JP2017023924A - 表層取水循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】貯水池の池面利用や景観を損ない難く、しかも、維持管理性の良い表層取水循環装置を提供する。
【解決手段】表層取水循環装置１は、水底に係留される装置本体２とエアレーション装置４とを含む。装置本体２は、取水口１１と、この取水口１１に繋がり上下方向に延びる第１流路ＩＰと、この第１流路ＩＰの下端部の位置で当該第１流路ＩＰに繋がり、当該下端部と取水口１１との間の所定位置まで第１流路ＩＰに沿って上向きに延びる第２流路ＭＰと、この第２流路ＭＰの上端部の位置でエア溜め室１５を介して当該第２流路ＭＰに繋がり、当該上端部の位置から第２流路ＭＰに沿って下向きに延びる第３流路ＯＰと、この第３流路ＯＰの下端部に繋がる排水口２５とを備える。エアレーション装置４は、第２流路ＭＰにエアを供給することにより当該第２流路ＭＰに上昇流を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、貯水池などにおける深層の嫌気化（貧酸素状態化）および表層における微細藻類の発生、繁殖を抑制する表層取水循環装置に関するものである。

従来、表層取水循環装置の一つとして、特許文献１に開示されるようなアオコ除去装置が公知である。この装置は、内筒、中筒及び外筒から構成され、フロートによって鉛直姿勢で貯水池に浮かぶ三管体と、この三管体の中筒にその下端部からエアを送り込むエア供給手段とを備えており、前記エアの供給に伴い、三管体の周囲の水（表層水）を外筒の上端からその内側に吸い込みながら、内筒の下端から流出させるように構成されている。つまり、中筒と内筒との間の空間へのエアの供給により当該中筒内に上昇流が形成され、この上昇流の形成によって外筒内の水が中筒の下端から当該中筒に引き込まれる一方、中筒内を上昇して押し上げられた水が中筒上端から内筒に流入することにより、内筒の内側に下降流が形成される。このように、中筒へのエアレーションによって外筒の上端から内筒の下端に向う水の流れを形成することで、アオコの原因となる微細藻類を含む表層水を三管体の周囲から取り込みながら光の届きにくい深層に送り込み、アオコの発生を抑制する仕組みである。

特開２０１４−２２４３６０号公報

しかし、上記従来の表層取水循環装置は、比較的占有スペースの大きい三管体を水面に浮かべる必要があるため、貯水池の池面利用や景観を損なうおそれがある。また、風や波の影響を受け易く、流木などの移動の障害物にもなり易いため、維持管理に手間がかかる。さらに、水面変動に対してしては、作業者が貯水池に潜って内筒の下端部を伸縮させて排水水位の調整を行う必要があるため、この点でも維持管理性が悪いものとなっている。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、貯水池の池面利用や景観を損ない難く、しかも、維持管理性の良い表層取水循環装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、貯水池の表層水を取り込みながら深層に送り込む表層取水循環装置であって、水底に係留される装置本体と、この装置本体にエアを供給するエア供給装置とを含み、前記装置本体は、上向きに開口する取水口と、この取水口に繋がり貯水池の水中を上下方向に延びる第１流路と、この第１流路の下端部の位置で当該第１流路に繋がり、当該下端部と前記取水口との間の所定位置まで第１流路に沿って上向きに延びる第２流路と、この第２流路の上端部の位置でエア溜め室を介して当該第２流路に繋がり、当該上端部の位置から第２流路に沿って下向きに延びる第３流路と、この第３流路の下端部に繋がる排水口と、を備え、前記エア供給装置は、前記第２流路にエアを供給することにより、当該第２流路に上昇流を形成するものである。

この表層取水循環装置によれば、第２流路へのエアの供給（エアレーション）によって当該第２流路に上昇流が形成されと、順次第１、第２、第３流路に沿って移動する水流が形成され、これにより貯水池の表層水が取水口から取り込まれながら排水口から深層に排水されることとなる。そのため、貯水池の表層と深層との間で効果的に水を循環させて、深層の嫌気化（貧酸素状態化）やアオコの発生を抑制することができる。しかも、この表層取水循環装置によれば、装置本体を水底に係留して使用するので、水面に現れるものが殆どない。そのため、貯水池の池面利用や景観を著しく損なうことがない。また、風や波の影響を受け易く、流木などの移動の障害にもなり難いので、装置本体が流されたり、装置本体の周囲に流木が留まるといったことも抑制される。従って、貯水池の池面利用や景観を損ない難く、維持管理性も向上することとなる。

