JP2005155024A - 土砂排出方法および土砂排出作業船 - Google Patents

Abstract

【課題】 土砂排出管の上流端に開口した吸込口を水底又はその近傍に臨ませて、その吸込口より水底の堆積土砂を土砂排出管内に水と共に吸込み、その吸い込んだ土砂を土砂排出管内を通して、該水底から離れた所定の排出場所まで流動させるようにした土砂排出方法において、水質浄化を図りつつ、土砂排出管内で土砂を摩擦抵抗少なくスムーズに流動させ、土砂排出管の耐久性向上を図る。
【解決手段】 水とその水中に混在させた無数の微細気泡とよりなる混相流を、吸込口Ｕｅ近くの土砂排出管Ｓに設けた混相流噴出手段Ｎから水底の堆積土砂１に向けて噴出させて、その混相流中の無数の微細気泡の一部が、該土砂１及び水と一緒に吸込口Ｕｅより土砂排出管Ｓ内に吸い込まれ且つ土砂排出管Ｓ内を流動するようにしている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、土砂排出管の上流端に開口した吸込口を水底又はその近傍に臨ませて、その吸込口より水底の堆積土砂を水と共に土砂排出管内に吸込み、その吸い込んだ土砂及び水を土砂排出管内を通して、該水底から離れた所定の排出場所まで流動させるようにした土砂排出方法、特にダムの水底に堆積する土砂をサイフォン作用を利用して土砂排出管で吸い上げ、ダムよりも低水位の河川水域まで土砂排出管内を流動させるようにしたダム堆積土砂の排出作業において有効な土砂排出方法、並びにその実施に用いる土砂排出作業船に関する。

尚、本発明において、「堆積土砂」とは、ダムや海、川等の水底に堆積する比重が比較的小さいヘドロ、汚泥等の軽量土砂と、比重が比較的大きく砂、小石等の混じった重量土砂のうちの何れであってもよく、またこれら軽量土砂及び重量土砂の混ざったものでもよい。

水力発電や灌漑等に利用される既存のダムが抱える今日的な重要課題として、その上流側から流れてきた土砂が長年に亘りダムの水底に多量に堆積し、その有効深度を浅くしてしまうことによりダムの発電能力が低下したり或いは貯水量が減少する、ということが挙げられている。

そこで、このような問題に対処するために、ダムの水底の堆積土砂を、サイフォン作用を利用した土砂排出管を通して吸い上げ、所定の回収場所まで該土砂排出管内を流動させるようにした土砂排出技術が既に提案されている（下記の特許文献１を参照）
特開平１１−４６５１５号公報

上記特許文献１の技術は、サイフォン作用で土砂排出管内に土砂を流動させるものであるが、その流動中の土砂と土砂排出管の内壁面との間に比較的大きな摩擦抵抗（流動抵抗）が働くため、ダムと下流河川との水位差（即ち土砂排出管の管内水頭）が十分に確保できない場合には、土砂排出管内で土砂をスムーズに流動させることができなくなり、サイフォン作用に支障を来たす虞れがあり、しかも土砂排出管は、その内壁が早期に摩耗・劣化を生じて破損し易くなり、その交換頻度も高くなって維持コストが嵩む等の問題もあった。

また水底付近の水は一般に溶存酸素量が少なく、その水底の堆積土砂や水は、臭気や濁度に問題があるヘドロ状となっている場合が多いため、土砂排出管で吸い込んだ水底の堆積土砂及び水を下流側の河川水域にそのまま放流した場合には、その河川水域の環境悪化（臭気・濁度の悪化、溶存酸素量の増大等）を招く虞れがある。

そして、以上の諸問題は、ダム水底の堆積土砂をサイフォン式の土砂排出管で吸込み、排出する場合だけに限らず、海、川等の水底に堆積する土砂を動力吸上げ式の土砂排出管で吸込み、排出する場合にも発生する。

本発明は、上記に鑑み提案されたもので、従来技術の上記問題を比較的低コストで簡単に解決できるようにした土砂排出方法、及びこれに用いる土砂排出作業船を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１の発明は、土砂排出管の上流端に開口した吸込口を水底又はその近傍に臨ませて、その吸込口より水底の堆積土砂を水と共に土砂排出管内に吸込み、その吸い込んだ土砂及び水を土砂排出管内を通して、該水底から離れた所定の排出場所まで流動させるようにした土砂排出方法において、水とその水中に混在させた無数の微細気泡とよりなる混相流を、吸込口近くの土砂排出管に設けた混相流噴出手段から水底の堆積土砂に向けて噴出させて、その混相流中の無数の微細気泡の一部が、該堆積土砂及び水と一緒に吸込口より土砂排出管内に吸い込まれ且つ土砂排出管内を流動するようにしたことを特徴としており、また請求項２の発明は、土砂排出管の上流端に開口した吸込口を水底又はその近傍に臨ませて、その吸込口より水底の堆積土砂を水と共に土砂排出管内に吸込み、その吸い込んだ土砂及び水を土砂排出管内を通して、該水底から離れた所定の排出場所まで流動させるようにした土砂排出方法において、水とその水中に混在させた無数の微細気泡とよりなる混相流と、加圧水流とを、吸込口近くの土砂排出管に設けた混相流噴出手段及び加圧水流噴出手段からそれぞれ水底の堆積土砂に向けて噴出させて、該混相流中の無数の微細気泡の一部が、該堆積土砂及び水と一緒に吸込口より土砂排出管内に吸い込まれ且つ土砂排出管内を流動するようにしたことを特徴としており、更に請求項３の発明は、土砂排出管の上流端に開口した吸込口を水底又はその近傍に臨ませて、その吸込口より水底の堆積土砂を水と共に土砂排出管内に吸込み、その吸い込んだ土砂及び水を土砂排出管内を通して、該水底から離れた所定の排出場所まで流動させるようにした土砂排出方法において、水とその水中に混在させた無数の微細気泡とよりなる混相流を、土砂排出管に設けた混相流噴出手段から土砂排出管内に噴出させて、その混相流中の無数の微細気泡が、吸込口より土砂排出管内に吸い込まれた水底の堆積土砂及び水と一緒に土砂排出管内を流動するようにしたことを特徴としている。

