JP6901769B2 - 地下水採取装置及び地下水採取方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下水採取装置及び地下水採取方法に関する。

地下水採取装置として、特許文献１は地下水連続採水器を開示し、特許文献２はパッカ式地下水採取装置を開示している。
特許文献１の地下水連続採水器は、第１管が真空試料採水瓶コンテナとしての役目をし、第２管に内入されて固定されている。第２管は２個のシリンダと連結されており、第２シリンダの前進と後退によって第１管を囲んで垂直方向に上昇及び下降し、さらに第１シリンダの前進と後退によって第１シリンダピストンの端部に装着された注射器針を第１管の最下端部の真空試料採水瓶のゴム栓を貫通させたり、分離させる役目をする。第２シリンダと第１シリンダが連続して前進すると、真空試料採水瓶に地下水試料が注入され、第１シリンダと第２シリンダが連続して後退すると、注入が完了した真空試料採水瓶が重力によって第１管から下方向に離脱する。

特許文献２のパッカ式地下水採取装置は、ボーリング孔内に挿入されるパイプ内を昇降機により駆動されて昇降する下端開放の管内に保持され、下端側が弾性部材で密封されて真空状態に維持された採水容器と、一端が採水容器の弾性部材に対向し、前記下端開放の管内を摺動可能な保持部材で保持された両端注射針と、前記ボーリング孔内に挿入されるパイプの先端部にストレーナを介して所定間隔で上下に対向して取り付けられ、不活性圧力ガスを圧送することにより膨張してボーリング孔内に密閉空間を形成して採水区間を区切る２個のパッカと、両パッカにより形成された密閉空間内に配置され、前記両端針の他端に対向した上端が弾性部材により密封され、ストレーナに対向したフィルタを介して導入された地下水を密封保持する地下水保持部材と、を備える。そして、昇降機により下端開放の管を下降させることにより両端注射針によって採水容器および地下水保持部材の弾性部材を挿通し、地下水保持部材内の地下水を採水容器内へ採取する。

特開２０１１−１１１８９０号公報 実公平６−１７９１１号公報

しかし、特許文献１に記載の地下水連続採水器は、２つのシリンダを用いるために装置構成が複雑なものとなり、特許文献２に記載のパッカ式地下水採取装置は地上に配置された昇降機で下端開放の管を昇降させており装置の小型化が難しくなる。

本発明は、簡易な構成で、地下水の採取が可能な地下水採取装置及び地下水採取方法を提供することを目的とする。

（１） 本発明に係る地下水採取装置は、１つの開口端を有し、該開口端が栓で塞がれ、内部が大気圧よりも低い圧力とされた採水管と、
前記採水管の前記開口端を除く少なくとも一部を保持する採水管保持部と、
前記採水管保持部を上下方向に駆動する駆動手段と、
注射針、及び該注射針と接続される集水体を有する集水部と、
前記採水管を保持した前記採水管保持部、前記駆動手段、及び前記集水体を除く前記集水部を内部に収容する筐体と、
を備え、
前記駆動手段で前記採水管を保持した前記採水管保持部を下降させることで前記注射針を前記栓に貫通させ、前記集水体から流入する地下水を前記採水管内に採水する、地下水採取装置である。

（２） 上記（１）の地下水採取装置において、前記採水管保持部は一端が開口された円筒状をなし、前記採水管は円筒状の前記採水管保持部の内部に嵌めこまれて保持されるようにしてもよい。

（３） 上記（１）又は（２）の地下水採取装置において、前記駆動手段はシリンダであり、前記シリンダのピストンロッドが前記採水管保持部の上部に接合されているようにしてもよい。

（４） 上記（１）から（３）のいずれかの地下水採取装置において、前記採水管保持部の側面には対向する発光素子と受光素子が配置され、前記採水管保持部の内部に前記採水管が挿入されたときに、前記受光素子が前記採水管からの透過光を検出することで前記採水管内の地下水の採水を検出するようにしてもよい。

