JP2014144787A - 貯水システム - Google Patents

Abstract

【課題】淡水を海中の貯水部に対し容易に出し入れできる貯水システムを提供する。
【解決手段】可撓性の袋２１からなる海中貯水部２０を海に浮かべる。陸地２に地中貯水部１０を設け、該地中貯水部１０の上端部を海中貯水部２０の設置海域の平均潮位Ｈ_４０よりも高くし、地中貯水部１０の底部を上記設置海域の平均潮位Ｈ_４０よりも低くする。海中貯水部２０と地中貯水部１０とを連通管３２にて連通する。淡水を、２つの貯水部１０，２０の水頭差に応じて、連通管３２経由で海中貯水部２０から地中貯水部１０へ、又は地中貯水部２０から海中貯水部１０へ流す。
【選択図】図１

Description

本発明は、淡水を貯蔵する貯水システムに関し、特に海中に浮かべた袋に貯水する海中貯水システムに関する。

例えば特許文献１には、可撓性の袋を海に浮かべ、この袋に淡水を溜めることが開示されている。

特開２０１２−１５３４２５号公報

しかし、特許文献１には、淡水を海中の袋にどのように入れて、どのように取り出すかの記載が無い。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、淡水を海中の貯水部に対し容易に出し入れできる貯水システムを提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明は、淡水を溜める貯水システムであって、
海に浮かべられた可撓性の袋からなる海中貯水部と、
陸地に設けられ、上端部が前記海中貯水部の設置海域の平均潮位よりも高く、かつ底部が前記平均潮位よりも低い地中貯水部と、
前記海中貯水部と前記地中貯水部とを連通し、淡水を、これら貯水部の水頭差に応じて前記海中貯水部から前記地中貯水部へ、又は前記地中貯水部から前記海中貯水部へ流す連通管と
を備えたことを特徴とする。

この特徴構成によれば、地中貯水部に淡水を海中貯水部よりも高水位になるように溜めることで、地中貯水部の淡水を連通管経由で海中貯水部に移送できる。これによって、海中貯水部に淡水を溜めることができる。淡水が必要になったときは、地中貯水部から淡水を汲み出せばよい。地中貯水部の水位が海中貯水部の水位より下がると、海中貯水部の淡水が連通管経由で地中貯水部に移送される。これによって、海中貯水部の淡水を地中貯水部を介して取り出すことができる。海中貯水部は、袋が空でない限り、常に水を蓄えておくことができる。したがって、海中貯水部からいつでも淡水を供出できる。
ここで「浮かべられた」とは、袋が沈んでおらず、すなわち海底に接することなく、又は海底に対し定着されることなく、海中を浮遊しており、潮の満ち引きに応じて上がり下がりする状態を言う。したがって、満潮から干潮に移行するときは、海中貯水部が海面と共に下方へ変位する。これによって、海中貯水部の水位を地中貯水部の水位よりも低くでき、これら貯水部の水位差（水頭差）によって、地中貯水部の淡水を連通管経由で海中貯水部に自然移送できる。また、干潮から満潮に移行するときは、海中貯水部が海面と共に上方へ変位する。これによって、海中貯水部の水位を地中貯水部の水位よりも高くできる。これら貯水部の水位差（水頭差）によって、海中貯水部の淡水を連通管経由で地中貯水部に自然移送できる。

淡水と海水の比重差によって、前記袋の内部の淡水の水位が海面より上に位置していることが好ましい。前記袋の上端部が海面より上に突出していることが好ましい。
前記地中貯水部の上端部が、前記設置海域の満潮位と対応する高さ（以下「満潮対応高さ」と称す）よりも高いことが好ましい。これによって、満潮時（海中貯水部が上下変位範囲の上端に位置する時）でも、水が地中貯水部から溢れないようにできる。
また、前記地中貯水部の底部が、前記設置海域の干潮位と対応する高さ（以下「干潮対応高さ」と称す）よりも低いことが好ましい。これによって、干潮時（海中貯水部が上下変位範囲の下端に位置する時）でも、地中貯水部に水が残っているようにできる。したがって、連通管の地中貯水部側の端部から空気が連通管内に入り込むのを確実に防止できる。言い換えると、前記地中貯水部の深さは、少なくとも前記地中貯水部の上端部の標高と干満差÷２との和であることが好ましい。前記標高にもよるが、前記地中貯水部の深さの下限は、好ましくは２ｍ、より好ましくは３ｍである。人工的に前記地中貯水部を作る場合、前記地中貯水部の深さの上限は、好ましくは２０ｍ、より好ましくは１５ｍである。