上記の表層取水循環装置において、前記装置本体は、内側から順に配置された第１筒部、第２筒部および第３筒部を有し、前記第１筒部の上端部が前記取水口とされ、当該第１筒部の内側が前記第１流路とされ、第１筒部と第２筒部との間が前記第２流路とされ、第２筒部と第３筒部との間が第３流路とされた三重管構造を有するものであるのが好適である。

この構成によれば、装置本体の構造的なバランスが良いことに加え、水の流れのバランスも良くなるので、装置本体を水中に直立姿勢で安定的に係留することが可能となる。

この場合、第１筒部は、定形性を有した下側の筒部本体と、この筒部本体に繋がる伸縮自在な上側の伸縮部とを含み、前記装置本体は、前記伸縮部の上端部に連結されたフロートをさらに含むものであるのが好適である。

この構成によれば、取水口を水面の変動に追従させることができる。そのため、水面の変動に応じて取水口の位置を調整する必要がなく、これにより維持管理性が向上する。

また、上記の表層取水循環装置において、前記取水口は、下方から上方に向かって拡がる漏斗状であるのが好適である。

この構成によれば、貯水池の表層水を効率良く取水口から取り込みながら深層に送り込むことが可能となる。

また、上記の表層取水循環装置において、前記排水口は、前記装置本体の下端部又はその近傍位置の周囲に設けられているのが好適である。

この構成によれば、深層の嫌気化（貧酸素状態化）を効果的に抑制することが可能となる。また、アオコの原因となる微細藻類を含む表層水をより光の届きにくい深層に送り込むことで、アオコの発生を効果的に抑制することが可能御となる。

また、上記の表層取水循環装置においては、前記装置本体の下端部が水底近傍の所定位置に配置されるように当該装置本体を係留する係留手段をさらに含み、前記係留手段により装置本体が係留された状態で、前記第１筒部の上端部が、水面下であってかつ当該水面近傍の所定位置に配置されるように、前記第１筒部の上下方向長さが設定されているのが好適である。

この構成によれば、装置本体が水面に露出することがないため、貯水池の池面利用や景観を著しく損なうことが軽減される。

この場合、前記装置本体は、前記第３筒部の上端部が、少なくとも貯水池の水温躍層よりも深層に位置するように、前記第２、第３筒部の上下方向長さが設定されているのが好適である。

この構成によれば、装置本体のうち、特にボリュームのある部分が水温躍層よりも深い深層に位置するので、装置本体が、風や波の影響を受けることが殆どない。そのため、装置本体をより安定的に貯水池に係留することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、貯水池の池面利用や景観を損ない難く、しかも、維持管理性の良い表層取水循環装置を提供することが可能となる。

本発明にかかる表層取水循環装置の断面図である。 水位が下がったときの表層取水循環装置の断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の一形態について詳述する。

図１は、本発明にかかる表層取水循環装置を示しており、より詳しくは、ダム湖（貯水池の一つ）に設置された状態の表層取水循環装置を断面図で示している。

同図に示すように、表層取水循環装置１は、湖面（水面）下に設置される水没式装置であり、湖底（水底）に係留される装置本体２と、エアレーション装置４（本発明のエア供給装置に相当する）とを備える。

装置本体２は、概略的には全体が円柱状を有しており、その下端部に連結されたチェーン７により、湖底に設置されたシンカー６に係留されている。詳しくは、装置本体２に備えられた後記フロート２８、３２の浮力により、上記チェーン７の連結長さだけ引っ張り上げられることで、水中に起立姿勢、つまり垂直に自立した状態で係留されている。なお、当実施形態では、シンカー６及びチェーン７が本発明の係留手段に相当する。

装置本体２は、上下方向に延びる第１円筒部１０と、その外側（径方向外側）に配置されて上下方向に延びる第２円筒部１２と、さらに第２円筒部１２の外側に配置されて上下方向に延びる第３円筒部１４とを備えた三重管構造を有している。装置本体２の隣接する筒部同士は、図外のスペーサを介して互いに固定されており、これにより、隣接する筒部の間が一定間隔に保たれている。