（５） 上記（１）から（３）のいずれかの地下水採取装置において、前記採水管保持部の上面には隣接する発光素子と受光素子が配置され、前記採水管保持部の内部に前記採水管が挿入されたときに、前記受光素子が前記採水管内の地下水の上面からの反射光を検出することで前記採水管内の地下水の採水を検出するようにしてもよい。

（６） 本発明に係る地下水採取方法は、１つの開口端を有し、該開口端が栓で塞がれ、内部が大気圧よりも低い圧力とされた採水管と、前記採水管の前記開口端を除く少なくとも一部を保持する採水管保持部と、前記採水管保持部を上下方向に駆動する駆動手段と、注射針と該注射針と接続される集水体とを有する集水部と、前記採水管を保持した前記採水管保持部、前記駆動手段、及び前記集水体を除く前記集水部を内部に収容する筐体と、を備えた地下水採取装置を地下水の採取位置に配置し、
地上から前記駆動手段から制御して、前記駆動手段で前記採水管を保持した前記採水管保持部を下降させることで前記注射針を前記栓に貫通させ、前記集水体から流入する地下水を前記採水管内に採水する、地下水採取方法である。

本発明によれば、簡易な構成で、地下水の採取が可能な地下水採取装置及び地下水採取方法を得ることができる。

本発明の第１の実施形態の地下水採取装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態の地下水採取装置のエアシリンダのピストンロッドが下方向に延びた状態を示す断面図である。 本実施形態の地下水採取装置の地下水を採水していない状態の発光素子と受光素子との動作を示す一部拡大図である。 本実施形態の地下水採取装置の地下水を採水した状態の発光素子と受光素子との動作を示す一部拡大図である。 本実施形態の変形例の地下水採取装置の地下水を採水していない状態の発光素子と受光素子との動作を示す一部拡大図である。 本実施形態の変形例の地下水採取装置の地下水を採水した状態の発光素子と受光素子との動作を示す一部拡大図である。 地下水採取システムの構成を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態の地下水採取装置の構成を示す断面図である。図２は本発明の第１の実施形態の地下水採取装置のエアシリンダのピストンロッドが下方向に延びた状態を示す断面図である。
本実施形態の地下水採取装置１０は、駆動手段となるエアシリンダ１１、エアシリンダ１１により上昇及び下降する採水管保持部１４、採水管保持部１４によって保持され、採水管保持部１４とともに上昇及び下降する採水管１５、及び注射針１８を固定する注射針固定部１７を備えている。

注射針１８は導通管を介して棒状の集水体１９と接続されており、注射針固定部１７、注射針１８、導通管、及び集水体１９は集水部を構成する。集水体１９は注射針固定部１７の外に配置される。採水管１５の下端部は開口されて開口端となっており、開口端をゴム栓１６で塞ぐことが可能となっている。ゴム栓１６で塞がれた採水管１５内は大気圧よりも低い圧力（減圧又は真空状態）とされている。注射針固定部１７はゴム栓１６を含む採水管１５の下端を内部に挿入可能となっている。採水管１５は採水管保持部１４に対して着脱可能となっている。

採水管保持部１４は採水管１５の開口端を除く少なくとも一部を保持する。採水管保持部１４は、例えば一端が開口された円筒状をなし、採水管１５の一部が、円筒状の採水管保持部１４の内部に嵌めこまれて保持される。採水管保持部１４の材料が金属の場合には、採水管保持部１４の内周壁にゴムシート等を貼り付けて採水管１５を挿入して採水管１５を保持することができる。採水管の外周をテープで巻いて、採水管保持部１４内に採水管１５を挿入して採水管１５を保持するようにしてもよい。採水管保持部１４がプラスチックの場合は、採水管１５をそのまま挿入して採水管１５を保持するようにしてもよい。

集水体１９は、砂等が混入せず、地下水が流入可能なものであれば特に限定されず、多孔質体、複数の開口部を有する筒状体等を用いることができる。

また、地下水採取装置１０は、エアシリンダ１１を固定する第１筐体部２０−１、採水管１５を保持した採水管保持部１４と注射針固定部１７とが挿入可能な第２筐体部２０−２、第１筐体部２０−１の上開口端を塞ぐ蓋部２１−１、及び第２筐体部２０−２の下開口端を塞ぐ蓋部２１−２を備えている。蓋部２１−２の内側には、注射針固定部１７が固定される。蓋部２１−１には、配管２２の接続部が固定される。配管２２はエア配管１３−１及び１３−２が通る配管である。
第１筐体部２０−１、第２筐体部２０−２、蓋部２１−１及び蓋部２１−２は筐体を構成する。筐体内には地下水が浸入しないような構成が望ましい。

