JP2010281153A - 液中堆積物の流送排出設備 - Google Patents

Abstract

【課題】ショートカットの発生を効果的に抑制ないし防止して、効率的な水中堆積物の流通排出をより確実に安定して行う。
【解決手段】上流開放端末を液体中の堆積物より上方液中に突き出し、且つ下側に開口部を有する管水路内の下流部における圧力低下を緩和し、ショートカットの発生を防ぐ圧力低下の緩和装置を設けた流送排水設備とする。
【選択図】図１

Description

この出願の発明は、タンク、沈砂池、水槽、池、堆砂池、貯水池、ダム湖、湖、海、送水トンネル、送水路など流体を貯留、送流する施設や場所に溜まった沈殿物、堆積物、集積物を吸引・流送・排出させる装置に関するものである。

流体を貯留、流送する施設などでは沈殿物や堆積物の排出除去作業が施設維持の効率上、運営上必要となる。特に近年、ダムの堆砂問題は深刻であり、その効率的な処理がダムや貯水池、用水池の利用容量の維持や、利用寿命を延ばすことからも必要となっている。

このような社会的要請に対し、本発明者は、これまでに知られていない革新的技術として、水中の沈殿物、堆積物、または集積物の中に、開口付きパイプを埋設し、上流端または上流部の開口部を水中に位置させることにより、上流端または上流部の水中にある開口から入った水が管路内を流れるに伴い生じる管路内の負圧により開口周囲の沈澱物、堆積物または集積物を管内に吸引しながら出口へと送り出すようにする方法とそのための設備をすでに提案している（たとえば特許文献１および２を参照）。

これによって、ダムなどの貯溜施設の沈澱物、堆積物を、新たなエネルギーを必要とすることなく、貯水池の濁流発生を抑え、広範囲に亘り効率的に排出することを可能としている。従来、敷設、補修に際してこれに付随していた必要とする大掛かりな工事や設備を不要とし、また、時期を選ばずに容易に排出可能とし、安いコストで効率的な排出を可能とする。

すでに提案しているこの方法、設備については、たとえば図１にその概要を例示したように、水面１下において、上流開放端末５を液体中の上部堆積土砂６より上に突き出し、且つ下側開口部４を持つ管水路２と下流の排送管路３を持つ排砂施設として考えることができる。この施設では、堆積土砂６を液体とともに管水路２の下側開口部4から吸引し、下流の排送管路3に流下させる。この時管水路９上部に乗っている堆積土砂６は、図中に矢印でも示したように、すり鉢状に斜面崩壊を起こしながら管水路２の吸引点９で吸引され排出される。この吸引点９は、上流から下流への土砂排出進行途中にあることを示しており、吸引点９は、管水路２の上流側から下流側へと順次自然に進行し、すり鉢状斜面も上流から下流へと進行する。

特開２００２−２９４６７７号公報 特開２００５−１６２９４号公報

前記の方法、設備は画期的なものと言えるが、本発明者によるその後の検討によれば、より確実に安定して土砂の流送排出を行うための課題が見出されている。

すなわち管水路２内に過大な吸引圧力が発生すると、管水路２の上流の吸引点９の進行によって上部堆積土砂７が排出されるだけでなく、管水路２の下流部でも吸引点１０が発生し上部堆積土砂８を吸引することがある。この時、管水路２下流部の吸引点１０での土砂吸引が大きく成長すると、管水路の中流部の上部堆積土砂６Ａを取り残すことがしばしば発生する。この現象をショートカットと呼ぶ。ただし、このショートカットが発生しても、管水路中上流側のかなりの上部堆積土砂６の排出はなされるため、好ましい現象ではないが、この管水路２の機能にとっては致命的ではない。しかし、より理想的な土砂排出にとってはこのショートカット現象を防ぐことが必要となる。

