JP2006214256A - 海洋深層水の低コスト取水技術 - Google Patents

Abstract

【課題】海洋深層水を普及する上で、取水施設で取水管構造、取水口架台構造、敷設方法、取水ピット構造などの設計・施工の合理性や工事費の低減が求められている。
【解決手段】取水管の構造を安価な既製ポリエチレン管の組み立てにすることでコスト低減が可能である。また、取水口架台の構造を工夫することで大型化を可能にしながらもコスト低減が図れる。取水管に適宜重量調整用、沈降速度調整用のウェイトを設け、ワイヤーと小型船舶で取水管の位置を制御することで敷設費を大幅に低減できる。
更に、運用条件によっては、取水管に退避型二又管を採用することで、取水管防護工のコスト低減が可能である。取水ピットではＰＣウェル工法の採用により、取水量の増加と工事費の低減が可能となる。
【選択図】図２

Description

海洋深層水の取水施設で、取水管構造や敷設工法に関わる技術である。

（１）取水管の構造
取水管には、従来、鉄線や鋼帯で強度補強、重量調整をした鎧装ポリエチレン管や、適宜ウェイトを取り付けたポリエチレン管、ライニング鋼管、塩ビ管などが使われている。取水管には強度、コスト他所要の特性が求められるが、一般に高価であり、それぞれ特有の敷設条件が伴い、取水施設工事費が高価な原因になっていた。
迯目・吉原 海洋深層水取水コストの低減と事業化の研究 海洋深層水研究５−１海洋深層水利用研究会 ２００５年２月

（２）海洋深層水取水口架台
海洋深層水取水口架台は、従来、三角錐や六角錐をなし、経済性や施工性から一辺数ｍ程度の規模が多く、加工・施工しやすさからステンレスなど金属で造られていた。海底流による汚泥の舞い上がりの影響を避けるには、更に大型の取水口架台を施工性を確保しながら低コストで製造・敷設する必要があるが、ステンレスは高価な上に、長期間では錆びるなどの問題がある。

（３）海洋深層水取水管の構造と敷設方法
従来、海洋深層水取水管を敷設する方法には、取水管に応じ、リールバージ工法や浮遊曳航法などがあり、敷設位置に正確を期すため、いずれもアンカーで制御された台船を用い、敷設工事費が高くなる原因になっていた。

（４）海洋深層水取水ピット構築技術
海洋深層水取水ピットは従来、大型の地下室をなしていた。取水量増加とコスト低減の意味からは取水ポンプの位置を下げるのが効果的で、大深度ピットが望ましいのであるが、地下水位や施工コストから、現実的には、取水ピットを地下深く掘り下げることは出来なかった。

（１）取水管の製作費を大幅に低減する。
（２）海底流による汚泥の舞い上がりの影響を排除するため取水口架台を大型にするにもかかわらず、施工性を改善し、製作費を大幅に低減する。
（３）取水管の敷設費を大幅に削減する。
（４）取水量の大幅増を可能とする深い取水ピットの構築を、低コストで可能とする。

（１）取水管の構造
図１に示すように、取水管に、ポリエチレン管は重量調整用の鋼帯のウェイト、鋼帯の錆による崩落に対する防護膜、敷設時ワイヤー取り付け用のフック、沈降速度等調整用のウェイトなどを装着することで、所要の特性を満足させながら、製作費、敷設費を大幅に低減できる。
ポリエチレン管の比重は０．９５程度で海水には浮く。波浪や海底流の対する抵抗と沈降速度調整用の鋼帯などのウェイトを設ける。鋼帯は長期的には錆びる。錆びることはかまわないが、崩れ落ちることが考えられるため、それを防護する簡単な膜を設ける。
設置位置制御のため、適宜鋼帯にはフックを設け、ワイヤーを取り付ける。ワイヤー取り付け部には敷設時の沈降速度を調整するためのウェイトを設ける。

（２）取水口架台の構造
架台や取水管は海中にあっては浮力を受けるため、自重による構造部材にかかる応力は非常に小さくなる。そこで、図２に示すように、取水口架台を大型化するにも拘わらず、既製ポリエチレン管や塩ビ管の直管、異形管の組み合わせで製作することが可能で、中空部を適宜コンクリートで充填することで、重量及び沈降速度を調整し、低層流に対し安定性を保つ。これにより、大型化するにも拘わらず、必要な強度・施工性・経済性・耐久性を実現する。
また、架台ポリエチレン管内部に充填するコンクリートは根本（取水口の反対側）に多く詰めることで重心を偏心させ、海底地形・施工環境・条件がいかに悪くても、取水口が海底に向かないようにする。海底流取水管は架台中央部のポリエチレン管を通し、架台前後にストッパーを設けることで、施工時や地形や海底流による架台の回転が取水管のねじれにならないようにする。