第１円筒部１０は、定型性を有する下側の筒部本体１０ａと、この筒部本体１０ａに繋がる上側の伸縮部１０ｂとから構成されており、伸縮部１０ｂは、例えば蛇腹状に形成されることが伸縮自在に構造されている。伸縮部１０ｂの上端部は、当該表層取水循環装置１の取水口１１であり、下方から上方に向かって拡がる漏斗状に形成されている。伸縮部１０ｂは、水の浮力に抗して自重で収縮可能に構成されており、その上端部（取水口１１）には、ロープ１６を介してフロート１８が連結されている。これにより、水位の変動に追従して、所定の水深位置に取水口１１が配置されるようになっている。

第２円筒部１２は、第１円筒部１０のうち、筒部本体１０ａに対応する位置に設けられている。第２円筒部１２の下端部は、第１円筒部１０の下端部よりも下方に位置しており、底蓋２０によって塞がれている。一方、第３円筒部１４の上端部は、第２円筒部１２の上端部よりも上方に位置しており、上蓋２２によって塞がれている。なお、第２円筒部１２の上端部と上蓋２２とは比較的大きく離れており、これにより、第２円筒部１２の上方にエア溜め室１５が形成されている。

このような構成により、装置本体２には、取水口１１に繋がり、当該装置本体２の中心位置で上下方向に延びる第１流路Ｉｐと、この第１流路Ｉｐの下端部の位置で当該第１流路Ｉｐに繋がり、当該下端部と取水口１１との間の所定位置まで第１流路Ｉｐに沿って上向きに延びる第２流路Ｍｐと、この第２流路Ｍｐの上端部の位置でエア溜め室１５を介して当該第２流路Ｍｐに繋がり、当該上端部の位置から第２流路Ｍｐに沿って下向きに延びる第３流路Ｏｐとが形成されている。

第３円筒部１４の下端部は、第１円筒部１０の下端部とほぼ同じ位置に設けられている。第３円筒部１４の下端部の周囲には、円環状の鍔部材２４が接合されており、これにより、装置本体２の下端部の周囲に、当該鍔部材２４と前記底蓋２０とにより形成される全方位型の排水口２５、すなわち、水平かつ放射状に排水可能な排水口２５が設けられている。なお、排水口２５の位置は、装置本体２の下端部の近傍位置であれば、それより上方位置であってもよい。

装置本体２のうち、第３円筒部１４の上端部分であってその外周面には、複数段の大型のフロート２８が固定されている。また、第１円筒部１０のうち、伸縮部１０ｂを除く第３円筒部１４の上端よりも上方の領域であって、かつその周囲の複数の位置には、当該第１円筒部１０に沿ってロープ３０が張設されており、これらロープ３０に沿って小型のフロート３２（フロート２８よりも小さいフロート）が所定間隔で固定されている。

装置本体２の具体的な寸法は、設置される水深により異なるが、当例では、図１に示すように装置本体２が係留された状態において、第１円筒部１０（装置本体２）の下端部が湖底に近接し、かつ第１円筒部１０の上端部、つまり取水口１１が、上述の通り、湖面近傍の所定の水深位置（例えば水深５０ｃｍ程度の位置）に配置され得るように第１円筒部１０の上下方向長さが設定されている。そして、第２円筒部１２および第３円筒部１４が、ダム湖の水温躍層よりも深層に位置するように、当該円筒部１２、１４の上下方向長さが設定されている。

エアレーション装置４は、装置本体２の内部にエアを供給するものである。このエアレーション装置４は、概略的には、前記底蓋２０に固定されたノズル３４と、ダム湖の湖岸に設置された図外のコンプレッサと、開閉バルブ等を介して当該コンプレッサと前記ノズル３４とを繋ぐ給気ホース３６とを含み、第２円筒部１２の下端部からその内側、すなわち、第２流路Ｍｐにエアａを供給するものである。