このショートカット現象の発生については次のように考察される。

通常の吸引排出時においては、管水路２外側と内側の圧力差が管水路２下側の開口部４での土砂流の吸引圧力となる。この圧力差は管水路２上流の吸引点９では土砂混じり液体の管水路２内への吸引ロスのみであるが、管水路２下流の開口部４ではこの吸引ロスと管水路２上流の土砂を吸引している吸引点９位置より管水路２下流の当該開口部４までの流送ロス（土砂まじり液体と管水路２内面との摩擦ロス）との合わさったものである。吸引排出時には、しばしば管水路２上流の吸引点９付近のすり鉢状の斜面を落下してきた大量の土砂が下流開口部４の吸引点９付近を完全にではないが一部をふさぐ。この時管水路２内の土砂流は流れの慣性によって下流に流れようとするので、非常に短時間ではあるが上流の吸引点９付近が部分的に蓋をされた状態のために下流管水路２内圧力が大きく低下する。即ち、蓋効果による吸引ロスが大きくなって下流管水路２内圧力の大きな低下となる。この圧力低下が管水路２下流部の下側開口部４での吸引圧力となり、そこに吸引点１０を新たに発生させ土砂吸引を開始させる。念のために説明すると、上流吸引点９付近の崩壊土砂は短時間に吸引流送されるためにこの圧力低下状態は非常に短時間で解消されるが、この現象が繰り返し発生すると下流での吸引点１０が発達し、上部堆積土砂８の排出にともなうすり鉢状の土砂崩落くぼみを発達させてショートカットが発生する。

そこで、本発明は、以上のような背景から、ショートカットの発生を効果的に抑制ないし防止して、効率的な水中堆積物の流通排出をより確実に安定して行うことのできる改善された技術手段を提供することを課題としている。

本発明は上記課題を解決するための手段として、次のことを特徴としている。

第１：上流開放端末を液体中の堆積物よりも上方液中に突き出し、且つ下側に開口部を有する管水路によって堆積物の流送排水を行う設備において、下流部の管水路内の圧力低下を緩和し、ショートカットの発生を防ぐ圧力低下の緩和装置を設ける。

第２：圧力低下の緩和装置として圧力低下の緩和調整タンクを用いる。

第３：圧力低下の緩和装置として圧力低下の緩和給水パイプを用いる。

この出願の発明では、排送管路でのショートカットの発生可能性を減少させ、下側に開口部を持つ管水路に沿って吸引点を上流から下流へと順調に進行させることでより効率的な排砂が可能となる。

本発明の流送排出設備の基本構成とこれまでのもののショートカット発生の課題について例示した概要図である。 本発明の実施形態として、圧力低下の緩和調整タンク１１の例を示した概要図である。 別の実施形態として、圧力低下の緩和給水パイプ１４の例を示した概要図である。

本発明においては、前記のとおりの管水路内の圧力低下を緩和してショートカットの発生を防ぐ圧力低下の緩和装置を設けることを特徴としているが、この緩和装置の配設位置は管水路の最下流開口部より上流側で、前記図１における吸引点９の下流方向への進行中の過度な圧力低下にともなう吸引点１０を発生させないように、また発生させたとしてもその影響をより小さなものとするように、配置する。

前記緩和装置としては各種であってよいが、本発明においては以下の実施の形態を例示することができる。

図２は、図１の流送排出設備に設けた圧力低下の緩和調整タンク１１の実施形態を例示した概要図である。

この設備では、前述の斜面崩落土砂の蓋効果によって管水路２内に過度の圧力低下が発生した時、管水路２内の液体の圧力低下に対応してタンク１１内の液体を自動的に管水路２に供給することで、管水路２内の過度の圧力低下を緩和する。

圧力低下の緩和調整タンク１１はタンク内が空気１２と液体１３の部分に上下に密度の違いによって分離した状態で加圧保持されている。管水路２内の圧力が低下すると、タンク１１内の圧力が高い分だけ液体１３を管水路２内に供給し、管水路２内の圧力低下を緩和する。当初この圧力低下の緩和調整タンク１１を気中でセットしておくと、水位の上昇に伴って管水路２内と同じ圧力まで加圧された状態で、空気１２は加圧され体積を縮小し、液体１３はタンク１１内に進入した状態となる。前述の斜面崩落土砂の蓋効果によって管水路２内の圧力が低下すると、タンク１１内の液体１３は管水路２に流れ出し、管水路２内の圧力低下を緩和し、過度の圧力低下を防止する。管水路２内の過度の圧力低下は非常に短時間で解消されるが、この時はタンク１１内の空気１２は管水路２内の圧力上昇に対応して、収縮し、管水路２内の液体が自動的にタンク１１に逆流し、過度の圧力低下前の状態に戻る。