前記海中貯水部の内容積が、前記地中貯水部における前記満潮対応高さと前記干潮対応高さとの間の部分の容積（以下「部分容積」と称す）よりも大きいことが好ましく、前記海中貯水部の内容積が、前記部分容積よりも３倍以上大きいことがより好ましい。これによって、干潮時に淡水が海中貯水部から溢れるのを防止でき、淡水のロスを回避できる。また、密閉された袋の内圧が異常上昇するのを回避できる。

前記連通管のコンダクタンスが、前記設置海域の最大潮位差に対応する水頭差によって、前記部分容積分の淡水を６時間以内に前記地中貯水部から前記海中貯水部へ、又は前記海中貯水部から前記地中貯水部へ片道移送可能な大きさであることが好ましい。
これによって、潮の満ち引きに応じて、淡水を地中貯水部と海中貯水部との間で確実に行き来させることができる。

さらに、前記連通管のコンダクタンスが、前記設置海域の潮の満ち引きに因り前記海中貯水部が上下に変位することで前記海中貯水部と前記地中貯水部との間に生じる水頭差によって、前記部分容積分の淡水を６時間以内に前記地中貯水部から前記海中貯水部へ、又は前記海中貯水部から前記地中貯水部へ片道移送可能な大きさであることが好ましい。
これによって、干潮から満潮に移行する約６時間で、上記容積分の淡水を海中貯水部から地中貯水部に確実に移送できる。また、満潮から干潮に移行する約６時間で、上記容積分の淡水を地中貯水部から海中貯水部に確実に移送できる。

前記連通管の地中貯水部側の端部が、前記干潮対応高さより低所に配置されていることが好ましい。これによって、干潮時に、連通管の地中貯水部側の端部から空気が連通管内に入り込むのを防止できる。
前記連通管がサイフォン管を構成していてもよい。前記連通管の最高部が前記連通管の両端部よりも上に位置していてもよい。その場合、前記干潮対応高さから前記連通管の最高部までの高さが１０ｍ以下であることが好ましい。これによって、連通管がサイフォン管を構成する。そして、淡水をサイフォン効果によって連通管経由で地中貯水部から海中貯水部へ、又は海中貯水部から地中貯水部へ移送できる。

前記連通管の中間部が、前記連通管の両端部よりも低所に配置されていることが好ましい。さらに、前記連通管のほぼ全長にわたって下に凸になるよう配管されていることが好ましい。これによって、貯水システムの立ち上げ時には、地中貯水部の水位を少なくとも連通管の地中貯水部側の端部の位置よりも高くすれば、地中貯水部の淡水が連通管内に自然流入して、連通管の内部の流体を淡水で置換できる。更に、地中貯水部の水位を、潮位ひいては海面上の海中貯水部の袋よりも高くすれば、地中貯水部の淡水を連通管から袋に注入できる。何らかの原因で連通管の内部に空気等の気体が入り込んだとしても、或いは連通管内で気体が発生したとしても、気体と水の比重差や、地中貯水部と海中貯水部との間の水位差による連通管内の水流によって、上記気体を連通管の何れかの端部から放出でき、上記気体によって連通管内の淡水の流れが妨げられることはない。

前記海中貯水部の貯水量が、干潮時には相対的に大きく、満潮時には相対的に小さいことが好ましい。前記地中貯水部の水位が、干潮時には相対的に低く、満潮時には相対的に高いことが好ましい。干潮から満潮に移行しているときは、海中貯水部の水位が上昇して地中貯水部の水位よりも高くなることで、淡水が海中貯水部から地中貯水部に向けて流れる。よって、海中貯水部の貯水量が減るとともに地中貯水部の水位が上昇する。満潮から干潮に移行しているときは、海中貯水部の水位が下降して地中貯水部の水位よりも低くなることで、淡水が地中貯水部から海中貯水部に向けて流れる。よって、海中貯水部の貯水量が増えるとともに地中貯水部の水位が下降する。

前記袋に排出管が接続され、前記排出管には前記袋に向かう流れを阻止する逆止弁が設けられており、前記袋が、前記連通管との接続部及び前記排出管との接続部を除いて閉じられていることが好ましい。
袋が満タンのときに淡水が袋に入って来たときは、その分の淡水が排出管から排出される。これによって、袋の内圧が過度に上昇するのを回避できる。また、袋の開口部を無くすことによって、海水が上記開口部から袋の内部に流入しないようにできる。更に、逆止弁によって海水が排出管から袋の内部に流入するのを防止できる。

本発明に係る貯水システムによれば、地中貯水部と海中貯水部との間の水頭差によって、淡水を地中貯水部から連通管経由で海中貯水部に移送したり、海中貯水部から連通管経由で地中貯水部に移送したりすることができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る貯水システムの縦断面図である。 図２は、上記貯水システムの平面図である。 図３は、上記貯水システムの立ち上げモードを示す縦断面図である。 図４は、満潮時を実線にて示し、干潮時を二点鎖線にて示す、上記貯水システムの定常モードにおける縦断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る貯水システムを、立ち上げモードで示す縦断面図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係る貯水システムを示す縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１〜図４は、本発明の第１実施形態を示したものである。図１及び図２に示すように、貯水システム１は、陸地２を流れる河川３の淡水Ｗ_０を採取して海４に貯めるものであり、地中貯水部１０と、海中貯水部２０とを備えている。