（３）中空式ＰＣウェル取水ピット
図４に示すように、ＰＣウェル工法を用い、平面的な面積を小さくしながらも、地下水位以下深く掘削する。ウェル内部を中空にしたときの揚圧力に抵抗するため、地下水位以下の深さに応じて底版コンクリートを厚くする必要があるが、ウェル壁面にライニングコンクリートを巻くことで、底版コンクリートを薄くし、掘削深度を浅くし工事費を低減することができる。
なお、取水ピットの深さ、掘削深度、底版コンクリートの厚さ、コンクリートライニング厚さなどは、取水量の増加、ＰＣウェル躯体工事費、ポンプの電気代、地下水位、地質などから総合的に評価し決める。

海洋深層水取水施設の設計・施工の合理性により、工事費と取水コストが低減し、全国各地で数多く建設されることが期待される。

（１）取水管の製作
取水管は所定長（施工ヤードによるが例えば５０〜１００ｍ）まで陸上で融着接続し、これらを海上に曳航し、台船上で更に融着接続し全体長まで延長する。その際、海水が入らないよう取水管端部には蓋をし、海面に浮く状態で曳航する。

（２）小型船舶、ワイヤー、ウェイトによる位置制御
敷設に当たって取水管端部の蓋を取り外し、中に水を入れることで沈設する。取水管架台は中にコンクリート又は海水をを充填することで沈設する。事前に敷設箇所の地形、流況を把握し、取水管をリリース（沈設）した際の流れ・偏心を予測する。ワイヤー設置間隔、ワイヤー部に設置されるウェイト重量、取水管に取り付けるウェイト重量は、取水管の重量、比重、強度や海象条件、施工条件（沈降速度など）に応じて、適宜調整する。
図３に示すように、大型台船などを使用しないで、敷設位置をＧＰＳなどで確認しながら、取水管に取り付けたワイヤーを小型船舶で制御することで、所定の位置に敷設することが可能である。取水管や取水口架台は基本的に敷設に失敗しない構造になっているが、海底地形や障害物の状況により取水管や取水口架台の着地状況をＲＯＶで確認することも考えられる。
なお、図３では浅海域の防護工は環境面への配慮から弧状推進工法を例にしているが、工事費が負担になる場合や運用上、退避型が可能な場合は二又式退避型が経済的となる。
特願２００４−１３７９２３参照

海洋深層水は様々な産業に活用できることがいわれている。しかし、取水施設が高価で、国の補助がないとなかなか建設できないか、建設できても投資に見合う便益を期待できない状況が続いてきた。海洋深層水の活用には、先ず、取水工事費の低減が求められているが、提案する取水管、取水口架台、敷設方法、取水ピット工法により、取水工事費が事業化推進の障害でなくなり、海洋深層水取水施設が数多く建設され、地域新興と市民の健康に寄与することが期待できる。

取水管構造図 取水管の構造図である 取水口架台構造図 ポリエチレン管や塩ビ管で構築する取水口架台の構造図の例である。 取水管敷設要領図 小型船舶による取水管の敷設要領の例である 取水ピット構造図 中空式ＰＣウェル取水ピットの構造図の例である。

Claims (4)

1. ポリエチレン管に重量調整用の鋼管などを装着し、必要に応じ鋼帯の錆による崩壊に対処する防護膜を設け、必要に応じてワイヤー接続用のフックや更に重量と沈降速度調整用のウェイトを設け、融着接続した取水管
2. ポリエチレン管や塩ビ管の直管や異形管で組み立て、重量・比重調整に管内中空部を必要に応じてコンクリートで充填した取水口架台
3. 事前に取水管をリリースした際の偏心量を予測し、敷設位置をＧＰＳなどで確認しながら、取水管に取り付けたワイヤーを小型船舶で制御することで、沈降速度、取水管の軸線（平面位置）、深さを制御しながら、必要に応じて取水管の軸力を調整し、取水管を敷設する方法
4. 取水ポンプを海面下、深い位置に設置するため、ＰＣウェル工法で深く掘削し、必要に応じ、内壁に揚圧力抵抗用のコンクリートライニングを施した海洋深層水取水ピット

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