JP2006214092A - 水底堆積土砂の輸送方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水底に堆積した土砂を簡単な構造で広範囲に集めて輸送することができる水底堆積土砂の輸送方法およびその装置を提供すること。
【解決手段】 側面部に開口部２２を備えた可撓性の掃流管２１の開口部２２を塞ぐように堆積した土砂Ｓの上に置き、この掃流管２１の基端部２１ｂに吸引管２８を連結して先端開口２１ａから基端部２１ｂに水流形成手段２９で水流を形成して開口部２２に面する堆積土砂Ｓを掃流しながら吸引輸送することで、この掃流管２１の先端開口２１ａを中心に形成される堆積土砂Ｓの円錐状の窪みにその可撓性で追従させ、先端の大きな沈み込みと周囲の土砂の崩れ落ちにより、２次元形状の掃流管２１で、円錐状の３次元的な広範囲の排砂できるようになる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、水底堆積土砂の輸送方法およびその装置に関し、ダム貯水池などの水底に堆積した土砂を簡単な構造で広範囲から集めて輸送できるようにしたものである。

水底に堆積する土砂を輸送する必要のある場合のひとつに、治水や利水、あるいは発電のために河川をダムによってせき止めて形成した貯水池に運搬されて次第に堆積する土砂がある。

この土砂の堆積は予め想定され、一般に１００年間で堆積する高さや量を、図５（ａ）に示すように、計画堆砂位や計画堆砂量としているが、これらを越えて貯水池に土砂が堆積すると、有効に利用できる有効貯水量が減少するとともに、下流への土砂の供給が減り、河床低下や海岸侵食（砂浜痩せ）が生じてしまう。

このため、堆積土砂をバケットや浚渫ポンプで吸引することで浚渫して水面上に揚げ、トラックなどで運搬して有効貯水量を回復させることが行われたり、同図に示すように、ダム堤体１の計画堆砂位より下方に排砂管２と排砂ゲート３からなる排砂設備４を設けて堆積位が排砂管２より高くなったときに排砂ゲート３を開いて堆積した土砂を流出させることが行われている。

しかし、有効貯水量を回復するため、浚渫して浚渫土砂をトラックなどで輸送する方式では、土砂移動のために人工的なエネルギーを必要とするとともにコストがかかるので、下流への土砂供給が経済上難しいことが多い。

一方、排砂設備４を使って土砂を下流に流す方式では、浚渫土砂輸送方式に比べ人工的なエネルギーを必要としない点および下流への土砂供給の点で優れるものの、図５（ｂ）に示すように、排砂管２の呑み口近傍の土砂しか流すことができない。

そこで、特許文献１の静水圧を利用した水中堆積物の流送方法では、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、堆積物Ｓの中に開口付きのパイプ５を埋設し、上流端５ａの開口部を水中に位置させるとともに、下端部５ｂをダム１を貫通させるように配置することにより静水圧差が生じるようにし、この上流端５ａの開口部から入った水が管５内を流れるのに伴って生じる負圧により開口５ｃの周囲の堆積物Ｓを管５内に吸引しながら送り出すようにする方法が開示されている。

また、特許文献２の貯水池の排砂方法では、ダム１の排砂ゲート３を用いずに排砂を行う方法として、図７に示すように、堆積された土砂Ｓの表面にシート状部材６を敷設し、このシート状部材６の裏面の中心に吸引管７を設けてこの中心から水をサイホン現象などを利用して吸引することで、シート状部材６と堆積された土砂Ｓの間に水流を発生させ、その掃流作用（流れによって掃い除く作用）により土砂を吸引して輸送する方法が開示され、これによりすり鉢状の窪みを形成するようにしている。
特開２００２−２９４６７７号公報 特開２００４−２７０２５６号公報

ところが、特許文献１の方法では、開口５ｃ付のパイプ５を堆積土砂Ｓに埋設する必要があり、新設ダムでは、予めダム貯水池の底部に敷設することで比較的容易に敷設できるものの、既設のダムに対しては、堆積された土砂Ｓを掘削するなどして埋設しなければならずパイプ５を簡単に敷設することができないという問題がある。

また、開口５ｃ付のパイプ５の下流側５ｂをダム堤体１を貫通させる必要があり、新設ダムでないと設置が困難であり、既設のダム１に設置しようとすれば、貯水池の全量を排水するか、水中配管工事を行わなければならないという問題がある。

