JP2018131894A - 浚渫設備 - Google Patents

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Abstract

【課題】使用年数がより長い浚渫設備を提供する
【解決手段】メイン貯水区域に隣設されるメインダムと、メインダムの下流側にある第1の貯水池に隣設される第1のサブダムとを含む水利施設に付設される浚渫設備であって、メイン貯水区域の底部において土砂及びメイン貯水区域内の水を取り込む取込口と、第1のサブダムの下流側、且つ、取込口より低い位置にあって、第1のバルブが設けられている第1の排出口と、取込口と第1の排出口との間に介在する第1の排砂路と、第1のサブダムに設置され、第1の排砂路と連通すると共に、第1の排砂路から上へ延伸し、先端に水を排出できる第1の上排水口を有する第1の延伸管と、を備え、第1の上排水口の位置が、メインダムのサーチャージ水位より低い。
【選択図】図2

Description

本発明は、浚渫設備に関し、特に、水利施設に付設される浚渫設備に関する。
ダム及びこれが隣設される貯水池を含む水利施設において、堆砂の進行に伴って貯水量が減ることを防ぐため、水底の堆砂を取り去り、貯水量を確保するための浚渫工程を定期的に実施する必要がある。しかし、浚渫工程は、貯水池の水位が低く、堆砂が視認できる時にしか実施できないので、実施し得る時期及び期間が天候によって限られている。更に、実施する際、操縦員が浚渫用油圧ショベルを操縦し、土砂をトラックに積載すると共に、運転手がトラックを運転し、他所に搬送してから土砂を処理するには多大な時間とコストが消費される。よって、このような浚渫工程を行うためには、多くのコスト及び労働力が消費され、ダムの貯水機能を維持するために莫大な出費が必要である。
上記の問題を解決するために、水利施設に浚渫設備を設けることができる。従来の浚渫設備は、貯水池の水底に設置される吸引口と、ダムの下流側にある河川に繋ぐ排砂口と、該吸引口と該排砂口の間に介在し、バルブが設けられている排砂流路と、を備える。浚渫する際には、バルブを開くと、水圧により水と土砂が吸引口に流れ込み、排砂流路を経由して河川に排出される。
林庭輝著、「水庫清淤 (Reservoir Dredging)」、[online]、2015年5月19日、國立臺灣大學、[2017年12 月25日検索]、インターネット〈URL:http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=63107〉
上記の浚渫設備によって浚渫を行なう際、水が吸引口に流れ込み、貯水池の水圧により土砂が水と共に河川に排出される。しかしながら、土砂及び水の速い流速によって、土砂による排砂流路の磨耗が激しく、これにより従来の浚渫設備の使用年数が制限される。
よって、本発明は上記の問題点に鑑みて、使用年数がより長い浚渫設備の提供を目的とする。
上記目的を達成すべく、本発明による実施形態は、メイン貯水区域に隣設されるメインダムと前記メインダムの下流側にある第1の貯水池に隣設される第1のサブダムとを含む水利施設に付設される浚渫設備であって、前記メイン貯水区域の底部において土砂及び前記貯水区域内の水を取り込む取込口と、前記第1のサブダムの下流側、且つ、前記取込口より低い位置にあるにあって、第1のバルブが設けられている第1の排出口と、前記取込口と前記第1の排出口との間に介在する第1の排砂路と、前記第1のサブダムに設置され、前記第1の排砂路と連通すると共に、前記第1の排砂路から上へ延伸し、先端に水を排出できる第1の上排水口を有する第1の延伸管と、を備え、前記第1の上排水口の位置が、前記メインダムのサーチャージ水位より低いことを特徴とする浚渫設備を提供する。
以上の構成により、メイン貯水区域の水位が第1の上排水口より高い場合、第1のバルブを閉めると、水は第1の上排水口からより緩やかに排出される。メイン貯水区域の水位が第1の上排水口より低い場合、第1のバルブを開けて水を直接に第1の排出口から緩やかに排出させる。よって、第1の排砂路の磨耗が低減され、使用年数が向上される浚渫設備を実現し得る。