また請求項４の発明は、請求項３の上記特徴に加えて、前記混相流噴出手段は、前記土砂排出管の内周壁底部に開口し、その開口方向が下流側に向かって上方に傾斜した噴射ノズルより構成されることを特徴とし、また請求項５の発明は、請求項３又は４の上記特徴に加えて、前記混相流噴出手段は、前記吸込口近くの前記土砂排出管に設けられることを特徴とし、さらに請求項６の発明は、請求項１〜５の何れかの上記特徴に加えて、前記超微細気泡は、その直径が１００μ以下であることを特徴とし、さらにまた請求項７の発明は、請求項１〜６の何れかの上記特徴に加えて、前記微細気泡は、空気の気泡、または少なくとも酸素ガスを含むガスの気泡であることを特徴とする。

また請求項８の発明は、請求項１〜７の何れかの上記特徴に加えて、前記水底はダムの水底であり、また前記排出場所は、前記ダムの下流側に在って該ダムよりも低水位の河川水域であり、前記ダムの水底に堆積する土砂を水と共に前記土砂排出管内にサイフォン作用で吸込み、その土砂排出管を通して前記河川水域まで流動させ、そこに放出するようにしたことを特徴とし、また請求項９の発明は、前記請求項８に記載の方法の実施に使用すべく、前記ダムの水面上を移動可能な土砂排出作業船であって、その船体には、前記吸込口を上流端に有する可動管が、該吸込口を水中で昇降可能として設けられていて、この可動管と、その可動管の下流端に一端が接続され且つその他端が前記河川水域に連通可能な搬送管とで前記土砂排出管が構成され、更に前記混相流を前記混相流噴出手段に供給し得る混相流供給装置を備えたことを特徴とする。

以上のように本発明によれば、土砂排出管内に水と共に吸い込まれた水底の堆積土砂が、その水中に無数の微細気泡を混入、分散させた状態で土砂排出管内を流動し得るようにしたので、その無数の微細気泡の混入分散効果により、流動土砂と土砂排出管内面との間の摩擦抵抗を効果的に低減できる上、土砂流動体の密度を軽減できるようになって、比較的小さな動力でも土砂排出管内で土砂をスムーズに流動させることが可能となり、従って、排出土砂の輸送効率がアップして輸送距離の延長（特に土砂排出管がサイフォン管の場合は管内損失水頭の低減）が図られると共に、土砂排出管自体の早期摩耗が抑えられて同管の耐久性向上が図られ、摩耗に因る管交換の頻度を少なくしてコスト節減に寄与することができる。

また特に請求項１，２の各発明によれば、水とその水中に混入、分散させた無数の微細気泡とよりなる混相流を、吸込口近くの土砂排出管に設けた混相流噴出手段から水底の堆積土砂に向けて噴出させて、その混相流中の無数の微細気泡の一部が、該堆積土砂及び水と一緒に吸込口より土砂排出管内に吸い込まれ且つ土砂排出管内を流動するようにしたので、土砂排出管の土砂吸込力が比較的小さい場合や堆積土砂が比較的固い場合でも、混相流の流動圧で堆積土砂を適度に崩壊、拡散させた上で、土砂排出管内に効率よく吸い込むことが可能となって、その吸込効率のアップが図られ、しかも上記混相流が、微細気泡の供給手段と、堆積土砂の崩壊拡散手段とに兼用できて構造の簡素化に寄与し得る。

また特に請求項２の発明によれば、上記混相流とは別に加圧水流も水底の堆積土砂に向けて噴出させるので、その各々の噴出方向や噴出流量を互いに独立して別々に設定可能となり、その設定がより的確になされると共に設定自由度が向上する。

また特に請求項３の発明によれば、水とその水中に混在、分散させた無数の微細気泡とよりなる混相流を、土砂排出管に設けた混相流噴出手段から土砂排出管内に噴出させて、その混相流中の無数の微細気泡が、吸込口より土砂排出管内に吸い込まれた水底の堆積土砂及び水と一緒に土砂排出管内を流動するようにしたので、混相流中の微細気泡を土砂排出管内に全量噴出させることができて、微細気泡の効率的利用が図られる。

また特に請求項４の発明によれば、混相流噴出手段が土砂排出管の内周壁底部に開口し、その開口方向が下流側に向かって上方に傾斜した噴射ノズルより構成されるので、流動土砂と、その重量が主として作用する土砂排出管の内周壁底部との間に微細気泡を効率よく供給できて、その間の摩擦抵抗の軽減に効果的であり、また上記噴射ノズル開口の下流側への傾斜により、土砂の下流側への流動が混相流により助勢されて、その流動を一層スムーズにすることができる。

また特に請求項１，２，５の各発明によれば、土砂排出管内の流動土砂には、その管の吸込口又はその近傍より微細気泡を混入させることができるので、微細気泡の前記混入効果が土砂排出管の長手方向略全域に亘り得られる。

また特に請求項６の発明によれば、微細気泡はその直径が１００μ以下であるので、その微細気泡のサイズ効果により、無数の微細気泡を水中で略均一且つ安定な分散状態に置くことができて、請求項１〜５の発明の前記効果を一層確実に達成できる。

また特に請求項７の発明によれば、微細気泡は、空気の気泡、または少なくとも酸素ガスを含むガスの気泡であるので、土砂排出管内を流動する土砂及び水の中の好気性微生物と微細気泡の酸素とを十分に接触させることができて、その微生物を活性化させることができ、これにより、排出場所に排出された土砂を含んだ水の臭気・濁度が向上し、溶存酸素量も増えて、環境対策上、有利である。

