JP2019116781A - 表流水の取水装置に設置される取水スクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】 取水スクリーンの高さを高くすることなく、多量の取水量を確保でき、かつ取水スクリーンの面上に堆積した塵埃の除去が容易にできる取水スクリーン及びこのスクリーンを取り付けた取水装置を提供する。【解決手段】 取水装置本体１１の上面開口部に取り付けられる取水スクリーン１０であって、表流水の流下方向に傾斜角度の異なる少なくとも２枚のスクリーンを有し、最下流側スクリーン１３はその上流側に位置するスクリーン１２の傾斜角度より小さい傾斜角度または水平に取り付けられていることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、水を必要とする水道施設や水力発電施設などにおいて、河川や用水路からの表流水の取水装置に取付けられ、効率よく取水するために使用される取水スクリーンに関する。

河川水を取水して、水道水などとして供給するため、河川や用水路などの水源より表流水を取水するための装置として、ボックス状本体の上面開口部に取水スクリーンを下流側に向かって斜め下り勾配に取り付けた取水装置が、本出願人より提供されている（特許文献１を参照）。この取水装置は取水堰に設置し、取水堰を越流した河川の表流水が取水スクリーン表面を流下する際に、取水スクリーンを透過した水はボックス状の装置本体に取水され、取水スクリーンの目開きより大きい落ち葉や土砂などの塵芥は取水スクリーンを透過せず、取水スクリーンに取り込まれない水（余剰水）と一緒に下流に流れ去ることで除塵されるため、塵芥による目詰まりが非常に少なく、安定した取水量が確保できる。

しかしながら、上記の取水装置は、多量の取水量を得ようとするためには、取水スクリーンの面積を広げる必要があるが、取水堰の幅には制約があるので、取水スクリーンの寸法を水流方向に長く伸ばす必要がある。そのためには、取水スクリーンは水流の流下方向に傾斜角度を付けて配置して使用する関係上、取水スクリーンの高さを高くして、下流側に伸ばす必要があるが、取水装置を既存の取水堰に取り付けて使用する場合には取水スクリーンの高さに制限があるため、十分な取水量が確保できず使用できないことがある。また、新設の取水堰に設置する場合においては、取水堰の高さを高くせざるを得ず、取水堰上流側の護岸工事はその分高く、かつ上流側に延長する必要があるため、工事費がかさむといったデメリットがある。

さらには、取水スクリーンの高さを高くして、スクリーン寸法を下流側に長く伸ばした場合、取水装置本体内部の水位は取水スクリーンの下端部が上限となるため、上流側の表流水の水位との高低差が大きくなり、取水装置本体内部の水位が低くなる。そのため、この取水装置を水力発電用として用いる場合には、有効落差が小さくなり、発電量が小さくなるというデメリットもある。

一方、取水スクリーンをほぼ水平に配置し、勾配の少ない小さい用水路などから取水する装置も提供されている（特許文献２を参照）。この取水装置は、上流側と下流側とにそれぞれ堰板を備え、これらの堰板の上部にほぼ水平に取水スクリーンを配置している。この装置は、用水路に設置した際に、上流側に設けた堰板で水流をせき止め、上昇した水面から配置した取水スクリーン面に水流を導き、水流が取水スクリーン面を流れる際に取水スクリーンを透過した水が取水され、取水スクリーンの目開きより大きい塵芥は取水スクリーンに取り込まれない水（余剰水）と一緒に下流に流れ去る仕組みとなっている。この取水装置でも、多量の取水量を得ようとするためには、スクリーン面積を広げる必要があり、用水路の幅に制約があるので下流側に長く寸法を伸ばす必要があるが、この装置では、ほぼ水平に取水スクリーンを配置しているため、装置の高さを高くする必要がない。従って、既存の水路に設置する場合でも十分な取水量を確保できるメリットがある。また、装置本体内部の水位を高く保つことができるので、水力発電における有効落差の低下を最小限にすることができる。

しかし、用水路の水量が減少し余剰水が発生しないときには取水スクリーンの下流側に塵芥が堆積し、少量の塵芥の堆積であれば水量回復時に水流で塵芥を下流に押し流す効果が発揮され、堆積した塵芥は除去されるが、多量の塵芥が堆積したときには水量回復時に塵芥を下流に押し流すことが出来ず、堆積した塵芥は水流をせき止めることとなり水路から水が溢れてしまう懸念があった。従って、少水量時には堆積した塵芥を定期的に人力で塵芥を排出する必要があり、維持管理負担が生ずる場合がある。