さらに、排砂できる範囲がパイプ５に沿った固定された範囲だけであり、広範囲に排砂しようとすると、パイプ５を分岐したり、移動しなければならないという問題がある。

また、特許文献２の方法では、堆積した土砂の表面にシート状部材６を敷設して排砂するので、既設のダムであっても排砂できるとともに、貯水池の任意の場所で排砂ができ、シートの面積に応じた広い範囲から排砂ができるものの、たとえば直径が１００ｍの大きなシート状部材６を水中で展開したり、その敷設位置を移動することがかなり困難な作業になるという問題がある。

この発明は、かかる従来技術の課題に鑑みてなされたもので、水底に堆積した土砂を簡単な構造で広範囲に集めて輸送することができる水底堆積土砂の輸送方法およびその装置を提供しようとするものである。

上記従来技術が有する課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、堆積した土砂の表面に下面の開いた管を置き、基端部にポンプなどの吸引力を持つ管を接続し、水を吸引すると、下面の開いた管内を流れる水がその開いた部分に露出する土砂を掃い除くようにして管内に吸引して輸送することが可能となるが、下面の開いた管に発生する掃流力は吸引側と反対の先端部側が大きく、これによって先端部側の堆積土砂が大きく窪むように排砂される。

このとき、下面の開口した管が剛体であると、大きな窪みに位置する管の先端部から水だけが吸引されて排砂が進行しなくなるが、下面が開口した管に可撓性を持たせておくと、窪みに追従して管の先端部が沈み込んで行きながら周囲の土砂が管の方に崩れ落ちて排砂を進行させることができ、これにより、円錐状の窪みを形成して広範囲の排砂が可能となることを見出し、この発明を完成したものである。

すなわち、下面が開口した管で堆積した土砂の表面から吸引しようとすると、吸引した窪みに応じて開口を移動しなければならず、移動させない限り、ごく狭い範囲しか吸引排砂することができなかったが、この発明では、２次元形状の長い下面の開口した可撓性のある管を用いることで、円錐状の３次元的に広範囲に排砂できるようにするものである。

このような見地に基づく、この発明の請求項１記載の水底堆積土砂の輸送方法は、ダム貯水池などの水底に堆積した土砂を輸送するに際し、前記堆積土砂面上に、底面部に開口部を備えた可撓性の掃流管を当該開口部を塞ぐように置き、この掃流管の基端部に吸引管を連結して先端部から基端部に水流を形成し、前記開口部に面する前記堆積土砂を掃流しながら吸引し、この掃流管の先端部を中心に形成される前記堆積土砂の円錐状の窪みに沿わせて吸引しながら輸送するようにしたことを特徴とするものである。

この水底堆積土砂の輸送方法によれば、底面部に開口部を備えた可撓性の掃流管の開口部を塞ぐように堆積した土砂の上に置き、この掃流管の基端部に吸引管を連結して先端部から基端部に水流を形成して開口部に面する堆積土砂を掃流しながら吸引輸送することで、この掃流管の先端部を中心に形成される堆積土砂の円錐状の窪みにその可撓性で追従させ、先端部の沈み込みと周囲の土砂の崩れ落ちにより、２次元形状の掃流管で、円錐状の３次元的な広範囲の排砂できるようにしている。

また、この発明の水底堆積土砂の輸送方法は、前記掃流管とその周囲の前記堆積土砂の表面とをシート状部材で覆うようにしたり、前記掃流管内に形成する水流を、吸引ポンプ、サイホン現象、落差のいずれかで形成するようにすることを特徴とするものであり、一層確実に掃流吸引ができるようにしたり、掃流吸引に必要な水流を確保できるようにしている。

さらに、この発明の請求項４記載の水底堆積土砂の輸送装置は、ダム貯水池などの水底に堆積した土砂を輸送する装置であって、底面部に開口部を備えかつ可撓性を有し当該開口部を塞ぐように前記堆積土砂面上に置かれ前記開口部に面する前記堆積土砂の掃流吸引にともなって堆積土砂の窪みに沿わせる掃流管と、この掃流管の基端部に連結される吸引管と、この吸引管および前記掃流管の先端部から基端部に前記掃流吸引用の水流を形成する水流形成手段とからなることを特徴とするものである。

この水底堆積土砂の輸送装置によれば、底面部に開口部を備えた可撓性の掃流管の開口部を塞ぐように堆積した土砂の上に置き、この掃流管の基端部に吸引管を連結して先端部から基端部に水流形成手段で水流を形成して開口部に面する堆積土砂を掃流しながら吸引輸送することで、この掃流管の先端部を中心に形成される堆積土砂の円錐状の窪みにその可撓性で追従させ、先端部の大きな沈み込みと周囲の土砂の崩れ落ちにより、２次元形状の掃流管で、円錐状の３次元的な広範囲の排砂できるようになる。