図１に示すように、地中貯水部１０は、陸地２に掘られた井戸にて構成されている。井戸には必ずしも地下水が流入しなくてもよい。地中貯水部１０は、河川３の近くの地表から地中に鉛直に延びるように構築されている。地中貯水部１０の内部に淡水Ｗ_１が蓄えられている。図４に示すように、地中貯水部１０の上端部（地表側の端部）は、海中貯水部２０の設置海域の平均潮位Ｈ_４０よりも高く、地中貯水部１０の下端部（底部）は、平均潮位Ｈ_４０よりも低い。好ましくは、地中貯水部１０の上端部は、上記設置海域の満潮時の潮位Ｈ_４１（以下「満潮位Ｈ_４１」と称す）と対応する高さＨ_１１（以下「満潮対応高さＨ_１１」と称す）よりも高く、地中貯水部１０の下端部は、上記設置海域の干潮時の潮位Ｈ_４２（以下「干潮位Ｈ_４２」と称す）と対応する高さＨ_１２（以下「干潮対応高さＨ_１２」と称す）よりも低い。より好ましくは、地中貯水部１０の上端部は、上記設置海域の大潮のときの満潮対応高さＨ_１１よりも高く、地中貯水部１０の下端部は、上記設置海域の大潮のときの干潮対応高さＨ_１２よりも低い。
なお、満潮対応高さＨ_１１は、後述する定常モードにおける満潮時の地中貯水部１０の水位に相当し、満潮位Ｈ_４１とほぼ同じか満潮位Ｈ_４１に近い高さになる。また、干潮対応高さＨ_１２は、後述する定常モードにおける干潮時の地中貯水部１０の水位に相当し、干潮位Ｈ_４２とほぼ同じか干潮位Ｈ_４２に近い高さになる。

図１に示すように、地中貯水部１０の内部には、フィルタ１６が設けられている。フィルタ１６は、地中貯水部１０内の好ましくは下側部分に偏って配置されている。フィルタ１６は、例えば上下複数段の斜板にて構成されている。各斜板は、地中貯水部１０の壁面から離れるにしたがって斜め下に延びている。
なお、フィルタ１６は、斜板に限られず、例えば網などであってもよい。

海４に海中貯水部２０が設置されている。海中貯水部２０は、袋２１を含む。この実施形態では、海中貯水部２０を構成する袋２１の数は１つであるが、海中貯水部２０が複数の袋２１で構成されていてもよい。袋２１が複数である場合は、複数の袋２１どうしが互いに連結されたり束ねられたりして集合されていることが好ましい。海中貯水部２０が複数の袋２１を有している場合、これら複数の袋２１の内部空間が管等を介して連通されていてもよい。

袋２１は、ポリエチレン等の樹脂やゴムにて構成されており、可撓性（柔軟性）を有している。上記樹脂やゴムからなる袋体を複数、入れ子状に積層することによって、１つの袋２１が構成されていてもよい。ゴム製の袋体においては、当該ゴムの内部に基布が埋め込まれていてもよい。袋２１は、後述する排出管２５及び連通管３２との接続部を除いて、閉ざされている。図４に示すように、袋２１ひいては海中貯水部２０は、海中の海面近くに浮かんでおり、潮の満ち引きによって上下に変位する。
なお、袋２１は、好ましくは繋留ロープ（図示省略）にて繋留されている。この繋留ロープは、袋２１が漂流するのを防止するためであり、袋２１を沈めるためのものではない。繋留ロープは、潮の満ち引きによる袋２１の上下方向への変位を妨げない。

袋２１には淡水Ｗ_２が蓄えられている。淡水（真水）と海水の比重差によって、袋２１の上端部が海面から少し突出している。袋２１内の水位は、海面（潮位）より上に位置している。袋２１は、その淡水貯蔵量に応じて膨らんだり縮んだりする（図４）。なお、この明細書で言う「袋２１が膨らむ」及び「袋２１が縮む」とは、袋２１の表面積は殆ど変化することなく袋２１の内部空間が膨らんだり縮んだりするように、袋２１が変形することを意味し、袋２１の各部分が弾性的に伸縮することで袋２１の表面積が増減することを意味しない。袋２１は、本システム１において想定される上限張力によっては殆ど弾性伸縮しないことが好ましい。