また特に請求項８の発明によれば、ダムの水底に堆積する土砂を土砂排出管内にサイフォン作用で吸込み、その土砂排出管を通して下流側の河川水域まで流動させ、該水域に放出するようにしたので、少ないエネルギとコストでダム水底の堆積土砂を能率よく浚渫可能となる上、下流側の河川水域には堆積土砂を少量ずつ連続的に放出可能であり、その放出土砂を河川の水流（自然力）を利用して下流側へ無理なく排出できる。しかも前述のような流動土砂への微細気泡の混入効果により、土砂排出管の管内損失水頭の低減が図られて輸送距離が延びることから、ダムから離れた河川水域やダムとの水位差が小さい河川水域へも土砂をスムーズに排出でき、また上記微細気泡が空気等の場合は、微細気泡による曝気効果がダム水底から下流側河川水域に至る比較的長い経路に亘り有効に発揮されて、その排出土砂に混じる水の臭気・濁度を向上させ溶存酸素量もアップできることから、これを下流側の河川水域にそのまま放流しても、その河川水域の環境に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。

また特に請求項９の発明によれば、ダムの水面上を移動可能な土砂排出作業船の船体には、吸込口を上流端に有する可動管が、該吸込口を水中で昇降可能として設けられており、この可動管と、その可動管の下流端に一端が接続され且つその他端が下流側の河川水域に連通可能な搬送管とで土砂排出管が構成され、更に前記混相流を混相流噴出手段に供給し得る混相流供給装置を備えるので、この土砂排出作業船をダムの水面上で適宜移動させて、ダム水底の堆積土砂を下流側の河川水域に機動的に排出することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に例示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。

添付図面において、図１〜図８は、本発明の第１実施例を示すものであって、図１は、浚渫作業の概要を示す全体概略縦断面図、図２は、図１の２矢視図、図３は、浚渫作業船の拡大縦断面図（図２の３−３矢視拡大断面図）、図４は、図３の４矢視平面図、図５は、可動吸込管の先端部を示す側面図、図６は、図５の６矢視図、図７は、図５の７−７線断面図、図８は、混相流・加圧水流供給系統を示す概略配管図である。また図９は、第２実施例を示す図５対応図、図１０は、第３実施例を示す図５対応図、図１１は、図１０の１１矢視図、図１２は、第４実施例を示す図５対応図、図１３は第４実施例を示す図６対応図、図１４は、第４実施例の混相流・加圧水流供給系統を示す概略配管図（図８対応図）である。

先ず、図１，２において、本実施例の浚渫作業システムは、ダムＤの貯留水面に浮かび、その水上を随時に移動可能な土砂排出作業船としての浚渫作業船Ｂと、この作業船Ｂに設けられ吸込口となる上流側開口端Ｕｅが水中で昇降可能な可動吸込管Ｕと、この可動吸込管Ｕの下流端に一端が連なり且つその他端がダムＤよりも低水位の下流側の河川水域Ｒまで長く延びる搬送管Ａとを備えており、前記可動吸込管Ｕ及び搬送管Ａは、互いに協働してサイフォン管Ｓを構成しており、このサイフォン管Ｓが本発明の土砂排出管を構成する。

而して可動吸込管Ｕの吸込口ＵｅをダムＤの水底の堆積土砂１又はその近傍に臨ませると共に、サイフォン管Ｓに接続した吸水ポンプＰｖによる呼び水作用に基づいて該サイフォン管Ｓのサイフォン作用を開始させると、そのサイフォン作用により、ダム水底の堆積土砂１を水と共に吸い上げ、該サイフォン管Ｓ内を通して下流側の河川水域Ｒまで徐々に且つ連続的に流動させることができる。

図５に明示したように可動吸込管Ｕの吸込口Ｕｅは、その開口面積を十分に確保すべく斜めにカットされており、その開口面には、大きな異物を可動吸込管Ｕ内に吸い込まないよう半球の籠状に形成された保護網ｆが被着される。

また前記搬送管Ａの下流端又はその近傍には、該搬送管Ａを随時に遮断して前記サイフォン作用を一時的に中断し得る開閉弁からなる放出規制弁Ｖｃが設けられる。そして、この放出規制弁Ｖｃを閉弁することによって搬送管Ａ内をその下流端又はその近傍で随時に遮断できるから、前記サイフォン作用を一時的に簡単に中断させることができる。これにより、浚渫作業を中断するたび毎に後述する吸水ポンプＰｖを一々作動させてサイフォン管Ｓに呼び水を導入する必要はなくなり、作業の利便性が図られる。

また搬送管Ａの下流側開口端Ａｅには必要に応じて篩が付設され、図示例では、上流側から下流側にいくにつれて順に網目が細かくなる網籠状の複数の篩ｆ１〜ｆ３が直列に且つ相互に着脱可能に配設される。これにより、ダムＤ内の比較的大きい砂利や塵埃等を該篩ｆ１〜ｆ３で収集し、下流側の河川水域Ｒには流さないようにすることができる。

前記複数の篩ｆ１〜ｆ３は、その少なくとも１つを省略可能であり、その省略により、河川水域Ｒに流す土砂の粗さを適宜選定可能である。尚、各篩ｆ１〜ｆ３に大きめの土砂が貯まると、また各篩ｆ１〜ｆ３を適宜分離して、中の土砂を取り出すようにする。

またその搬送管Ａの下流側開口端Ａを臨ませる、下流側の河川水域Ｒの近く（図示例では河岸）には、該搬送管Ａからの排出土砂の一部を一時的に貯め置くことができる土砂貯留地Ｏが設置される。この土砂貯留地Ｏに前記搬送管Ａの下流側開口端Ａｅを随時に臨ませるようにすれば、サイフォン管Ｓで吸い上げたダムＤの堆積土砂１の少なくとも一部を河川水域Ｒにそのまま放出せずに、上記土砂貯留地Ｏに貯め置くことができるから、その貯め置いた堆積土砂を難なく採取することができて、それを建設資材その他の用途に利用できる。

次に図３〜図８も併せて参照して浚渫作業システムの具体的構成を説明する。浚渫作業船Ｂの船体２は、図示はしないが個別に陸送可能な幾つかのブロックより分割構成されており、これらブロックはダム近くの現場で一体的に組立可能となっている。その船体２の前部には、左右一対ある可動吸込管Ｕ，Ｕに対応しそれらの昇降を許容すべく前方及び上下方が開放された切欠状の凹部２ａが形成され、またその船体２の前端部には、前記凹部２ａを跨ぐ門型のガントリー３が立設される。