本発明による浚渫設備の実施形態が付設されているメインダムと該メインダムの下流側にある複数のサブダムが示される上面図である。 該実施形態が示される概略断面図である。 図1における破線III−IIIによる断面図である。 図1における破線IV−IVによる断面図である。 図1における破線V−Vによる断面図である。 該実施形態を複数のメインダム及び複数のサブダムに付設される一例が示される上面図である。
図1と図2に本発明による浚渫設備の好ましい実施形態が示される。ここで、図1は浚渫設備が付設されているメインダム800と該メインダム800の下流側にある複数のサブダム900、900a、900bが示される上面図であり、図2は浚渫設備が示される概略断面図であり、図3は図1における破線III−IIIによる断面図である。
本実施形態において、浚渫設備は、メイン貯水区域801が隣設されるメインダム800と、メインダム800の下流側にあると共に第1の貯水池901が隣設される第1のサブダム900とを含む水利施設に付設され、メイン貯水区域801の底部の土砂及びメイン貯水区域801内の水を取り込む取込口11と、メインダム800の下流側に設置されるメインバルブ2と、取込口11とメインバルブ2の間に介在する取込水路1と、メイン貯水区域801の底部の土砂及びメイン貯水区域801内の水を撹拌することができる撹拌装置3と、メインダム800と第1のサブダム900に設置される第1の浚渫装置4と、を備える。本実施形態において、撹拌装置3は浚渫船のクレーン又はデリックのような揚貨装置を使って、メイン貯水区域801の底部に降下されて作動する。また、必要があれば、図1に示されているように、第1のサブダム900の下流側に更にある第2のサブダム900aと第3のサブダム900bに第2の浚渫装置4aと第3の浚渫装置4bを更に設置しても良い。第2の浚渫装置4aと第3の浚渫装置4bは第1の浚渫設備4と大体同じなので、簡潔のため、以下、浚渫装置4のみについて詳しく説明する。
第1のサブダム900において、第1の浚渫装置4は、第1のサブダム900の下流側、且つ、取込口11より低い位置にあって、第1のバルブ43が設けられている第1の排出口411と、メインバルブ2と第1の排出口411との間に介在する第1の排砂路41と、第1の排砂路41と連通すると共に、第1の排砂路41から斜め上方に向かって延伸し、先端に水を排出できる第1の上排水口421を有する第1の延伸管42と、第1の延伸管42から、下方(図3の例では斜め下方)に向かって延伸して第1の貯水池901に連通し且つ先端に第1の貯水池901との連通状態を制御する排砂バルブ49が設けられている少なくとも1つの堆砂管48と、第1の排砂路41から上方へ延伸して第1の貯水池901の底部に連通し且つ第1の貯水池901との連通状態を制御する貯水池バルブ46が設けられている第1の連通路412と、第1のバルブ43、貯水池バルブ46、及び排砂バルブ49の開閉状態を制御する制御手段47と、を備える。
図2に示されているように、第1の排砂路41は、流路での堆砂を防ぐため、取込口11から低い位置にある第1の排出口411まで延伸するように作られている。図1と図3に示されているように、第1の延伸管42は、第1の排砂路41から斜め上方に向かって、且つ第1のサブダム900の第1の貯水池901に接する表面に沿って第1のサブダム900の天端に設けられた第1の上排水口421まで延伸する。高低差による水圧でメイン貯水区域801の水を第1の排砂路41を経由して第1の上排水口421から排出させるため、第1の上排水口421の高度はメインダム800のサーチャージ水位より低い必要がある。本実施形態において、第1のサブダム900の天端の高度は、メインダム800の天端より約50メートル低く、第1の上排水口421は第1のサブダム900の天端に設けられている。