図４に示すように、袋２１ひいては海中貯水部２０の最大内容積は、地中貯水部１０における満潮対応高さＨ_１１と干潮対応高さＨ_１２との間の部分（図４において網掛け部分）の容積Ｖ_１３（以下「部分容積Ｖ_１３」と称す）よりも大きい。換言すると、海中貯水部２０の最大貯水量は、部分容積Ｖ_１３分の水量よりも大きい。この実施形態では、１つの袋２１によって海中貯水部２０が構成されているから、袋２１の内容積は部分容積Ｖ_１３よりも大きく、袋２１の最大貯水量は部分容積Ｖ_１３分の水量よりも大きい。なお、一つの海中貯水部２０が複数の袋２１を有している場合、これら複数の袋２１の内容積の総和が部分容積Ｖ_１３よりも大きく、これら複数の袋２１の総最大貯水量が部分容積Ｖ_１３分の水量よりも大きいことが好ましい。

袋２１には排出管２５が設けられている。排出管２５は、袋２１の上端部から上に突出されている。排出管２５の上端部（袋２１とは反対側の端部）は、開口されている。排出管２５に逆止弁２６が設けられている。逆止弁２６は、排出管２５における流体の上向きの流れ（袋２１から流出する流れ）を許容する一方、排出管２５における流体の下向きの流れ（袋２１に流入する流れ）を阻止する。上記流体は、海水や淡水等の液体でもよく、空気等の気体でもよい。つまり、逆止弁２６は、外部の海水や空気が排出管２５から袋２１内に侵入するのを阻止するとともに、袋２１の内圧に応じて袋２１内の淡水Ｗ_２や気体が排出管２５から放出されるのを許容する。上記気体としては、袋２１や後記連通管３２の内部に元々存在していた空気や、袋２１内又は連通管３２内で発生した気体などが挙げられる。
なお、排出管２５を設けるのに代えて、袋２１の上端部を開口してもよい。

貯水システム１は、次のような配管構造になっている。
図１及び図２に示すように、河川３と地中貯水部１０とが取水管３１にて連ねられている。取水管３１の材質は、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル等の樹脂でもよく、鋼等の金属でもよい。取水管３１の一端（上流端）は、河川３における地中貯水部１０よりも上流側の淡水Ｗ_０中に配置されている。取水管３１の上流端を設置した場所における河川３の水位は、地中貯水部１０の上端部よりも高くてもよい。取水管３１は、そこから地中貯水部１０へ向けて下方に延びている。取水管３１の中途部にはバルブ３５が設けられている。取水管３１の他端（下流端）は、地中貯水部１０の底部の近くに配置されている。なお、図１では作図の都合上、取水管３１が地中に配置されているように描かれているが、取水管３１を地表に沿って這わし、その一端を河川３に差し入れるとともに、他端を地中貯水部１０の上端開口から地中貯水部１０の内部に差し入れてもよい。

地中貯水部１０と海中貯水部２０とが連通管３２にて連ねられている。連通管３２の材質は、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレン等の樹脂であるが、これに限られず、鋼などの金属であってもよい。連通管３２の一部が樹脂管にて構成され、他の一部が鋼管にて構成されていてもよい。連通管３２の一部分は、地中貯水部１０の上端開口から地中貯水部１０の内部に差し入れられ、その下端３２ｆ（先端）が干潮対応高さＨ_１２よりも低所において開口された状態で配置されている（図４）。連通管３２は、地中貯水部１０の上端部を越える付近で高さが最大になっている。干潮対応高さＨ_１２から連通管３２の最高部３２ｈまでの高さＨ_３２は、１０ｍ以下である（Ｈ_３２≦１０ｍ）。連通管３２は、サイフォン管を構成している。最高部３２ｈよりも地中貯水部１０とは反対側の連通管３２は、例えば河川３の岸に沿って河川３の下流側へ延び、ひいては海４へ延びている。連通管３２の海４側の端部３２ｅが、海中貯水部２０の袋２１に接続され、袋２１の内部において開口されている。

なお、海中貯水部２０が複数の袋２１にて構成されている場合、連通管３２が複数の分岐管に分岐して、各分岐管が対応する袋２１に接続されていてもよい。または、連通管３２が１つの袋２１に直接接続され、その袋２１と他の袋２１とが連通管３２とは別の第２連通管によって連通されていてもよい。