また、この発明の水底堆積土砂の輸送装置は、前記掃流管とその周囲の前記堆積土砂の表面とを覆うシート状部材を設けたり、前記可撓性の掃流管を、底面部に開口部を形成した蛇腹管、底面部に開口部を備えた管部材およびこれらを連結する蛇腹管部材、底面部に開口部を備えた管部材およびこれらの側部を回動可能に連結する連結部材、のいずれかで構成したり、前記掃流管内に水流を形成する水流発生手段を、吸引ポンプ、サイホン現象、落差のいずれかで構成したことを特徴とするもので、これらにより、一層確実に掃流吸引ができるようになり、あるいは掃流管に可撓性を持たせることができ、さらには掃流吸引に必要な水流を確保できるようになる。

この発明の請求項１記載の水底堆積土砂の輸送方法によれば、底面部に開口部を備えた可撓性の掃流管の開口部を塞ぐように堆積した土砂の上に置き、この掃流管の基端部に吸引管を連結して先端部から基端部に水流を形成して開口部に面する堆積土砂を掃流しながら吸引輸送するようにしたので、この掃流管の先端部を中心に形成される堆積土砂の円錐状の窪みにその可撓性で追従させることができ、先端部の沈み込みと周囲の土砂の崩れ落ちにより、２次元形状の掃流管で、円錐状の３次元的な広範囲の排砂をすることができる。

また、請求項２記載の発明によれば、一層確実に掃流吸引ができ、請求項３の発明によれば、掃流吸引に必要な水流を確保することができる。

さらに、この発明の請求項４記載の水底堆積土砂の輸送装置によれば、底面部に開口部を備えた可撓性の掃流管の開口部を塞ぐように堆積した土砂の上に置き、この掃流管の基端部に吸引管を連結して先端部から基端部に水流形成手段で水流を形成して開口部に面する堆積土砂を掃流しながら吸引輸送するので、この掃流管の先端部を中心に形成される堆積土砂の円錐状の窪みにその可撓性で追従させることができ、先端部の大きな沈み込みと周囲の土砂の崩れ落ちにより、２次元形状の掃流管の簡単な構造で、円錐状の３次元的な広範囲の排砂を行うことができる。

また、請求項５の発明によれば、一層確実に掃流吸引ができ、請求項６の発明によれば、掃流管に可撓性を持たせることができ、さらに請求項７の発明によれば、掃流吸引に必要な水流を確保することができる。

以下、この発明の一実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
図１〜図３は、この発明の水底堆積土砂の輸送装置の一実施の形態にかかり、図１は概略平面図および概略横断面図、図２はそれぞれ掃流管の概略正面図および側面図、図３はそれぞれ水流形成手段の概略構成図である。

この水底堆積土砂の輸送装置２０は、例えば図３に示すように、ダム１でせき止められた貯水池８に設置され、堆積する土砂Ｓをダム１の下流側に排出するための排砂設備として用いられる。

この水底堆積土砂の輸送装置２０は、貯水池８の底部分の地山に堆積した堆積土砂Ｓ上に置かれる掃流管２１を備えており、この掃流管２１は、図２に示すように、側面部（管としての側面部であり、堆積土砂の輸送状態では底面部となる。以下、同様）に開口部２２を備えるとともに、長手方向に撓むことができる可撓性を備えて構成されている。

この側面部に開口部２２を備えるとともに、可撓性を備える掃流管２１としては、例えば図２（ａ）に示すように、蛇腹管２３の側面部の一部を切り欠いて開口部２２を形成したものや、図２（ｂ）に示すように、溝型鋼により側面部に開口部２２を備える短い管部材２４と、切り欠きのない蛇腹管部材２５や一部を切り欠いた蛇腹管材２５とを交互に連結したもの、あるいは図２（ｃ）に示すように、溝型鋼により側面部に開口部２２を備える短い管部材２４に、連結部２６を設けてピン２７で連結したもの等で構成される。

そして、これらのそれぞれの掃流管２１では、開口部２２および先端開口２１ａ以外から水や土砂などを吸引しないように、溝型鋼の管部材２４と蛇腹管部材２５の連結部分や連結部２６を設けてピン２７で連結する場合の管部材２４同士の連結部分に図示しないシール部材を設けるなど、掃流管２１が撓んだ状態でもシール状態を保持できるようにしてある。