土砂が水と共に第1の延伸管42に沿って上昇する際、一部の土砂が堆砂管48に滞留するので、堆砂管48は第1の上排水口421から排出される水に含まれる土砂の量を低減する効果がある。本実施形態において、第1の浚渫装置4における堆砂管48の数は3つであるものの、実際に応用する際、第1の延伸管42の長さに応じて増減しても良い。また、第1の浚渫装置4は、第1のサブダム900の天端に設置され、第1の上排水口421から排出される水流を利用して発電することができる発電機44と、発電機44を通過した水を河川の下流側に排出する排水路45と、を更に備える。発電機44によって、浚渫に使用された水も無駄なく水力発電に使われる。制御手段47は、第1のバルブ43、貯水池バルブ46、及び排砂バルブ49を閉めるように動作する第1の状態と、それらのバルブを開けるように動作する第2の状態と、に切り替えられるように構成されたものである。本実施形態において、制御手段47は手動式に構成されたが、センサ(図示せず)と併用する自動式に構成されても良い。
以下、図1〜5を参照して、水利施設が更に第2のサブダム900aと第3のサブダム900bを含み、そして浚渫設備が更に第2のサブダム900aと第3のサブダム900bとにそれぞれ設置された第2の浚渫装置4aと第3の浚渫装置4bを含む場合について説明する。ここで、図4は図1における破線IV−IVによる第2のサブダム900aの断面図であり、図5は図1における破線V−Vによる第3のサブダム900bの断面図である。第2の浚渫装置4aは、全体的に第1の浚渫装置4と同じく構成され、第2のサブダム900aの下流側、且つ、第1の排出口より高くない位置にあって、第2のバルブ43が設けられている第2の排出口411と、第1の排出口411と第2の排出口411との間に介在する第2の排砂路41と、第2のサブダム900aに設置され、第2の排砂路41と連通すると共に、第2の排砂路41から上へ延伸し、先端に水を排出できる第2の上排水口421を有する第2の延伸管42と、第2の延伸管42から、図4に示されるように斜め下方に向かって延伸して第2の貯水池901aに連通し且つ先端に第2の貯水池901aとの連通状態を制御する排砂バルブ49が設けられている少なくとも1つの堆砂管48と、第2の排砂路41から上方へ延伸して第2の貯水池901aの底部に連通し且つ第2の貯水池901aとの連通状態を制御する貯水池バルブ46が設けられている第2の連通路412と、第2のバルブ43、貯水池バルブ46、及び排砂バルブ49の開閉状態を制御する制御手段47と、を備える。第2の上排水口421の位置は、第1のサブダム900の第1の上排水口421の位置より低い。
第3の浚渫装置4bの構成は第2の浚渫装置4aと大体同じなので省略する。全体的に言うと、それぞれ第1のサブダム900、第2のサブダム900a、及び第3のサブダム900bにおける第1の上排水口421、第2の上排水口421、及び第3の上排水口421の位置は、上記の順番で段々と低くなるような仕様である。また、本実施形態において、第1の延伸管42、第2の延伸管42、及び第3の延伸管42にそれぞれ設けられている堆砂管48の数は、それぞれ3本、2本、及び1本である。
以下、上記の浚渫設備により浚渫工程を実行する態様について説明する。理解し易く説明するため、メイン貯水区域801の水位を200メートルと仮定し、第1の上排水口421の位置は、メイン貯水区域801の水位より50メートル低い箇所にあることと仮定する。また、浚渫工程が始まる時点では、第1の浚渫装置4の制御手段47は第1の状態(各バルブを閉じる状態)で作動している。
