揚水試験での揚水量や揚水時間の考え方

最近、いろいろな現場で揚水試験をする機会が多くなっています。

一般に揚水試験といっても、現場透水試験より少し精度よくするために、揚水量を測定する簡易揚水試験から、予備揚水試験、段階揚水試験、連続揚水試験と順序だって時間をかけてする揚水試験まであります。
(1)予備揚水試験
孔内洗浄である程度きれいな水が出てきたら予備揚水試験の準備にかかります。
予備揚水といっても、やっぱり段階での揚水は行います。
段階揚水試験の目安としての揚水量の把握が主な目的ですが、その他にも目的はあります。
①洗浄効果の確認
②水位変化状況のチェック
③各測定器機の設置状況と作動状況のチェック
④排水設備のチェック
⑤概略の限界揚水量の把握
⑥水理定数の概算
このように、段階揚水試験の前にもいろいろな準備が必要になります。
(2)段階揚水試験
段階揚水試験は、井戸能力の把握を主な目的にしています。
つまり、水位低下量は時間に依存するため、揚水量を各段階ごとに変化させて、水位が一定になるまで測定し、その揚水量における水位低下量を測定します。
ここで限界揚水量を推定することになります。
限界揚水量は、段階揚水試験時の揚水量と水位変化をグラフにプロットした際の屈曲点(急変点)における揚水量のことです。
したがって限界揚水量を上回るとわずかな揚水量変化で水位変化が大きくなります。
一般的な井戸公式に従えば、透水係数が小さくなることを意味しますが、実際には井戸周辺の流速が大きくなり非ダルシー流れ(層流から乱流へ)になり抵抗が大きくなるという解釈や、流速の増大にともなって帯水層を構成する粒子移動が大きくなり目詰まりが生じ始めているという解釈が一般的です。
段階揚水試験が何段階必要かということについては、詳しく書いてある文献では、『予備揚水試験の結果において、概略の限界揚水量を推定できた場合は、それ以下の揚水量で4~6段階、それ以上の揚水量で2段階程度を設定します』と書いています。
私も、概ねそのような基準でやっていますが、揚水量が大量にある場合とかは、水中ポンプの能力もあり、限界揚水量を把握できないこともあります。
この際、水中ポンプの能力をアップして限界揚水量を求めたらいいと思う人もいるかも知れませんが、例えば計算上では1200ℓ/minが限界揚水量だとして、使用量がせいぜい80ℓ/minだとしたら、揚水試験での最大揚水量は150ℓ/min程度で十分だと私は思います。
大量に汲み上げて、せっかくいい状態の井戸の”みずみち”をわざわざ壊す必要がないからです。
あと、段階の揚水時間ですが、1~2時間程度とするのが一般的とは文献に書いていますが、1~2分で、すぐに水位が一定になるような揚水量の段階試験では、私は20~30分程度で次の段階へ進んでも良いと思っています。
また、ものすごく揚水量の少ない井戸での段階揚水試験はもっと困難です。
特に、深井戸の場合、水中ポンプを設置する必要があり、バルブを絞っての試験だと一定の揚水量を汲み上げられない場合があります。
私の経験では、15ℓ/min以下での段階揚水試験は特に困難でした。
(3)連続揚水試験
連続揚水試験は、段階揚水試験で求められた限界揚水量の通常70~80%程度を適正揚水量として試験を行っています。
これは、帯水層を破壊せず、泥だまりへの土砂の流入を極力おさえながら、なるべく多量の揚水量を得ようとする経験的な方策といえます。
でも、先に述べた例のように、限界揚水量が1200ℓ/minで、使用量が80ℓ/minの場合などはどうしたらいいのでしょうか。
1200ℓ/minの70%としても840ℓ/minあります。
私の経験では、使用量より少し多めの100ℓ/min程度で試験を行いました。
これは、
①使用量を考えると840ℓ/minでの連続揚水試験を行う必要がない。
②周辺の井戸への影響がある。
③この井戸自体の影響(砂が大量に上がるとか目詰まりを起こすとか)が懸念される。
④揚水量が多量なので、地盤沈下も想定される。
上記のような理由です。
次に、連続試験の揚水時間ですが、『24時間は測定する必要がある』と書いている文献もありますが、私はこれも井戸しだいだと思っています。
関東地質調査業協会発行の「現場技術者のための地質調査技術マニュアル」によると、水位安定を見極めるのは困難な場合が多いため、以下のパターンになったかどうかで、試験終了の目安としています。
①被圧帯水層で上下に信頼できる難透水層がある場合は、試験中に非平衡解析を行い、時間―水頭低下曲線が理論曲線に一致していると判断できたとき。
②漏水性帯水層では、長時間経過すると理論上水位が一定になる。したがって、この場合も試験途中で漏水解析を行い、理論曲線と一致していると判断できたとき。
③不圧帯水層では、遅れ重力排水の影響で、ある時間経過すると見かけ上水位がほぼ一定となり、その後、再び水位が低下し始める。その水位低下曲線はタイスの標準曲線に従って変化することから、この曲線に一致していると判断できるとき。

なんとも判断基準が複雑ですが、最近では24時間汲むと周辺の井戸に影響を受けたり、夜間での発電機の騒音を嫌ったりするので、そのあたりも加味して『水位が一定になった』ところで終了することが多いようです。
私は、この判断として『1時間程度水位が一定』を目安としているのですが、目安値として『1mmも違わない』ではなく、mm単位の変動は、例えば大規模河川の近くだと当然河川水位の影響をうけているだろうし、海のそばだと潮位の影響を受けています。
したがって、最初測った自然水位にピタッと合わなくても、また、1mm、2mm水位が上下しているとしても、それは平衡水位と考えないといけないと私は思います。
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