また船体２の後部上面には、作業員が出入りする制御室Ｃが設けられる。さらに船体２上には、作業船Ｂを前後左右に自在に自力航行させるための４つの航行用ウインチＷ１〜Ｗ４と、左右一対ある可動吸込管Ｕ，Ｕの先端側をそれぞれ昇降駆動するための左右の昇降用ウインチＷａ、Ｗｂとが設けられる。

互いに間隔をおいて並列する左右一対の可動吸込管Ｕ，Ｕは、それらの基端即ち下流端相互が、船体２に固定されたＹ字状のジョイント管Ｊを介して搬送管Ａの基端即ち上流端に船体２内で接続される。この搬送管Ａの下流側は、フロートＦにより支持されてダムＤの水面に沿って岸又はダム本体まで延び、それを超えて更にダムＤより低水位の、下流側の河川水域Ｒまで長く延び出している。なお、搬送管Ａの大部分は可撓性を付与されており、従って該搬送管Ａを、それが取り回されるダム周辺の複雑な地形に合わせて無理なく敷設できるようになっている。

各可動吸込管Ｕは、可撓性を有するゴムホース等から構成される基端部Ｕｄを除いてストレートな剛体管より構成され、その剛体管部分は、その長手方向に延び船体２に上下揺動可能に軸支Ｇａされた剛体枠よりなる案内枠Ｇに一体的に保持される。そしてこの案内枠Ｇ又は可動吸込管Ｕの先部Ｕｕには、前記左右の昇降用ウインチＷａ、Ｗｂから繰り出し且つガントリー３のガイドシーブを経由して下方に延びる昇降用ワイヤＬ、Ｌの端末がそれぞれ結着される。従って、前記昇降用ウインチＷａ、Ｗｂの作動により、ワイヤＬ、Ｌを介して左右の可動吸込管Ｕ、Ｕ及び案内枠Ｇを上下揺動させて、各可動吸込管Ｕ、Ｕの先部側をそれぞれ独立に昇降駆動することが可能であり、その昇降の際には可撓性を有する前記基端部Ｕｄが無理なく撓曲可能となっている。

前記Ｙ字状ジョイント管Ｊは、左、右の可動吸込管Ｕ、Ｕの下流端にそれぞれ連なる一対の枝管部Ｊａ，Ｊａと、その両枝管部Ｊａ，Ｊａを搬送管ａの上流端に連通させる合流管部Ｊｂとより構成される。そして、その各枝管部Ｊａ，Ｊａには、対応する各可動吸込管Ｕを他の可動吸込管Ｕ及び搬送管Ａより随時に遮断し得る開閉弁Ｖｘと、その上流側に在って各可動吸込管Ｕの管内の水抜きを個別に行なうための大気開放弁Ｖａとが互いに直列に設けられる。これにより、一方の可動吸込管Ｕ内が塵埃等で詰まったときには、この詰まった可動吸込管Ｕの開閉弁Ｖｘを閉じると共に該可動吸込管Ｕの先部側を水上まで引上げて大気開放弁Ｖａを開くことで、その管内に大気を導入して管内の水抜きを的確に行なうことができる。またこの水抜き作業中も、他の可動吸込管Ｕを通してサイフォン作用を支障なく継続的に行なうことができるから、作業能率が高められる。

また船体２には、前記サイフォン管Ｓにサイフォン作用を開始させるための呼び水をダムＤよりくみ上げて該サイフォン管（図示例では可動吸込管Ｕと搬送管Ａとの接続部近傍）に圧送、供給するための吸水ポンプＰｖが搭載される。このポンプＰｖの吐出部とサイフォン管Ｓとの間には、該吐出部からサイフォン管Ｓ側への一方向の流れだけを許容する逆止弁４が介装される。またその吸水ポンプＰｖの吸込側には、ダムＤの水中に連通する吸水ホース５が接続され、その途中には、ダムＤの水中からポンプＰｖ側への一方向の流れだけを許容する逆止弁６が介装される。

サイフォン管Ｓ（図示例では搬送管Ａ）の途中には、その管内に空気を混入させて該サイフォン管Ｓのサイフォン作用による吸込力の調整を行なうための混気手段Ｍが設けられる。この混気手段Ｍとしては、輸送管内に空気を吸引混入させてその管内の流動体の流量調整を行うための従来周知の混気手段（例えば管壁に開設した大気開放孔を、管壁に付設した開閉弁により随時に且つ開度調節可能に開閉する構造のもの）が用いられ、図示例では、搬送管Ａの上流端近傍（作業船Ｂの上）に配設されている。

而してこの混気手段Ｍによりサイフォン管Ｓ内への空気混入割合を調整することで、サイフォン作用による吸込力調整を任意に行なうことができるから、堆積土砂の状態（例えば粘度、比重、小石の交じり具合等）に応じてサイフォン作用の吸込力を的確に調整できる。しかも上記吸込力調整によりサイフォン管内の流量調整（従って土砂吸込量の調整）を任意に行なうことができるから、ダムＤ内への上流側からの土砂の流入量や、浚渫土砂が放出される河川水域Ｒの水流の程度（即ち該河川水域Ｒの放出土砂の受入能力）に応じて、該河川水域への土砂放出量を的確に調整することができる。

即ち、その土砂放出量は、サイフォン管Ｓの内径や吸込力（水流の強さ）、ダム内の堆積土砂中の汚泥混入率等によって異なるが、ダムＡにその上流側から一年間に流入し堆積する土砂の総量に所定倍率（例えば１．１倍〜１．２倍）を掛けた量の堆積土砂がサイフォン管Ｓより一年間かけて緩やかに下流側の河川水域Ｒに流動排出できるような数値に設定すれば、ダムＤの直下流、中流部、河口部に土砂流入による被害は発生しないと考えられる。