浚渫工程を実行する時、先ず、撹拌装置3を作動して、メイン貯水区域801の底部の土砂と水を撹拌し、泥水を作る。メインバルブ2を開けると、泥水が取込口11に流れ込む。そして、泥水は取込水路1に沿って、第1の排砂路41まで到達する。このとき、第1のバルブ43が閉まっているので、泥水は第1の延伸管42に沿って第1の上排水口421に上昇する。上昇する途中、泥水に含まれる一部の土砂が3つの第1の堆砂管48に堆砂する。土砂の量が少なくなった水は、第1の上排水口421から排出する。排出した水は、発電機44を通過したあと排水路45に沿って河川の下流に流れる。メイン貯水区域801の水面と第1の上排水口421との高低差は50メートルであり、メイン貯水区域801の水位200メートルと比べて大幅に少ないので、第1の排出口411から泥水を直接排出する場合と比べて、取込水路1及び第1の排砂路41における泥水の流速は大幅に低く、よって第1の排砂路41を形成する面の磨耗を抑えることができる。
浚渫工程が進行しつつ、メイン貯水区域801の水位が第1の上排水口421より低く(例えば、メイン貯水区域801の水位が150メートル未満)になると、泥水が自然に第1の上排水口421から排出されることができなくなる。この場合、浚渫工程を進めるために、第1の浚渫装置4の制御手段47が第2の状態(各バルブを開ける状態)で作動するように制御手段47を操作する必要がある。第2の状態において、制御手段47に制御されて第1のバルブ43、貯水池バルブ46、及び排砂バルブ49が開けられる。第1のバルブ43が開くと、泥水が第1の排砂路41を経由して第1の排出口411から排出され、同時に堆砂管48に溜まった土砂も、排砂バルブ49が開けることによって第1の貯水池901に排出され、排出された土砂は第1の連通路412の貯水池バルブ46を通過して第1の排砂路41に再び流れ込み、最終的にメイン貯水区域801からの泥水と共に第1の排出口411から第2の排砂路41に流れ込む。この時、第2の浚渫装置4aの制御手段47は初期状態である第1の状態で作動しているため、泥水は第2の延伸管42に沿って上昇し、第1の上排水口421より50メートル低い位置にある第2の上排水口421に排出される。第1の浚渫装置4と同じく、第2の上排水口421とメイン貯水区域801の水位の差は50メートル以内に制限されるので、第2の排砂路41における泥水の流速を低下させ、第2の排砂路41を形成する面の磨耗を抑えることができる。そして、メイン貯水区域801の水位が第2の上排水口42より低くなると、第2の浚渫装置4aの制御手段47が第2の状態に切り替わって作動し、泥水を第3の浚渫装置4bに導く。第3の浚渫装置4bは第1の浚渫装置4及び第2の浚渫装置4aと同様に第3の排砂路41、第3の排出口411、第3の連通路412、第3の延伸管42、第3の上排水口421、第3のバルブ43を有するものであり、以降の第3の浚渫装置4bの動作は上記した第2の浚渫装置4aの動作を繰り返すだけなので省略する。最終的に、メイン貯水区域801の底部に堆積した土砂が、本発明による浚渫設備の本実施形態によって、第3の排出口411から例えば河川の下流に排出される。
以上のように、本実施形態の浚渫設備は、メイン貯水区域の水位が第1の上排水口より高い時でも、排砂路を流れる泥水の流速が緩和されるので、泥水による流路の磨耗を抑えることができ、浚渫設備の使用年数が伸びる。
また、本実施形態を複数のメインダム及び複数のサブダムに付設される一例が示される上面図である図6のように、複数の浚渫設備を用いてメイン貯水区域801に行われる浚渫工程に投入してもよい。また、図6に示されているように、取込口11及び撹拌装置3(図示せず)を複数用いることによって、より多くの箇所から泥水を取り込み、浚渫工程の進捗を加速させることができる。
1 取込水路
11 取込口
2 メインバルブ
3 撹拌装置
4 第1の浚渫装置
4a 第2の浚渫装置
4b 第3の浚渫装置
41 第1の排砂路、第2の排砂路、第3の排砂路
411 第1の排出口、第2の排出口、第3の排出口
412 第1の連通路、第2の連通路、第3の連通路
42 第1の延伸管、第2の延伸管、第3の延伸管
421 第1の上排水口、第2の上排水口、第3の上排水口
43 第1のバルブ、第2のバルブ、第3のバルブ
44 発電機
45 排水路
46 貯水池バルブ
47 制御手段
48 堆砂管
49 排砂バルブ
800 メインダム
801 メイン貯水区域