連通管３２のコンダクタンス（管路断面積及び管路長）は、貯水部１０，２０間の水頭差によって、上記部分容積Ｖ_１３分の淡水を所定時間以内に片道移送可能な大きさになるよう設定されている。
ここで、上記所定時間は、好ましくは６時間である。この時間は、干潮から満潮までの時間が約６時間であることから導いたものである。上記所定時間は、より好ましくは３時間であり、一層好ましくは１時間である。
また、上記水頭差は、好ましくは、海中貯水部２０の設置海域の最大潮位差（大潮における潮位差）に対応する。つまり、連通管３２のコンダクタンスは、貯水部１０，２０間に最大潮位差分の水頭差が常時形成されているものとしたとき、高水頭側から低水頭側へ体積Ｖ_１３の淡水を所定時間以内に片道移送可能な大きさであることが好ましい。また、上記水頭差は、より好ましくは、海中貯水部２０の設置海域の潮の満ち引きに因り海中貯水部２０が上下に変位することで、貯水部１０，２０間に生じる水頭差である。つまり、連通管３２のコンダクタンスは、潮の満ち引きに因り貯水部１０，２０間に実際に生じる水頭差によって、体積Ｖ_１３の淡水を所定時間以内に片道移送可能な大きさであることがより好ましい。例えば、連通管３２の内直径は３００ｍｍ程度であり、これによって所要のコンダクタンスを十分に確保することができる。

図２に示すように、地中貯水部１０から給水管３３が引き出されている。給水管３３にはポンプ３４が設けられている。給水管３３の下流端は、淡水の利用部（図示省略）へ延びている。利用部は、農地や工場等の産業施設でもよく、住宅等の生活施設でもよく、これら施設への給水場でもよい。

上記構成の貯水システム１の作用を、設置当初における貯水方法及び定常時における動作を中心に説明する。
＜立ち上げモード＞
地中貯水部１０を構築し、取水管３１を配管した後、バルブ３５を開ける。すると、河川３の淡水Ｗ_０が、水位差によって取水管３１を通って地中貯水部１０に導入される。これによって、地中貯水部１０内に淡水Ｗ_１を溜めることができる。淡水中のゴミ等の不純物は、フィルタ１６によって上昇するのを妨げられる。これによって、フィルタ１６よりも上側の地中貯水部１０内の淡水Ｗ_１をきれいな状態にすることができる。河川３から地中貯水部１０への注水は、地中貯水部１０の水位が少なくとも潮位を上回るまで行なう。

図３に示すように、袋２１は、萎んだ状態（内部が空の状態）で海面に浮かべる。この段階では、通常、袋２１の内部に多少の空気が入っている。そのため袋２１が浮く。袋２１に淡水を入れてから海上まで運ぶ必要は無い。連通管３２は、事前に袋２１に接続しておいてもよく、袋２１を海上に設置した後、袋２１に接続してもよい。設置当初の連通管３２の内部には空気が入っている。貯水システム１の稼働開始時には、この連通管３２内の空気を淡水に置換する。

図３は、上記置換方法の一例を示したものであり、地中貯水部１０にパージ管３６を設置する。パージ管３６の一端（上流端）は、地中貯水部１０の水中に配置する。パージ管３６の他端（下流端）は、連通管３２の最高箇所３２ｈに合流させる。パージ管３６には、上記一端側（上流側）から順次、ポンプ３７及びバルブ３８を設ける。

そして、バルブ３８を開き、ポンプ３７を駆動する。これによって、地中貯水部１０の淡水Ｗ_１がパージ管３６を通って連通管３２の最高箇所３２ｈに送られる。この最高箇所３２ｈにおいて、淡水が２方向に分流される。つまり、一部の淡水は、連通管３２における最高箇所３２ｈよりも地中貯水部１０側の管部分３２ｄ内に流れ込む。他の淡水は、連通管３２における最高箇所３２ｈよりも海中貯水部２０側の管部分３２ｃ内に流れ込む。これによって、これら管部分３２ｄ，３２ｃからそれぞれ空気を追い出すことができ、連通管３２の内部の全体を淡水で満たすことができる。管部分３２ｄの空気は、端部３２ｆから地中貯水部１０の淡水ｗ_１中に放出される。管部分３２ｃの空気は、端部３２ｅから袋２１内に放出され、袋２１内に元から存在していた空気に混じる。
その後、バルブ３８を閉じる。更に、ポンプ３７及び管３６を撤去してもよい。

上述したように、地中貯水部１０の水位が潮位ひいては袋２１の高さを上回り、かつ連通管３２内が淡水で満たされることで、サイフォン効果が働き、地中貯水部１０の淡水Ｗ_１が自然と連通管３２を経て海中貯水部２０に向けて流れる。これによって、海中貯水部２０の袋２１に自然注水することができる。一旦、連通管３２内の空気を淡水に置換した以降は、貯水部１０，２０間の水頭差によって袋２１に自然注水できるから、ポンプ等の駆動源は不要である。上記の注水によって、袋２１内の空気（上記パージによって連通管３２内から押し出された空気を含む）は、排出管２５に押し出され、該排出管２５から外界に排出される。逆止弁２６は、この空気の排出流を許容する。