また浚渫作業船Ｂは、水とその水中に混在させた無数の微細気泡とよりなる混相流を、可動吸込管Ｕに設けられる後述する混相流噴出手段としての第１，第２噴射ノズルＮ，Ｎ′に供給する混相流供給装置Ｘを備える。この混相流供給装置Ｘは、船体２に搭載されて水とその水中に混在させた無数の微細気泡とよりなり所定圧力に加圧された一次混相流を発生させる混相流発生装置１００と、同じく船体２に搭載されて一次混相流よりも若干低圧の加圧水流を発生させる加圧水流発生装置１０１とを備えており、その加圧水流発生装置１０１から延びる第１導管１０の途中に混相流発生装置１００から延びる第２導管２０が合流して、その各々の導管１０，２０から供給されてきた加圧水流と一次混相流とが混合されて二次混相流となり、これが第１，第２ノズルＮ，Ｎ′に供給される。

前記混相流発生装置１００は、直径が１００μｍ以下の非常に小さな無数の空気の微細気泡を水中に十分に分散、混合させた混相流を発生させ、それを加圧して第２導管２０を介して前記第１，第２ノズルＮ，Ｎ′に供給するものであり、前記水は、ダムＤの水を汲み上げて使用する。

上記微細気泡は、いわゆる「マイクロバブル」と呼ばれるものであって、単にマクロサイズの気泡が小さくなったというだけではなく、そのサイズ効果により様々な物理化学特性を発揮する。例えば、通常のミリサイズの気泡では水中で速やかに上昇し、互いに合体や吸収を繰り返して大きく成長していくが、上記微細気泡では、水中で恰も静止している如く非常に緩やかに上昇し、また水中に大量に発生しても気泡同士の合体や吸収が殆ど起こらず、気泡相互が優れた均一性、分散性を発揮し、更に水中への気体吸収効率が高く、酸素溶存量を迅速に上昇させることができる等の特徴を有している。

そして、このような微細気泡を水中に大量に混合させた混相流を発生させる混相流発生装置は、従来公知であって既に工業的にも量産されている（例えば特開2000-447号公報、特開平7-265057号公報等を参照）ので、本実施例で用いる混相流発生装置１００についても、その構造の説明は省略する。

而して混相流発生装置１００により作られる混相流中の微細気泡の直径が１００μｍ以下となるように調整されると、そのサイズ効果により、後述する本発明の所期の作用効果が達成可能となり、また特に混相流中の微細気泡の直径が５０μｍ以下となるように調整されると、そのサイズ効果により、本発明の所期の作用効果がより確実、十分に達成できるようになる。尚、前記混相流発生装置１００で作られる一次混相流中の微細気泡の混入量や、該一次混相流の加圧水流への混入割合は、サイフォン管Ｓのサイフォン機能に支障を及ぼさない程度に調整されることは勿論である。

前記加圧水流発生装置１０１から延出する第１導管１０は、各可動吸込管Ｕの外周部にその軸線に沿うように支持されていて、その吸込管Ｕの先端側まで延びている。各可動吸込管Ｕの吸込口Ｕｅ近くの外周には、前記二次混相流（即ち加圧水流発生装置１０１からの加圧水流と混相流発生装置１００からの一次混相流との混合流）を水底の堆積土砂１に向けて前方に噴射し得る複数（図示例では上下・左右各一対）の第１噴射ノズルＮ…が固定され、これら噴射ノズルＮ…と第１導管１０との間は、共通の第１主開閉弁１５と、その下流側で分岐し且つ可動吸込管Ｕに固定した複数（図示例では４本）の枝管１１とを介して接続される。尚、図示例では、上下の第１噴射ノズルＮの開口位置が吸込口Ｕｅの傾斜に合わせて前後にオフセットしており、また左右の第１噴射ノズルＮの開口位置は、互いに前後のオフセットすることなく、上下の第１噴射ノズルＮの開口位置よりも前側（吸込口Ｕｅの直近）の設定される。

また前記混相流発生装置１００から延出する第２導管２０は、各可動吸込管Ｕの外周部にその軸線に沿うように支持されていて、その吸込管Ｕに先端近くまで延び、その下流側は複数（図示例では４本）のの枝管２１に分岐して第１導管１０の前記４本の枝管１１にそれぞれ合流する。それら枝管２１の分岐部上流側には共通の第２主開閉弁２５が設けられる。

而して各可動吸込管Ｕの吸込口Ｕｅをダム水底の堆積土砂１に近づけた状態で、前記サイフォン管Ｓのサイフォン作用を開始させると共に混相流発生装置１００及び加圧水流発生装置１０１を作動させ、更に第１，第２主開閉弁１５，２５を開弁すると、各第１噴射ノズルＮ…から加圧状態の前記二次混相流を噴射させることができ、これにより堆積土砂１を効果的に崩壊、拡散させることができて、これを該混相流中の微細気泡と共にサイフォン管Ｓ（可動吸込管Ｕ）内に効率よく吸い込むことが可能となり、また各可動吸込管Ｕの吸込口Ｕｅでの異物の詰まりも極力回避可能となる。

また各可動吸込管Ｕの吸込口Ｕｅ近くの外周には、前記混相流供給装置Ｘから圧送されてきた混相流を各可動吸込管Ｕ内に直接噴射し得る単一の第２噴射ノズルＮ′が固定される。この噴射ノズルＮ′と前記第１導管１０との間は、第１主開閉弁１５よりも上流側で該導管１０より分岐した枝管１２を介して接続され、その枝管１２に第１副開閉弁１６が介装される。さらにその枝管１２の途中と前記第２導管２０との間は、第２主開閉弁２５よりも上流側で該導管２０より分岐した枝管２２を介して接続され、その枝管２２に第２副開閉弁２６が介装される。従って、混相流発生装置１００及び加圧水流発生装置１０１を作動させ、更に第１，第２副開閉弁１６，２６を開弁すると、第２噴射ノズルＮ′から加圧状態の前記二次混相流を可動吸込管Ｕ内に直接噴射することができる。