第１筐体部２０−１の端部の内側の接続部には雌ねじが切られ、第２筐体部２０−２の外側の接続部には雄ねじが切られており、第１筐体部２０−１と第２筐体部２０−２とは接続可能となっている。第１筐体部２０−１のエアシリンダ固定部２０−１ａにはエアシリンダ１１が固定される。エアシリンダ１１は、エアアダプタ１２−１を介してエア配管１３−１と接続され、エアアダプタ１２−２を介してエア配管１３−２と接続される。エアシリンダ固定部２０−１ａのエアシリンダ１１の固定面とは反対側の面から、エアシリンダ１１のピストンロッドが上昇及び下降可能（上下方向に駆動可能）となっている。採水管保持部１４の上部はピストンロッドと接合され、採水管保持部１４はピストンロッドの上昇及び下降とともに上昇及び下降する。ここでは、採水管保持部１４は円筒が上部の円盤状のピストンロッド接合部と接続される構成となっているが、採水管保持部１４は一対化され、一端が閉じられた円筒状体としてもよい。

次に地下水採取装置１０で観測井戸内の地下水を採取する動作について説明する。
地上で、第１筐体部２０−１と第２筐体部２０−２とを分離した状態で、採水管保持部１４内に、開口端がゴム栓１６で塞がれた採水管１５を、ゴム栓１６が下方を向くように挿入する。ゴム栓１６で塞がれた採水管１５内は減圧又は真空状態とされている。その後、第１筐体部２０−１と第２筐体部２０−２とを結合すると、図１に示すような地下水採取装置１０の状態となる。採水管１５のゴム栓１６は注射針１８に対して一定距離離れた位置で固定される。

次に、地下水採取装置１０を観測井戸の採水位置まで下降させ、採水位置で止める。
地上から、エア配管１３−１を介して高圧エアを送り、エア配管１３−２を介して空気を排出する。すると、図２に示すように、エアシリンダ１１のピストンロッドが下方向に延びて、開口端がゴム栓１６で塞がれた採水管１５が下降して、注射針１８がゴム栓１６を貫通する。
採水管１５は減圧又は真空状態にあるため、地下水が集水体１９、導通管、注射針１８を介して採水管１５内に採水される。

一定時間が経過して、地下水が採水管１５内に十分に採水された後、地上から、エア配管１３−２を介して高圧エアを送り、エア配管１３−１を介して空気を排出する。すると、エアシリンダ１１のピストンロッドが上昇して元の位置に戻り、開口端がゴム栓１６で塞がれた採水管１５が上昇して、ゴム栓１６から注射針１８が抜かれる。
地下水採取装置１０を地上まで上昇させ、地上で、第１筐体部２０−１と第２筐体部２０−２とを分離し、採水管保持部１４から地下水が採水された採水管１５を取り出す。こうして、採水が行われる。このように、本実施形態では採水管１５のゴム栓１６から注射針１８が抜かれたあとは、採水管１５内部の地下水は空気に触れずに地上に取り出すことができる。そして、取り出された採水管１５から地下水を取り出すことなく公定分析を行うことができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、ゴム栓１６を注射針１８が貫通してから一定時間を経過したときに、採水管１５内に十分に地下水が採水されたと判断していた。
採水管１５内に地下水を十分に採水する時間には、バラツキがあるため、採水管１５内に地下水を十分に採水できたかどうかを判断できる手段があることが望ましい。
図３は本実施形態の地下水採取装置の地下水を採水していない状態の発光素子と受光素子との動作を示す一部拡大図である。図４は本実施形態の地下水採取装置の地下水を採水した状態の発光素子と受光素子との動作を示す一部拡大図である。本実施形態の構成は、採水管保持部の構成を除いて図１及び図２に示した地下水採取装置１０の構成と同じである。