900 第1のサブダム
900a 第2のサブダム
900b 第3のサブダム
901 第1の貯水池
901a 第2の貯水池
901b 第3の貯水池

Claims (8)

  1. メイン貯水区域に隣設されるメインダムと、前記メインダムの下流側にある第1の貯水池に隣設される第1のサブダムを含む水利施設に付設される浚渫設備であって、
    前記メイン貯水区域の底部において土砂及び前記メイン貯水区域内の水を取り込む取込口と、
    前記第1のサブダムの下流側、且つ、前記取込口より低い位置にあって、第1のバルブが設けられている第1の排出口と、
    前記取込口と前記第1の排出口との間に介在する第1の排砂路と、
    前記第1のサブダムに設置され、前記第1の排砂路と連通すると共に、前記第1の排砂路から上へ延伸し、先端に水を排出できる第1の上排水口を有する第1の延伸管と、
    を備え、
    前記第1の上排水口の位置が、前記メインダムのサーチャージ水位より低いことを特徴とする浚渫設備。
  2. 前記第1のバルブの開閉状態を制御し、前記第1のバルブを閉じるように動作する第1の状態と、前記第1のバルブを開けるように動作する第2の状態と、に切り替えられる制御手段を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の浚渫設備。
  3. 前記第1の延伸管は前記第1の排砂路から前記第1の上排水口まで、斜め上方に向かって延伸し、且つ、
    前記第1の延伸管から、下方に向かって延伸し、先端に前記第1の貯水池との連通状態を制御する排砂バルブが設けられている堆砂管と、を更に備え、
    前記制御手段は、
    前記第1の状態において、更に、前記排砂バルブを閉じるように制御し、
    前記第2の状態において、更に、前記排砂バルブを開けるように制御することを特徴とする請求項2に記載の浚渫設備。
  4. 前記第1の排砂路から上方へ延伸して前記第1の貯水池の底部において前記第1の貯水池との連通状態を制御する貯水池バルブが設けられている第1の連通路を更に備え、
    前記制御手段は、
    前記第1の状態において、更に、前記貯水池バルブを閉じるように制御し、
    前記第2の状態において、更に、前記貯水池バルブを開けるように制御することを特徴とする請求項3に記載の浚渫設備。
  5. 前記メイン貯水区域の底部の土砂及び前記メイン貯水区域内の水を撹拌することができる撹拌装置を更に備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の浚渫設備。
  6. 前記第1のサブダムに設置され、前記第1の上排水口から排出される水流を利用して発電することができる発電機を更に備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の浚渫設備。
  7. 前記第1のサブダムに設置され、前記発電機を通過した水を河川の下流側に排出する排水路を更に備えることを特徴とする請求項6に記載の浚渫設備。
  8. 前記水利施設は前記第1のサブダムの下流側にある第2の貯水池に隣設される第2のサブダムが更に設置されており、
    前記第2のサブダムの下流側、且つ、前記第1の排出口より高くない位置にあって、第2のバルブが設けられている第2の排出口と、
    前記第1の排出口と前記第2の排出口との間に介在する第2の排砂路と、
    前記第2のサブダムに設置され、前記第2の排砂路と連通すると共に、前記第2の排砂路から上へ延伸し、先端に水を排出できる第2の上排水口を有する第2の延伸管と、
    を更に備え、且つ、
    前記第2の上排水口の位置が、前記第1の上排水口の位置より低いことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の浚渫設備。
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