前記第２噴射ノズルＮ′は、各可動吸込管Ｕの内周壁底部に開口ｏしており、その開口方向は可動吸込管Ｕの下流側に向かって上方に傾斜している。そして、このノズル開口ｏの下流側への傾斜により、可動吸込管Ｕ内での土砂の下流側への流動が、第２噴射ノズルＮ′から噴射された二次混相流により助勢されて、その流動をスムーズにすることができる。尚、第２噴射ノズルＮ′の開口ｏは、図７の（ａ）に示すように単一であってもよいし、（ｂ）に示すように周方向に間隔をおいて複数並列させてもよい。また図示はしないが、その開口を周方向に長く形成してもよい。尚、図示はしないが、各枝管１１，１２には、それと枝管２５，２６との混合部より上流側において混相流の逆流を阻止するチェック弁を介装してもよい。

次に本実施例の作用を説明する。ダムＤの水底の浚渫に当たっては、浚渫作業船ＢをダムＤの周辺で組立て、ダムＤの水面に浮かせる。この作業船Ｂの位置は、船体２上の４つの航行用ウインチＷ１〜Ｗ４からそれぞれ繰り出されたワイヤＬ′の端末に固定のアンカを水底の適所（船の四方）に降ろし、それらウインチＷ１〜Ｗ４により任意のワイヤＬ′を適宜巻き取り・繰り出すことで作業船Ｂを所望の位置に移動させることができる。

次いで作業船Ｂより一対の可動吸込管Ｕの先部側を下降させ、その先端の吸込口Ｕｅを水底の土砂堆積層に臨ませる。この状態でサイフォン管Ｓに接続した吸水ポンプＰを作動させ、これが吸引した水を呼び水としてサイフォン管Ｓ内に圧送することでサイフォン管Ｓのサイフォン作用を開始させる。そのサイフォン作用が一旦開始されると、吸水ポンプＰを停止させてもサイフォン作用は引き続き継続され、そのサイフォン作用により、ダムＤの水底の堆積土砂１を水と共に吸い上げて河川水域Ｒに徐々に且つ連続的に排出することができ、その土砂排出に伴い、作業船Ｂの位置を少しずつ移動させていく。これにより、少ないエネルギとコストでダムＤの水底の堆積土砂１を能率よく浚渫可能となり、しかも前記河川水域Ｒにはサイフォン管Ｓより堆積土砂１及び水が少量ずつ連続的に放出可能であるので、その河川本来の水流（自然力）を利用して放出土砂１を更に下流側へ無理なく排出することができ、自然環境への影響を極力排除することができる。

ところで上記サイフォン管Ｓの稼働中に混相流発生装置１００及び加圧水流発生装置１０１を作動させ且つ第１，第２主開閉弁１５，２５を開弁させると、各第１噴射ノズルＮ…から加圧状態の二次混相流を水底の堆積土砂１に向かって噴射させることができ、その混相流により、堆積土砂１を効果的に崩壊、拡散させることができて、これを混相流中の大部分の微細気泡と共にサイフォン管Ｓ（可動吸込管Ｕ）内に効率よく吸い込むことができる。この場合、更に第１，第２副開閉弁１６，２６を開弁させると、第２噴射ノズルＮ′から加圧状態の二次混相流を可動吸込管Ｕの内部にその内周壁底部より下流側に向かって噴射させることができ、これにより、混相流中の微細気泡を可動吸込管Ｕ内に全量噴出させることができるばかりか、可動吸込管Ｕ内での土砂の下流側への流動が混相流により助勢されて、その流動をスムーズにすることができる。

かくして、可動吸込管Ｕ内に吸い込まれた水底の堆積土砂１及び水が、その水中に無数の微細気泡を混入分散させた状態で可動吸込管Ｕ（従ってサイフォン管Ｓ）内を流動し得るようになるため、その無数の微細気泡の混入分散効果により、流動土砂とサイフォン管Ｓ内面との間の摩擦抵抗を効果的に低減することができ、その上、土砂流動体の密度を軽減できるようになって、サイフォン管Ｓ内で土砂をスムーズに流動させることが可能となる。従って、サイフォン管Ｓの管内損失水頭の低減が図られて排出土砂の輸送効率がアップし、輸送距離を十分長く確保することができると共に、サイフォン管Ｓ自体の早期摩耗が抑えられて同管Ｓ（可動吸込管Ｕ，ジョイント管Ｊ，搬送管Ａ）の耐久性向上が図られ、摩耗に因る管交換の頻度を少なくしてコスト節減に寄与することができる。

また本実施例では、前記微細気泡を空気の微細気泡としているから、サイフォン管Ｓ内を流動する土砂及び水の中の好気性微生物と微細気泡の酸素とを十分に接触させることができ、その微生物を活性化させて曝気効果を高めることができ、これにより、排出土砂を含む水の臭気・濁度を向上させることができ、溶存酸素量も効率よく増やすことができる。しかもダム水底と下流側河川水域Ｒとの間に亘って延びるサイフォン管Ｓは、その管内の流動経路が非常に長い上、その管内をサイフォン作用で堆積土砂１が大量の水と共にゆっくりと流動し得ることから、その長い流動過程の全域に亘り前記微細気泡による曝気効果が有効且つ十分に発揮される。従って、ダム水底の堆積土砂１を大量の水と共にサイフォン管Ｓから下流側の河川水域Ｒに直接放流するようにしても、その放出された土砂を含む水の臭気・濁度を効果的に向上させることができ、且つ溶存酸素量も十分に高くできることから、下流側の河川水域Ｒに対する環境対策上、頗る有利である。

また図９には、本発明の第２実施例が示される。この実施例は、サイフォン管Ｓ（可動吸込管Ｕ）の先端部、即ち吸込口Ｕｅ及びその周辺部の構成だけが前実施例と相違するので、その相違部分だけを説明する。即ち、その吸込口Ｕｅは、可動吸込管Ｕの軸線と直交する平面でカットされた形状となっており、その吸込口Ｕｅは、球形の籠状に形成された保護網ｆで覆われる。また上部の第１噴射ノズルＮは、前方に向かって下側に傾斜していて先端部が保護網ｆ内に突入しており、吸込口Ｕｅ前方下側の堆積土砂１に接近して混相流を噴射できるようになっている。その他の噴射ノズルＮ，Ｎ′については、第２噴射ノズルＮ′の開口位置が前実施例のものよりやや後寄りである点を除いて、前実施例と基本的に同じである。