図３及び図４に示すように、本実施形態の地下水採取装置の採水管保持部１４Ａは、採水管保持部１４Ａに採水管１５を挿入したときに、採水量の下限の位置で発光素子２３と受光素子２４とが対向するように、採水管保持部１４Ａの側面に発光素子２３と受光素子２４とが配置される。

図３に示すように、地下水を採水していない状態では、発光素子２３からの光が採水管１５を通して、透過光として受光素子２４に入射する。一方、図４に示すように、地下水を採水され、地下水が採水量の下限の位置を超えた状態では、発光素子２３からの光は採水管１５内で光量が減衰して受光素子２４に入射する。よって、受光素子２４の出力値（透過光）の変化を検出することで、採水量が下限値を超えたかどうかを検知することができる。発光素子２３及び受光素子２４に供給する電流の電流源及び受光素子２４からの出力値の変化を検出する検出器は、第１筐体部２０−１内に配置することができ、電流源及び検出器と、発光素子２３及び受光素子２４とを接続する配線はエアシリンダ固定部２０−１ａを開口することで行うことができる。検出器からの信号は配線を配管２２内に通すことで、地上で検出することができる。

地上で採水管１５に地下水が十分採水できたことが確認できたら、エア配管１３−２を介して高圧エアを送り、エア配管１３−１を介して空気を排出する。すると、エアシリンダ１１のピストンロッドが上昇して元の位置に戻り、開口端がゴム栓１６で塞がれた採水管１５が上昇して、ゴム栓１６から注射針１８が抜かれる。
地下水採取装置１０を地上まで上昇させ、地上で、第１筐体部２０−１と第２筐体部２０−２とを分離し、採水管保持部１４から地下水が採水された採水管１５を取り出す。こうして、採水が行われる。このように、本実施形態では採水管１５のゴム栓１６から注射針１８が抜かれたあとは、採水管１５内部の地下水は空気に触れずに地上に取り出すことができる。そして、取り出された採水管１５から地下水を取り出すことなく公定分析を行うことができる。

＜変形例＞
図３及び図４を用いて説明した地下水採取装置では、採水管１５内での透過量を検出していたが、反射量を検出してもよい。

図５は本実施形態の変形例の地下水採取装置の地下水を採水していない状態の発光素子と受光素子との動作を示す一部拡大図である。図６は本実施形態の変形例の地下水採取装置の地下水を採水した状態の発光素子と受光素子との動作を示す一部拡大図である。本実施形態の構成は、採水管保持部の構成を除いて図１及び図２に示した地下水採取装置１０の構成と同じである。
図５及び図６に示すように、本変形例の地下水採取装置の採水管保持部１４Ｂは、採水管保持部１４Ｂに採水管１５を挿入したときに、採水量の下限を超えたときに、発光素子２３からの光が採水した地下水の表面で反射して受光素子２４に入射するように、採水管保持部１４Ｂ内の上面に発光素子２３と受光素子２４とが配置される。

図５に示すように、地下水を採水していない状態では、発光素子２３からの光が採水管１５内を下方に進む。一方、図６に示すように、地下水が採水され、地下水が採水量の下限の位置を超えた状態では、発光素子２３からの光は採水管１５内の地下水の表面で反射して受光素子２４に入射する。よって、受光素子２４の出力値（反射光）の変化を検出することで、採水量が下限値を超えたかどうかを検知することができる。

以上、第１及び第２の実施形態の地下水採取装置について説明したが、次に、第１又は第２の実施形態の地下水採取装置を用いた地下水採取システムについて説明する。以下の説明では第１の実施形態の地下水採取装置１０を用いて場合について説明するが、第２の実施形態の地下水採取装置を用いてもよいことは無論である。
図７は地下水採取システムの構成を示す説明図である。地下水採取システムは、第１の実施形態の地下水採取装置１０と、切り換えバルブ３０と、エアコンプレッサ４０とを備えている。地下水採取装置１０と切り換えバルブ３０とは配管２２で接続されている。エアコンプレッサ４０から高圧エアが切り換えバルブ３０に送られる。