なお、装置本体２は、前記エア溜め室１５に溜まる余剰エアを排出するためのエア抜き装置５を備えている。

エア抜き装置５は、エア溜め室１５の天井を形成する前記上蓋２２に固定された自動排気バルブ４０と、この自動排気バルブ４０に連結された排気ホース４２と、排気ホース４２の排気口を保持するフロート４４とを備えている。自動排気バルブ４０は、エア溜め室１５に溜まったエアの圧力が一定値以上になると開弁して、排気ホース４２を介して余剰エアを排気するものであり、これにより、溜め室１５内が予め定められた所定の圧力値に保たれるようになっている。

上記の表層取水循環装置１は、図１に示したように、ダム湖の湖底に係留された状態で使用される。そして、上記ホース３６及びノズル３４を通じて装置本体２にエアａが供給されることにより、詳しくは、第１円筒部１０と第２円筒部１２との間の第２流路Ｍｐにエアａが供給されることにより作動する。すなわち、第２流路Ｍｐにエアａが供給されると、当該エアａの上昇に伴い第２流路Ｍｐ内に上昇流が形成され、この上昇流の形成によって第１流路ＩＰの水が第１円筒部１０の下端部から第２流路Ｍｐに引き込まれる。また、第２流路Ｍｐを上昇して押し上げられた水が、第２円筒部１２の上端部からエア溜め室１５を介して外側の第３流路Ｏｐに流入し、これにより第３流路Ｏｐに下降流が形成される。この際、エア抜き装置５によってエア溜め室１５内の圧力が一定の圧力値に保たれることにより、下降流の形成が安定的に行われる。

このように、第２流路Ｍｐへのエアレーションによって、第１流路ＩＰの上端部から第２流路Ｍｐを通じて第３流路Ｏｐの下端部に向う水の流れが形成されることで、アオコの原因となる微細藻類を含む、ダム湖の表層水が取水口１１から取り込まれながら、排水口２５から、光の届きにくい深層に排水される。その結果、ダム湖におけるアオコの発生が効果的に抑制されることとなる。また、酸素を比較的多く含んだ表層水が深層に案内されながら、さらにその過程で、エアレーションにより多くのエアａが当該表層水に溶け込むことで、ダム湖の深層に効果的に酸素が供給されることとなる。そして、このようなサイクルが繰り返されることで、ダム湖の表層と深層との間で効果的に水の循環が行われ、深層の嫌気化（貧酸素状態化）やアオコの発生が長期的に抑制されることとなる。

以上のような表層取水循環装置１によれば、ダム湖の深層の嫌気化やアオコの発生を抑制できることに加え次のような利点がある。すなわち、この表層取水循環装置１は、装置本体２を湖底に係留して使用する水没式の装置であり、フロート１８、４４を除けば、湖面に現れるものが無い。そのため、ダム湖の湖面利用や景観を著しく損なうことがないという利点がある。また、風や波の影響を受け易く、流木などの移動の障害にもなり難いので、装置本体２が流されたり、装置本体２の周囲に流木が留まるといったことが抑制される。特に、装置本体２は、三重管の部分、すなわち第３円筒部１４に対応する比較的占有スペースが大きい部分がダム湖の水温躍層よりも深層に位置するように構成されているので、風や波の影響を受けることが殆どない。そのため、三管体（三重管構造の部分）が湖面に浮いている従来の表層取水循環装置（特許文献１）に比べると、係留状態の維持管理に要する手間を軽減することができる。

また、装置本体２は、湖底に係留されるものであるため湖面の水位変動によって排水口２５の位置を変える必要が無い。また、取水口１１については、上記の通り、湖面の水位変動に追従するように構成されている。従って、湖面の水位変動に応じて取水口１１や排水口２５の位置を調整する必要がなく、この点でも維持管理性が良いという利点がある。

また、装置本体２は、その取水口１１が上向きに広がる漏斗状であるため、第１円筒部１０（伸縮部１０ｂ）を細径化しながら、ダム湖の表層水を効率良く取り込むことができるという利点もある。