また図１０，１１には、本発明の第３実施例が示される。この実施例も、サイフォン管Ｓ（可動吸込管Ｕ）の先端部、即ち吸込口Ｕｅ及びその周辺部の構成だけが前実施例と相違するので、その相違部分だけを説明する。即ち、そのサイフォン管Ｓ（可動吸込管Ｕ）の先端部は、吸込口Ｕｅの手前でやや前方下向きに傾斜していて、その傾斜方向を吸込口Ｕｅが指向している。そしてこの傾斜に合わせて、下側と左右両側の第１噴射ノズルＮの開口方向が同様に傾斜しており、上側の第１噴射ノズルは省略される。また第２噴射ノズルＮ′は、第２実施例と基本的に同じである。また吸込口Ｕｅは、扁平な網状に形成された保護網ｆで覆われる。

而して、第２及び第３実施例のものでも、第１実施例と基本的に同様の作用効果を達成することができる。

更に図１２〜図１４には、本発明の第４実施例が示される。先の実施例では、混相流発生装置１００からの一次混相流と、加圧水流発生装置１０１からの加圧水流とを予め混合させた混合流（二次混相流）を、混相流噴出手段としての第１噴射ノズルＮから噴射させるようにしたものを示したが、本実施例では、混相流発生装置１００からの一次混相流と加圧水流発生装置１０１からの加圧水流とを、予め混合させることなく、混相流噴出手段としての第１噴射ノズルＮと加圧水流噴出手段としての水噴射ノズルＮｗとから別々に噴射させるようにした点を特徴とする。

即ち、この実施例では、可動吸込管Ｕの吸込口Ｕｅ近くには、第１実施例の複数の第１噴射ノズルＮに近接・並列して、それと同数の水噴射ノズルＮｗが配設される。図１４で明らかなように、混相流発生装置１００から第２導管２０、第２主開閉弁２５及び枝管２１を経て混相流噴射ノズルＮ…に至る混相流の供給系統と、加圧水流発生装置１０１から第１導管１０、第１主開閉弁１５及び枝管１１を経て水噴射ノズルＮｗに至る加圧水流の供給系統とは互いに独立している。一方、第２噴射ノズルＮ′へ二次混相流を供給する配管系統と、その他の装置構成は、前記実施例と基本的に同じであり、各構成部分には、前記実施例と対応するものの参照符号を付している。

而してこの実施例では、混相流発生装置１００からの一次混相流と、加圧水流発生装置１０１からの加圧水流とを、混相流噴出手段としての第１噴射ノズルＮと、加圧水流噴出手段としての水噴射ノズルＮｗとから別々に噴射させることができ、必要に応じて加圧水流又は混相流の一方の噴射を停止（即ち他方のみを噴射）させることも可能であり、また加圧水流又は混相流の水圧、流量、噴射方向等の設定、調整等も別個独立に行うことができるから、それらの設定、調整作業が比較的容易である。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変更を行うことができる。例えば、前記実施例では、土砂排出作業船としての浚渫作業船Ｂは自力走行可能な船を用いたが、本発明では、自力走行不能で他の船や陸上から駆動されるタイプの作業船であってもよい。

また前記実施例では、土砂排出管として、ダム水底の堆積土砂をサイフォン作用で吸込み、排出するサイフォン管Ｓを使用したものを示したが、本発明の土砂排出管は、サイフォン管に限定されず、海、川等の水底に堆積する土砂をポンプ等の強制吸引・圧送手段を用いて吸込み、排出するようにした動力吸上げ式の土砂排出管であってもよい。

また前記実施例では、混相流供給装置Ｘが空気の微細気泡を水と混合させて混相流を作流ようにしたものを示したが、空気以外のガス（例えば酸素を含むガス）の微細気泡を水と混合させるようにしてもよい。また前記混相流供給装置Ｘでは、水と微細気泡とを混合させて混相流を作るようにしたものを示したが、本発明では、水以外の液体と微細気泡とを混合させて混相流を作るようにしてもよく、また混相流に、水と土砂（泥）との分離を促進する添加剤（例えばヤシ油）を添加するようにしてもよい。

また前記実施例では、サイフォン管Ｓ内への混相流の噴射部位を吸込口Ｕｅの近くの可動吸込管Ｕの内周壁底部としたものを示したが、本発明では、その噴射部位を底部以外の内周壁（例えば上部、側部）に設定してもよく、また図１の矢印Ｚ，Ｚ′に示すように、サイフォン管Ｓの途中（例えば作業船Ｂの船体２上に位置するサイフォン管Ｓ中間部や、ダムＤの堰堤を超えたサイフォン静圧側）に設定してもよい。

また前記実施例では、可動吸込管Ｓを左右一対設けて下流端相互を合流させるようにしたものを示したが、本発明では可動吸込管Ｓを単一管より構成してもよい。

また前記実施例では、第１，第２副開閉弁１６，２６を共に開弁することで、混相流発生装置１００からの一次混相流と、加圧水流発生装置１０１からの加圧水流とを予め混合させた混合流（二次混相流）を、混相流噴出手段としての第２噴射ノズルＮ′から可動吸込管Ｕ内に直接噴射させるようにしたものを示したが、本発明では、第１副開閉弁１６を閉じ、第２副開閉弁２６だけを開くことで、混相流発生装置１００からの一次混相流を、加圧水流と予め混合させずにそのまま第２噴射ノズルＮ′から可動吸込管Ｕ内に直接噴射させるようにしてもよい。