採水管１５に採水を行うときは、切り換えバルブ３０により、エア配管１３−１を介して高圧エアを送り、エア配管１３−１を介して空気を排出する。すると、エアシリンダ１１のピストンロッドが下方向に延びて、開口端がゴム栓１６で塞がれた採水管１５が下降して、注射針１８がゴム栓１６を貫通して、採水が行われる。一方、採水管１５への採水が終了したときは、切り換えバルブ３０を切り替えて、エア配管１３−２を介して高圧エアを送り、エア配管１３−３を介して空気を排出する。すると、エアシリンダ１１のピストンロッドが上昇して元の位置に戻り、開口端がゴム栓１６で塞がれた採水管１５が上昇して、ゴム栓１６から注射針１８が抜かれる。

第１又は第２の実施形態の地下水採取装置と、地下水採取システムとは、特に用途は限定されないが、汚染地下水採取に好適に用いることができる。なお、土壌汚染対策法に基づく調査及び措置に関するガイドライン（改訂第２版）が環境省、水・大気環境局、土壌環境課により平成２４年８月に発表されており、そのガイドラインのAppendix7_4には、採水方法として、採水器による方法が挙げられている。この採水器による方法において、本実施形態の地下水採取装置と地下水採取システムとを好適に用いることができる。

１０ 地下水採取装置
１１ エアシリンダ
１２−１、１２−２ エアアダプタ
１３−１、１３−２ エア配管
１４、１４Ａ、１４Ｂ 採水管保持部
１５ 採水管
１６ ゴム栓
１７ 注射針固定部
１８ 注射針
１９ 集水体
２０−１ 第１筐体部
２０−２ 第２筐体部
２１−１、２１−２ 蓋部
２２ 配管

Claims (6)

1. １つの開口端を有し、該開口端が栓で塞がれ、内部が大気圧よりも低い圧力とされた採水管と、
   前記採水管の前記開口端を除く少なくとも一部を保持する採水管保持部と、
   前記採水管保持部を上下方向に駆動する駆動手段と、
   注射針、及び該注射針と接続される集水体を有する集水部と、
   前記採水管を保持した前記採水管保持部、前記駆動手段、及び前記集水体を除く前記集水部を内部に収容する筐体と、
   を備え、
   前記駆動手段で前記採水管を保持した前記採水管保持部を下降させることで前記注射針を前記栓に貫通させ、前記集水体から流入する地下水を前記採水管内に採水する、地下水採取装置。
2. 前記採水管保持部は一端が開口された円筒状をなし、前記採水管は円筒状の前記採水管保持部の内部に嵌めこまれて保持される請求項１に記載の地下水採取装置。
3. 前記駆動手段はシリンダであり、前記シリンダのピストンロッドが前記採水管保持部の上部に接合されている請求項１又は２に記載の地下水採取装置。
4. 前記採水管保持部の側面には対向する発光素子と受光素子が配置され、前記採水管保持部の内部に前記採水管が挿入されたときに、前記受光素子が前記採水管からの透過光を検出することで前記採水管内の地下水の採水を検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の地下水採取装置。
5. 前記採水管保持部の上面には隣接する発光素子と受光素子が配置され、前記採水管保持部の内部に前記採水管が挿入されたときに、前記受光素子が前記採水管内の地下水の上面からの反射光を検出することで前記採水管内の地下水の採水を検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の地下水採取装置。
6. １つの開口端を有し、該開口端が栓で塞がれ、内部が大気圧よりも低い圧力とされた採水管と、前記採水管の前記開口端を除く少なくとも一部を保持する採水管保持部と、前記採水管保持部を上下方向に駆動する駆動手段と、注射針と該注射針と接続される集水体とを有する集水部と、前記採水管を保持した前記採水管保持部、前記駆動手段、及び前記集水体を除く前記集水部を内部に収容する筐体と、を備えた地下水採取装置を地下水の採取位置に配置し、
   地上から前記駆動手段から制御して、前記駆動手段で前記採水管を保持した前記採水管保持部を下降させることで前記注射針を前記栓に貫通させ、前記集水体から流入する地下水を前記採水管内に採水する、地下水採取方法。
   

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