淡水が地中貯水部１０から海中貯水部２０に送られることで、地中貯水部１０の貯水量が減り、海中貯水部２０の貯水量が増える。そして、貯水部１０，２０間の水位差が小さくなってある範囲内に収束する。これによって、貯水システム１０が定常モードに移行する。

＜定常モード＞
定常モードでは、図４に示すように、海上の袋２１は、潮の満ち引きに応じて平均して１２時間周期で上がり下がりする。これに追随して、地中貯水部１０の水位が平均して１２時間周期で上がり下がりする。この地中貯水部１０の水位変化分の淡水が、連通路３２を介して貯水部１０，２０間を行き来する。そのため、平均して１２時間周期で袋２１の貯水量が増減し、袋２１が膨らんだり縮んだりする。具体的には、図４の実線に示すように、満潮時には、地中貯水部１０の水位は相対的に高い満潮対応高さＨ_１１になり、袋２１は相対的に縮む。図４の二点鎖線に示すように、干潮時には、地中貯水部１０の水位は相対的に低い干潮対応高さＨ_１２になり、袋２１は相対的に膨らんで、満タン又は満タンに近い状態になる。
なお、定常モードでは、バルブ３５を閉じ、河川３から地中貯水部１０への注水を行なわない。ただし、排出管２５からの漏れや給水管３３による汲み出しがあったときは、その分を河川３などから補充することにしてもよい。

上記定常モードにおける貯水システム１の挙動を更に詳述する。
いま、図４において二点鎖線に示すように、海４は干潮時であるものとする。したがって、地中貯水部１０の水位は干潮対応高さＨ_１２にあり、袋２１は満タン近くまで膨らんでいる。
干潮を過ぎると、海４の潮位が上がり、これに伴なって、袋２１が上がっていく。したがって、袋２１内の水位が、地中貯水部１０の水位よりも高くなる。そのため、袋２１内の淡水が、サイフォン効果によって連通管３２を経て地中貯水部１０へ流れる。これにより、袋２１内の貯水量が減り、袋２１が萎んでいく。地中貯水部１０の貯水量は増え、地中貯水部１０の水位が上昇する。連通管３２のコンダクタンスを上述した大きさに設定することによって、潮が満ちる期間中、地中貯水部１０の水位を潮位又は袋２１の水位に十分に追随させることができる。

海４は、干潮時から約６時間かけて満潮になる。図４において実線にて示すように、海４の満潮時には、地中貯水部１０の水位が満潮対応高さＨ_１１に達する。この地中貯水部１０の満潮時の水位（すなわち満潮対応高さＨ_１１）は、海中貯水部２０の満潮時の水位Ｈ_２１とほぼ同じ高さか、満潮時水位Ｈ_２１よりも少し低い。貯水部１０，２０間の満潮時の水位差ΔＨ_１＝Ｈ_２１−Ｈ_１１は、連通管３２のコンダクタンスに依存する。連通管３２のコンダクタンスが大きいほど、水位差ΔＨ_１が小さくなる。このとき、地中貯水部１０の貯水量は、干潮時よりも部分容積Ｖ_１３分だけ増えている。袋２１ひいては海中貯水部２０は、上下方向の変位範囲の上端に位置し、かつその貯水量は、干潮時よりも部分容積Ｖ_１３分だけ減っている。地中貯水部１０の上端部は満潮対応高さＨ_１１よりも高いから、満潮時でも水Ｗ_１が地中貯水部１０から溢れないようにできる。

満潮を過ぎると、海４の潮位が下がり、これに伴なって、袋２１が下がっていく。したがって、袋２１内の水位が、地中貯水部１０の水位よりも低くなる。そのため、地中貯水部１０内の淡水が、サイフォン効果によって連通管３２を経て袋２１へ流れる。これによって、袋２１内の貯水量が増え、袋２１が膨らんでいく。地中貯水部１０の貯水量は減り、地中貯水部１０の水位が低下する。連通管３２のコンダクタンスを上述した大きさに設定することによって、潮が引く期間中、地中貯水部１０の水位を潮位又は袋２１の水位に十分に追随させることができる。