なお、これら掃流管２１の断面形状や開口部２２の大きさや形状は、貯水池の水面上のポンプ船などから堆積土砂の表面に置く場合に、開口部２２を下にして堆積土砂で塞ぐことができれば良く、図示例のものに限らず適宜決定すれば良い。

この掃流管２１はその側面部の開口部２２を貯水池８に堆積した土砂Ｓの上に開口部２２が底面部となって塞がれるように置いて使用され、堆積土砂Ｓが吸引されることによって変化する堆積土砂Ｓの表面、すなわち円錐状の窪みに沿って追随できる可撓性を備えるようにしてある。

この掃流管２１の基端部２１ｂには、吸引管２８を介して掃流管２１（および吸引管２８）内に先端開口２１ａから基端部２１ｂに向かう水流を形成する水流形成手段２９が接続されている。

この水流形成手段２９としては、例えば図３（ａ）に示すように、貯水池８の水面上のポンプ船３０のポンプ３０ａで構成してダム堤体一の上端を乗越えるように配管した排砂管３１を介してダム下流側に排砂するようにしたり、図３（ｂ）に示すように、サイホン３２で構成して排砂管３１と接続してダム下流側に排砂するようにしたり、図３（ｃ）に示すように、ダム堤体１を貫通する貫通排砂管３３で構成して水位差（落差）を利用して水流を形成し、貫通排砂管３３を介してダム下流側に排砂するようにする。

なお、ダム堤体１を貫通する貫通排砂管３３は、堆積土砂Ｓの堆積面より高い標高にあっても良く、掃流管２１内に先端開口２１ａから基端部２１ｂに向かう水流を形成できれば良い。

また、この水底堆積土砂の輸送装置２０では、堆積土砂Ｓの表面上に置かれる掃流管２１とその周囲の堆積土砂Ｓの表面を覆ってシート状部材３４が設けられ、掃流管２１での吸引により崩れ落ちて変形する堆積土砂Ｓの窪み表面への追随性を向上するとともに、水だけを吸引しないようにしてある。

次に、このように構成した水底堆積土砂の輸送装置２０の動作とともに、輸送方法について、図４に示す排砂工程図にしたがって説明する。
まず、側面部に開口部２２を備え可撓性を有する掃流管２１の基端部２１ｂに吸引管２８を接続し、掃流管２１を貯水池８の作業船上から堆積土砂Ｓの表面上に開口部２２が下となり、開口部２２が堆積土砂Ｓで塞がれるように置く。
このとき、掃流管２１の先端開口２１ａが排砂しようとする場所の中心（円錐状の窪みの中心）に位置するようにする（図４（ａ）参照）。

そして、吸引管２８に水流形成手段２９として、例えばポンプ船３０のポンプ３０ａを接続し、掃流管２１の先端開口２１ａから基端部２１ｂに向かって水流が形成されるようにする。

さらに、必要に応じて掃流管２１とその周囲の堆積土砂Ｓを覆うようにシート状部材３４を敷設する。

こののち、ポンプ船３０のポンプ３０ａを運転して吸引管２８に吸引力を発生させ、掃流管２１の先端開口２１ａから貯水池８の水を吸引し基端部２１ｂに向かう水流を形成する。

この吸引管２８が水の吸引を始めると、掃流管２１を流れる水がその開口部２２に露出する堆積土砂Ｓを掃流（流れによって掃い除くことをいう）して吸引管２８に送り込む。

この掃流管２１に生じる掃流力は掃流管２１の先端開口２１ａの方が大きいので、先端開口２１ａの方の堆積土砂Ｓの排砂量が多く、その窪みに掃流管２１の周囲の堆積土砂Ｓが崩れ落ちるとともに、可撓性を備える掃流管２１の先端開口２１ａが、より先に窪み表面に沿って沈み込むようになって連続的に堆積土砂Ｓが吸引輸送される（図４（ｂ）参照）。

こうして、吸引管２８を介して掃流管２１内に水流を形成して吸引を続けることで、掃流管２１の先端開口２１ａを中心とする円錐状の窪みを形成しながら堆積土砂Ｓを掃流し、吸引して輸送することができ、所定の深さの円錐状の窪みが形成されるまで排砂を行う（図４（ｃ）参照）。

さらに、堆積土砂Ｓの吸引輸送を行う場合には、掃流管２１を移動して再び開口部２２を堆積土砂Ｓで塞ぐように置き、同様の工程を繰り返すようにする。

このような水底堆積土砂の輸送方法およびその装置２０によれば、掃流管２１および吸引管２８による２次元形状の装置で堆積土砂Ｓを円錐状の窪みの３次元的に広範囲に吸引輸送することができ、従来の特許文献１の貯水池底部に予め埋設した開口付きパイプで排砂する場合のように、予めパイプを埋設したり、排砂エリアが固定されたパイプの近傍に限られることもなく、任意の場所に掃流管２１を置くだけで堆積土砂Ｓを広範囲に吸引して輸送することができる。

