下水管理システム。
【請求項６】
前記管理領域は、外部水域に対して緩衝領域を隔てた領域であり、
前記管理領域と前記緩衝領域との相互間には、これら相互間における地下水の移動を防止する第１遮水壁を設け、
前記管理領域において前記第１遮水壁を介して前記緩衝領域に隣接する外部区画と、前記管理領域において前記外部区画に外囲される内部区画との相互間には、これら相互間における地下水の移動を防止する第２遮水壁を設け、
前記外部区画及び前記内部区画の各々に、前記透水層、前記集水管、及び前記排水管を設け、
前記内部区画の前記透水層を、前記外部水域の水位より深い深度に設層し、
前記外部区画の前記透水層を、前記内部区画の前記透水層より深い深度に設層したこと、
を特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の地下水管理システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１１６６８８（Ｐ２０１０−１１６６８８Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８９１９５（Ｐ２００８−２８９１９５）
【出願日】平成２０年１１月１１日（２００８．１１．１１）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【出願人】（０００１５０１１０）株式会社竹中土木 (101)
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１１日（２００８．１１．１１）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【出願人】（０００１５０１１０）株式会社竹中土木 (101)
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