海４は、満潮時から約６時間かけて干潮になる。図４において二点鎖線に示すように、干潮時には、地中貯水部１０の水位が干潮対応高さＨ_１２に達する。この地中貯水部１０の干潮時の水位（すなわち干潮対応高さＨ_１２）は、海中貯水部２０の干潮時の水位Ｈ_２２とほぼ同じ高さか、干潮時水位Ｈ_２２よりも少し高い。貯水部１０，２０間の干潮時の水位差ΔＨ_２＝Ｈ_１２−Ｈ_２２は、連通管３２のコンダクタンスに依存する。連通管３２のコンダクタンスが大きいほど、水位差ΔＨ_２が小さくなる。このとき、地中貯水部１０の貯水量は、満潮時よりも容積Ｖ_１３分だけ減っている。地中貯水部１０の底部が干潮対応高さＨ_１２よりも低いから、干潮時でも地中貯水部１０内に水Ｗ_１が残っているようにできる。かつ、連通管３２の地中貯水部側の端部３２ｆを干潮対応高さＨ_１２よりも低所に配置することで、この端部から空気が連通管３２内に入り込むのを防止できる。したがって、サイフォン効果を維持できる。袋２１ひいては海中貯水部２０は、上下方向の変位範囲の下端に位置し、かつその貯水量は、満潮時よりも容積Ｖ_１３分だけ増えている。海中貯水部２０の内容積は容積Ｖ_１３よりも大きいから、干潮時に淡水が海中貯水部２０から溢れるのを防止又は抑制でき、淡水のロスを回避できる。また、袋２１の内圧が異常上昇するのを回避できる。

なお、袋２１が満タンのときに淡水が地中貯水部１０から連通管３２経由で流れ込んできたときは、袋２１から溢れた水が排出管２５を通って排出される。これによって、袋２１に過度な張力が作用するのを回避できる。逆止弁２６は、この排出の流れを許容する。また、逆止弁２６によって、海水が排出管２５から袋２１内に入り込むのを防止できる。

図１に示すように、淡水が必要になったときは、ポンプ３４を駆動し、地中貯水部１０の淡水を取水管３３から取り出し、淡水利用部へ送る。そうすると、潮の満ち引き状態にかかわらず、地中貯水部１０の水位が海中貯水部２０の水位よりも下がる。そのため、海中貯水部２０の淡水が連通管３２経由で地中貯水部１０に移送される。これによって、海中貯水部１０の淡水を、地中貯水部２０を介して取り出すことができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
図５は、本発明の第２実施形態を示したものである。第２実施形態では、連通管３２の一端部が、地中貯水部１０の側壁から地中貯水部１０内に差し入れられている。この連通管３２が、地中貯水部１０と海４の間の地中を貫通して海４に引き出され、その他端部が海中貯水部２０に接続されている。連通管３２の最高部３２ｈは、地中貯水部１０の上端部よりも低く、かつ河川３における取水管３１の上流端を配置した場所の水位よりも低い。

第２実施形態では、貯水システム１の立ち上げモードにおいて、地中貯水部１０の水位が、潮位を上回り、ひいては海面上の萎んだ袋２１の高さを上回り、更には連通管３２の最高部３２ｈを上回るまで、河川３から地中貯水部１０に貯水する。そうすることによって、連通管３２内の空気を地中貯水部１０の水圧によって押し出しながら、淡水Ｗ_１を連通管３２から袋２１に注入することができる。一旦、連通管３２内の空気を押し出して、連通管３２内を水で満たした以降は、水Ｗ_１をサイフォン効果によって海中貯水部２０に自然注入することができる。地中貯水部１０の水位が最高部３２ｈより低くなっても、地中貯水部１０の水位が潮位を上回っている限り、海中貯水部２０への自然注水を継続することができる。そして、定常モードに移行できる。
第２実施形態の定常モードにおける貯水システム１の挙動は、第１実施形態の定常モードと同様である。

図６は、本発明の第３実施形態を示したものである。第３実施形態では、連通管３２の最下部３２ｇを含む中間部が、両端部３２ｅ，３２ｆよりも低所に配置されている。かつ連通管３２が、ほぼ全長にわたって下に凸（上に凹）になるよう配管されている。連通管３２における地中貯水部側の端部３２ｆから最下部３２ｇまでの間の管部分３２ｂは、その大半が、地中貯水部１０と海との間の地中に配管されている。連通管３２における最下部３２ｇから海中貯水部側の端部３２ｅまでの間の管部分３２ａは、海中に配置されている。両管部分３２ａ，３４ｂは、共に下に凸の曲線状になっている。

この実施形態の立ち上げモードにおいては、地中貯水部１０の水位が少なくとも連通管３２の端部３２ｆの高さを上回るまで淡水ｗ_１を地中貯水部１０に注入すれば、この淡水ｗ_１が連通管３２内に流れ込む。これによって、連通管３２における地中貯水部１０の水位よりも下側の部分を水で満たすことができ、その分の連通管３２内の空気を袋２１側へ押し出すことができる。更に、地中貯水部１０の水位が海面（潮位）ひいては袋２１よりも高くなるまで地中貯水部１０に淡水ｗ_１を注入すると、連通管３２内の全体が淡水で満たされ、連通管３２内の全体の空気が袋２１側へ押し出される。つまり、連通管３２の内部全体の流体が淡水で置換される。更には、淡水が連通管３２の端部３２ｅから袋２１内に注入される。これによって、袋２１内の空気を排出管２５から外部に押し出すことができ、袋２１の内部を淡水ｗ_２で満たすことができる。こうして、システム１が定常モードに移行する。