なお、掃流管および吸引管により堆積土砂を円錐状の窪みを形成しながら吸引輸送できることを模型実験により確認している。

また、従来の特許文献２の堆積した土砂の表面にシート状部材を敷設して排砂する場合のような直径１００ｍ等の大きなシート状部材を水中で展開したり、その敷設位置を移動することなく、この水底堆積土砂の輸送方法およびその装置２０によれば、掃流管２１および吸引管２８により掃流管２１の長さを円錐の母線長さとする広範囲の堆積土砂Ｓの吸引輸送を行うことができる。

さらに、この水底堆積土砂の輸送方法およびその装置２０によれば、水流形成手段２９としてサイホン３２を用いる場合や貫通排砂管３１による水位の落差を利用する場合には、吸引排砂に必要なエネルギーを必要とせずに吸引排砂することができる。

この発明の水底堆積土砂の輸送装置の一実施の形態にかかる概略平面図および概略横断面図である。 この発明の水底堆積土砂の輸送装置の一実施の形態にかかるそれぞれ掃流管の概略正面図および側面図である。 この発明の水底堆積土砂の輸送装置の一実施の形態にかかるそれぞれ水流形成手段の概略構成図である。 この発明の水底堆積土砂の輸送方法の一実施の形態にかかる排砂工程の説明図である。 ダムの貯水池と排砂設備の説明図および排砂管近傍の排砂模式図である。 従来の水中堆積物の流送設備の概略構成図および部分拡大図である。 従来の貯水池の排砂装置の概略構成図である。

符号の説明

１ ダム堤体
８ 貯水池
２０ 水底堆積土砂の輸送装置
２１ 掃流管
２１ａ 先端開口
２１ｂ 基端部
２２ 開口部
２３ 蛇腹管（掃流管）
２４ 短い管部材
２５ 蛇腹管部材
２６ 連結部
２７ ピン
２８ 吸引管
２９ 水流形成手段
３０ ポンプ船
３０ａ ポンプ
３１ 排砂管
３２ サイホン
３３ 貫通排砂管
３４ シート状部材
Ｓ 堆積土砂

Claims (7)

1. ダム貯水池などの水底に堆積した土砂を輸送するに際し、
   前記堆積土砂面上に、側面部に開口部を備えた可撓性の掃流管を当該開口部を塞ぐように置き、この掃流管の基端部に吸引管を連結して先端部から基端部に水流を形成し、前記開口部に面する前記堆積土砂を掃流しながら吸引し、この掃流管の先端部を中心に形成される前記堆積土砂の円錐状の窪みに沿わせて吸引しながら輸送するようにしたことを特徴とする水底堆積土砂の輸送方法。
2. 前記掃流管とその周囲の前記堆積土砂の表面とをシート状部材で覆うようにしたことを特徴とする請求項１記載の水底堆積土砂の輸送方法。
3. 前記掃流管内に形成する水流を、吸引ポンプ、サイホン現象、落差のいずれかで形成するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の水底堆積土砂の輸送方法。
4. ダム貯水池などの水底に堆積した土砂を輸送する装置であって、
   側面部に開口部を備えかつ可撓性を有し当該開口部を塞ぐように前記堆積土砂面上に置かれ前記開口部に面する前記堆積土砂の掃流吸引にともなって堆積土砂の窪みに沿わせる掃流管と、
   この掃流管の基端部に連結される吸引管と、
   この吸引管および前記掃流管の先端部から基端部に前記掃流吸引用の水流を形成する水流形成手段とからなることを特徴とする水底堆積土砂の輸送装置。
5. 前記掃流管とその周囲の前記堆積土砂の表面とを覆うシート状部材を設けたことを特徴とする請求項４記載の水底堆積土砂の輸送装置。
6. 前記可撓性の掃流管を、側面部に開口部を形成した蛇腹管、側面部に開口部を備えた管部材およびこれらを連結する蛇腹管部材、側面部に開口部を備えた管部材およびこれらの側部を回動可能に連結する連結部材、のいずれかで構成したことを特徴とする請求項４または５記載の水底堆積土砂の輸送装置。
7. 前記掃流管内に水流を形成する水流発生手段を、吸引ポンプ、サイホン現象、落差のいずれかで構成したことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の水底堆積土砂の輸送装置。
   
   
   

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