なお、以上説明した表層取水循環装置１は、本発明にかかる表層取水循環装置の好ましい実施の形態であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、装置本体２は、第円筒部１０、第２円筒部１２および第３円筒部１４からなる三重管構造であるが、必ずしも三重管構造である必要はなく、要は、上向きに開口する取水口と、この取水口に繋がり貯水池の水中を上下方向に延びる第１流路と、この第１流路の下端部の位置で当該第１流路に繋がり、当該下端部と前記取水口との間の所定位置まで第１流路に沿って上向きに延びる第２流路と、この第２流路の上端部の位置でエア溜め室を介して当該第２流路に繋がり、当該上端部の位置から第２流路に沿って下向きに延びる第３流路と、この第３流路の下端部に繋がる排水口とを備えていればよい。これにより、上述した作用効果を享受することが可能となる。

また、上記実施形態では、装置本体２が３つの円筒部１０、１２、１４によって構成されているが、勿論、多角筒部によって構成されていてもよい。

また、上記実施形態では、第１円筒部１０は、筒部本体１０ａと伸縮部１０ｂとを備えた構成であるが、伸縮部１０ｂを省略した構造を採用してもよい。

なお、上記実施形態では、表層取水循環装置１をダム湖に設置した場合について説明したが、当該表層取水循環装置１は、ダム湖以外の貯水池にも勿論、設置可能である。

１ 表層取水循環装置
２ 装置本体
４ エアレーション装置（エア供給装置）
１０ 第１円筒部（第１筒部）
１０ａ 筒部本体
１０ｂ 伸縮部
１１ 取水口
１２ 第２円筒部（第２筒部）
１４ 第３円筒部（第３筒部）
２５ 排水口
Ｉｐ 第１流路
Ｍｐ 第２流路
Ｏｐ 第３流路

Claims (7)

1. 貯水池の表層水を取り込みながら深層に送り込む表層取水循環装置であって、
   水底に係留される装置本体と、この装置本体にエアを供給するエア供給装置とを含み、
   前記装置本体は、上向きに開口する取水口と、この取水口に繋がり貯水池の水中を上下方向に延びる第１流路と、この第１流路の下端部の位置で当該第１流路に繋がり、当該下端部と前記取水口との間の所定位置まで第１流路に沿って上向きに延びる第２流路と、この第２流路の上端部の位置でエア溜め室を介して当該第２流路に繋がり、当該上端部の位置から第２流路に沿って下向きに延びる第３流路と、この第３流路の下端部に繋がる排水口と、を備え、
   前記エア供給装置は、前記第２流路にエアを供給することにより、当該第２流路に上昇流を形成する、ことを特徴とする表層取水循環装置。
2. 請求項１に記載の表層取水循環装置において、
   前記装置本体は、内側から順に配置された第１筒部、第２筒部および第３筒部を有し、前記第１筒部の上端部が前記取水口とされ、当該第１筒部の内側が前記第１流路とされ、第１筒部と第２筒部との間が前記第２流路とされ、第２筒部と第３筒部との間が第３流路とされた三重管構造を有する、ことを特徴とする表層取水循環装置。
3. 請求項２に記載の表層取水循環装置において、
   第１筒部は、定形性を有する下側の筒部本体と、この筒部本体に繋がる伸縮自在な上側の伸縮部とを含み、
   前記装置本体は、前記伸縮部の上端部に連結されたフロートをさらに含む、ことを特徴とする表層取水循環装置。
4. 請求項２又は３に記載の表層取水循環装置において、
   前記取水口は、下方から上方に向かって拡がる漏斗状であることを特徴とする表層取水循環装置。
5. 請求項２乃至４の何れか一項に記載の表層取水循環装置において、
   前記排水口は、前記装置本体の下端部又はその近傍位置の周囲に設けられている、ことを特徴とする表層取水循環装置。
6. 請求項２乃至５の何れか一項に記載の表層取水循環装置において、
   前記装置本体の下端部が水底近傍の所定位置に配置されるように当該装置本体を係留する係留手段をさらに含み、
   前記係留手段により装置本体が係留された状態で、前記第１筒部の上端部が、水面下であってかつ当該水面近傍の所定位置に配置されるように、前記第１筒部の上下方向長さが設定されている、ことを特徴とする表層取水循環装置。
7. 請求項６記載の表層取水循環装置において、
   前記装置本体は、前記第３筒部の上端部が、少なくとも貯水池の水温躍層よりも深層に位置するように、前記第２、第３筒部の上下方向長さが設定されている、ことを特徴とする表層取水循環装置。

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