本発明の第１実施例を示す浚渫作業の概要を示す全体概略縦断面図 前記実施例の平面図（図１の２矢視図） 浚渫作業船の拡大縦断面図（図２の３−３矢視拡大断面図） 図３の４矢視平面図 可動吸込管の先端部を示す側面図 図５の６矢視図 図５の７−７線断面図 第１実施例の混相流・加圧水流供給系統を示す概略配管図 第２実施例を示す図５対応図 第３実施例を示す図５対応図 図１０の１１矢視図 第４実施例を示す図５対応図 第４実施例を示す図６対応図 第４実施例の混相流・加圧水流供給系統を示す概略配管図（図８対応図）

符号の説明

Ａ 搬送管
Ｂ 浚渫作業船（土砂排出作業船）
Ｄ ダム
Ｎ 第１噴射ノズル（混相流噴出手段）
Ｎ′ 第２噴射ノズル（混相流噴出手段）
Ｎｗ 水噴射ノズル（加圧水流噴出手段）
ｏ 開口
Ｒ 河川水域（排出場所）
Ｓ サイフォン管（土砂排出管）
Ｕ 可動吸込管
Ｕｅ 吸込口
Ｘ 混相流供給装置
１ 堆積土砂
２ 船体
１００ 混相流発生装置
１０１ 加圧水流発生装置

Claims (9)

1. 土砂排出管（Ｓ）の上流端に開口した吸込口（Ｕｅ）を水底又はその近傍に臨ませて、その吸込口（Ｕｅ）より水底の堆積土砂（１）を水と共に土砂排出管（Ｓ）内に吸込み、その吸い込んだ土砂（１）及び水を土砂排出管（Ｓ）内を通して、該水底から離れた所定の排出場所（Ｒ）まで流動させるようにした土砂排出方法において、
   水とその水中に混在させた無数の微細気泡とよりなる混相流を、吸込口（Ｕｅ）近くの土砂排出管（Ｓ）に設けた混相流噴出手段（Ｎ）から水底の堆積土砂（１）に向けて噴出させて、その混相流中の無数の微細気泡の一部が、該土砂（１）及び水と一緒に吸込口（Ｕｅ）より土砂排出管（Ｓ）内に吸い込まれ且つ土砂排出管（Ｓ）内を流動するようにしたことを特徴とする、土砂排出方法。
2. 土砂排出管（Ｓ）の上流端に開口した吸込口（Ｕｅ）を水底又はその近傍に臨ませて、その吸込口（Ｕｅ）より水底の堆積土砂（１）を水と共に土砂排出管（Ｓ）内に吸込み、その吸い込んだ土砂（１）及び水を土砂排出管（Ｓ）内を通して、該水底から離れた所定の排出場所（Ｒ）まで流動させるようにした土砂排出方法において、
   水とその水中に混在させた無数の微細気泡とよりなる混相流と、加圧水流とを、吸込口（Ｕｅ）近くの土砂排出管（Ｓ）に設けた混相流噴出手段（Ｎ）及び加圧水流噴出手段（Ｎｗ）からそれぞれ水底の堆積土砂（１）に向けて噴出させて、該混相流中の無数の微細気泡の一部が、該土砂（１）及び水と一緒に吸込口（Ｕｅ）より土砂排出管（Ｓ）内に吸い込まれ且つ土砂排出管（Ｓ）内を流動するようにしたことを特徴とする、土砂排出方法。
3. 土砂排出管（Ｓ）の上流端に開口した吸込口（Ｕｅ）を水底又はその近傍に臨ませて、その吸込口（Ｕｅ）より水底の堆積土砂（１）を水と共に土砂排出管（Ｓ）内に吸込み、その吸い込んだ土砂（１）及び水を土砂排出管（Ｓ）内を通して、該水底から離れた所定の排出場所（Ｒ）まで流動させるようにした土砂排出方法において、
   水とその水中に混在させた無数の微細気泡とよりなる混相流を、土砂排出管（Ｓ）に設けた混相流噴出手段（Ｎ′）から土砂排出管（Ｓ）内に噴出させて、その混相流中の無数の微細気泡が、吸込口（Ｕｅ）より土砂排出管（Ｓ）内に吸い込まれた土砂（１）及び水と一緒に土砂排出管（Ｓ）内を流動するようにしたことを特徴とする、土砂排出方法。
4. 前記混相流噴出手段（Ｎ′）は、前記土砂排出管（Ｓ）の内周壁底部に開口（ｏ）し、その開口方向が下流側に向かって上方に傾斜した噴射ノズルより構成されることを特徴とする、請求項３に記載の土砂排出方法。
5. 前記混相流噴出手段（Ｎ′）は、前記吸込口（Ｕｅ）近くの前記土砂排出管（Ｓ）に設けられることを特徴とする、請求項３又は４に記載の土砂排出方法。
6. 前記微細気泡は、その直径が１００μ以下であることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の土砂排出方法。
7. 前記微細気泡は、空気の気泡、または少なくとも酸素ガスを含むガスの気泡であることを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載の土砂排出方法。
8. 前記水底はダム（Ｄ）の水底であり、また前記排出場所は、前記ダム（Ｄ）の下流側に在って該ダム（Ｄ）よりも低水位の河川水域（Ｒ）であり、前記ダム（Ｄ）の水底に堆積する土砂を水と共に前記土砂排出管（Ｓ）内にサイフォン作用で吸込み、その土砂排出管（Ｓ）を通して前記河川水域（Ｒ）まで流動させ、そこに放流するようにしたことを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の土砂排出方法。
9. 前記請求項８に記載の方法の実施に使用すべく、前記ダム（Ｄ）の水面上を移動可能な土砂排出作業船であって、
   その船体（２）には、前記吸込口（Ｕｅ）を上流端に有する可動吸込管（Ｕ）が、該吸込口（Ｕｅ）を水中で昇降可能として設けられていて、この可動吸込管（Ｕ）と、その可動吸込管（Ｕ）の下流端に一端が接続され且つその他端が前記河川水域（Ｒ）に連通可能な搬送管（Ａ）とで前記土砂排出管（Ｓ）が構成され、
   更に前記混相流を前記混相流噴出手段（Ｎ，Ｎ′）に供給し得る混相流供給装置（Ｘ）を備えたことを特徴とする、土砂排出作業船。
   

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