定常モードにおいては、貯水部１０，２０の間の水位差によって、連通管３２内に淡水の流れが形成される。第３実施形態の連通管２３によれば、何らかの原因で連通管３２の内部に空気等の気体が入り込んだとしても、或いは連通管３２内で気体が発生したとしても、これら気体によって上記淡水の流れ妨げられることはない。これら気体は、水に対する比重差や連通管３２内の上記水流によって連通管３２の何れかの端部３２ｅ，３２ｆから放出できる。

第３実施形態の連通管３２は、自重による沈力が浮力より大きいことが好ましい。連通管３２のコンダクタンスを高めるために連通管３２を太くしたとしても、連通管３２が内部の淡水等の浮力で浮かないようにすることが好ましい。これによって、連通管３２を確実に下に凸の状態に維持することができる。例えば、連通管３２を管直径３００ｍｍ程度かつ管厚５ｍｍ程度のポリ塩化ビニル製の管にて構成すれば、上記浮かないための条件を十分に満たすことができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨に反しない限りにおいて種々の改変をなすことができる。
例えば、地中貯水部１０は、井戸に限られず、人口又は自然の溜池、貯水槽などであってもよい。

本発明は、海中に淡水を溜める海中貯水システムに適用可能である。

１ 貯水システム
３ 河川
４ 海
１０ 地中貯水部
２０ 海中貯水部
２１ 袋
２５ 排出管
２６ 逆止弁
３２ 連通管
３２ｈ 最高部
Ｈ_１１ 満潮対応高さ
Ｈ_１２ 干潮対応高さ
Ｈ_３２ 干潮対応高さから連通管の最高部までの高さ
Ｈ_４０ 平均潮位
Ｈ_４１ 満潮位
Ｈ_４２ 干潮位
Ｖ_１３ 部分容積

Claims (10)

1. 淡水を溜める貯水システムであって、
   海に浮かべられた可撓性の袋からなる海中貯水部と、
   陸地に設けられ、上端部が前記海中貯水部の設置海域の平均潮位よりも高く、かつ底部が前記平均潮位よりも低い地中貯水部と、
   前記海中貯水部と前記地中貯水部とを連通し、淡水を、これら貯水部の水頭差に応じて前記海中貯水部から前記地中貯水部へ、又は前記地中貯水部から前記海中貯水部へ流す連通管と
   を備えたことを特徴とする貯水システム。
2. 前記地中貯水部の上端部が、前記設置海域の満潮位と対応する高さ（以下「満潮対応高さ」と称す）よりも高く、かつ前記地中貯水部の底部が、前記設置海域の干潮位と対応する高さ（以下「干潮対応高さ」と称す）よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の貯水システム。
3. 前記海中貯水部の内容積が、前記地中貯水部における前記満潮対応高さと前記干潮対応高さとの間の部分の容積（以下「部分容積」と称す）よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の貯水システム。
4. 前記連通管のコンダクタンスが、前記設置海域の最大潮位差に対応する水頭差によって、前記部分容積分の淡水を６時間以内に前記地中貯水部から前記海中貯水部へ、又は前記海中貯水部から前記地中貯水部へ片道移送可能な大きさであることを特徴とする請求項３に記載の貯水システム。
5. 前記連通管のコンダクタンスが、前記設置海域の潮の満ち引きに因り前記海中貯水部が上下に変位することで前記海中貯水部と前記地中貯水部との間に生じる水頭差によって、前記部分容積分の淡水を６時間以内に前記地中貯水部から前記海中貯水部へ、又は前記海中貯水部から前記地中貯水部へ片道移送可能な大きさであることを特徴とする請求項３又は４に記載の貯水システム。
6. 前記連通管の地中貯水部側の端部が前記干潮対応高さよりも低所に配置され、前記連通管の最高部が前記連通管の両端部よりも上に位置し、前記干潮対応高さから前記最高部までの高さが１０ｍ以下であることを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の貯水システム。
7. 前記連通管の中間部が、前記連通管の両端部よりも低所に配置され、かつ前記連通管のほぼ全長にわたって下に凸になるよう配管されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の貯水システム。
8. 前記海中貯水部の貯水量が、干潮時には相対的に大きく、満潮時には相対的に小さいことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の貯水システム。
9. 前記地中貯水部の水位が、干潮時には相対的に低く、満潮時には相対的に高いことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の貯水システム。
10. 前記袋に排出管が接続され、前記排出管には前記袋に向かう流れを阻止する逆止弁が設けられており、前記袋が、前記連通管との接続部及び前記排出管との接続部を除いて閉じられていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の貯水システム。