このような圧力低下の緩和調整タンク１１と同様の機能は、たとえば図３にその概要を例示した圧力低下の緩和給水パイプ１４の設置によっても実現することができる。

この設備では、前述の斜面崩落土砂の蓋効果によって管水路２内に過度の圧力低下が発生した時、管水路２内の液体の圧力低下に対応して圧力低下の緩和給水パイプ１４を通じて、液体を自動的に管水路２に供給することで、管水路２内の液体の圧力低下を緩和する。圧力低下の緩和給水パイプ１４は、たとえば、途中にエアー抜きパイプ１８を持ち、圧力調整タンク１５に繋がっている。圧力調整タンク１５は下部に圧力調整ボール１６を介した吸水口１７を持つ。管水路２を敷設時に本装置を設置する。水位の上昇時に、エアー抜きパイプ１８より空気を本装置から取り除き、その後はエアー抜きパイプ１８は閉じておく。排砂時に、前述の斜面崩落土砂の蓋効果によって管水路２内の圧力が低下すると、管水路２内の圧力が過度に低下する。この時、圧力低下の緩和給水パイプ１４および圧力調整タンク１５内の圧力も低下する。圧力調整タンク１５内の圧力が低下すると、液体が吸水口１７より供給を受け、圧力低下の緩和給水パイプ１４を経て液体を管水路２に供給し、圧力低下を緩和する。圧力調整ボール１６は重さを調整しておくことで、管水路２内の圧力がある一定値以下では閉じた状態にあり、過度の圧力低下時に開くようにする。尚、説明では圧力調整ボール１６を図示しているが、圧力状態によっての開閉にはフラップゲートや、チェックバルブ、チャッキバルブなどの各種の手段が使用できる。

圧力調整ボールは通常のこれらの排砂装置の通常運用時の圧力より圧力が低下した時に開くようにするが、基本的にはこの通常運用時の圧力は本装置での静液圧から土砂混じり液体の吸引ロスと管水路内の圧力低下の緩和給水パイプ１４までの流送ロスを減じた圧力である。

この出願の発明は、前記のとおりの特徴を持つものであるが、開口部付管水路による堆積物排出工法の実施手順の目安としては、たとえば、図１〜３に示した設備に係る次の（１）〜（４）の手順、方法で行うことが例示される。
（１）沈殿物、堆積物、集積物等の上部堆積土砂６の堆積前、もしくは堆積後であれば浚渫後に、下側に開口部を有する管水路２をダム、池、湖、河川、プール、海等の底部に敷設する。
（２）この時、同時に圧力低下の緩和調整タンク１１または圧力低下の緩和給水パイプ１４を設置する。
（３）圧力低下の緩和調整タンク１１の場合は液体の水位上昇に伴って圧力低下の緩和調整タンク１１内は下側に開口部を持つ管水路２内と同圧力状態になり、空気１２部分は圧縮され、液体が圧力低下の緩和調整タンク１１内に進入した状態となる。

圧力低下の緩和給水パイプ１４の場合は液体の水位上昇に伴って圧力調整タンク１５内は下側に開口部を持つ管水路２内と同圧力状態になるがこの時エアー抜きパイプ１８より圧力低下の緩和給水パイプ１４内の空気を逃がす必要がある。その後、エアー抜きパイプ１８のバルブを閉じて圧力低下の緩和給水パイプ１４およびエアー抜きパイプ１８内を液体で充満した状態にする。
（４）堆積物の排出は排出管路３のバルブを開けて行う。

上記例では排出に池内外の水頭蓋を利用しているが、排出するエネルギーを得るために、通常使用されるポンプ、サンドポンプ、インダクションポンプなども利用される。

排出パイプの流量調節のため、閉塞の予防のため、および閉塞時の対策のため、排出パイプにはバルブ付の注水パイプを設けることもできる。

なお、液体としては水に限らず、濁水、その他液体であれば、本発明は適用できる。

１ 液体の水面
２ 下側に開口部を持つ管水路
３ 排送管路または開水路
４ 下側開口部
５ 上流開放端末
６ 上部堆積土砂
７ 吸引点９によって排出された上部堆積土砂
８ ショートカットによって排出された上部堆積土砂
９ 吸引点（上流から下流への土砂排出進行途中）
１０ 下流での吸引点（ショートカット時）＝すり鉢状の土砂崩落くぼみ
１１ 圧力低下の緩和調整タンク
１２ 圧力低下の緩和調整タンク１１内の空気
１３ 圧力低下の緩和調整タンク１１内の液体
１４ 圧力低下の緩和給水パイプ
１５ 圧力調整タンク
１６ 圧力調整ボール
１７ 吸水口
１８ エアー抜きパイプ

Claims (3)

1. 上流開放端末を液体中の堆積物より上方液中に突き出し、且つ下側に開口部を有する管水路内の下流部における圧力低下を緩和し、ショートカットの発生を防ぐ圧力低下の緩和装置を設けたことを特徴とする流送排水設備。
2. 圧力低下の緩和調整タンクを緩和装置とする請求項１の設備。
3. 圧力低下の緩和給水パイプを緩和装置とする請求項１の設備。

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