特許第３０７５９２８号公報 特開２０１６−１４８１３６号公報

本発明の課題は、取水スクリーンの高さを高くすることなく、多量の取水量を確保でき、かつ取水スクリーンの面上に堆積した塵埃の除去が容易にできる取水スクリーン及びこのスクリーンを取り付けた取水装置を提供することである。

本発明の取水スクリーンは、取水装置本体の上面開口部に取り付けられる取水スクリーンであって、表流水の流下方向に傾斜角度の異なる少なくとも２枚のスクリーンを有し、最下流側スクリーンはその上流側に位置するスクリーンの傾斜角度より小さい傾斜角度または水平に取り付けられていることを特徴とする。この取水スクリーンは少なくとも上流側スクリーンと下流側スクリーンとの２枚で構成することができ、下流側スクリーンの傾斜角度が前記の条件を満たし、複数枚のスクリーンで構成される場合には、最下流側スクリーンの傾斜角度が前記の条件を満たしておればよい。

そして、上記スクリーンは表流水の流下方向と直交して配置されているワイヤーバーから構成されているウェッジワイヤースクリーンから成っていることが好ましい。

また、上記の取水スクリーンが、ボックス状本体の上面開口部、又は取水堰の落差工部分に設けられた水槽の上面開口部に取り付けられていることを特徴とする取水装置も提供される。そして、この取水装置は、水流停止手段を有する、取水した水を取り出して水使用施設に送るための導水手段が設けられており、水流停止手段が取水装置に取付けた水門であることや、導水手段が導水管であって、水流停止手段は導水管の取り付け部又は導水管の途中に取り付けられた弁であることが好ましく、さらには、水使用施設が水力発電施設であって、水流停止手段はガイドベーンであることが好ましい。

また、水流停止手段は、取水能力の低下による管路内の水圧低下や水槽の水位低下などの取水した水の異常を感知した信号、又は予め定められた定期的な間隔で発信される信号を検知して、水流停止動作を予め定められた一定時間、又は異常を感知している間行うことが好ましい。

本発明の取水スクリーンでは、傾斜角度の大きい上流側に位置するスクリーンはスクリーン面に塵埃が堆積することがなく、安定した取水量を維持でき、傾斜角度の小さい又は水平の最下流側スクリーンはスクリーンを透過する水が多くなり、単位面積当たりの取水量が大きく効率的に多量の取水量を確保できる。従って、取水装置を設置する河川や用水路などの状況によって傾斜角度の大きい上流側に位置するスクリーンの枚数と面積及び傾斜角度の小さい最下流側スクリーンの面積とを適切に設定した取水スクリーンを用いることで、必要な取水量を確保すると共に取水装置の高さを低く抑えることができ、取水スクリーンの下端部の位置を高くすることができる。そのため、取水装置本体内部の水位を高く保持でき、水力発電における有効落差の低下を防ぐことができる。

一方、長期間の使用により徐々に取水スクリーンに塵芥が付着したり、河川や用水路の少水量時には傾斜角度の小さい最下流側スクリーン面には塵芥が堆積したりして、取水能力の低下が発生することがあるが、取水装置に取付けた水門、導水管の取り付け部または導水管の途中に設けられた弁、又は水力発電装置に組み込まれたガイドベーンなどの水流停止手段で取水した水の導水流を止めることで、傾斜角度の大きい上流側に位置するスクリーンから取水した水が傾斜角度の小さい最下流側スクリーンから逆流し、堆積した塵芥や取水スクリーンの隙間に入り込んだ塵芥を下流に洗い流す逆洗効果が発揮され、再び取水能力を回復することができる。

また必ずしも水流を止める機能を具備しなくとも、傾斜角度の大きい上流側に位置するスクリーンで取水しきれなかった水はスクリーン面を流下する際に加速され、傾斜角度の小さい最下流側スクリーン面に達すると塵芥を押し流す効果が大きくなり、水流を止める機能を具備した場合と比較すると効果は小さいが、ある程度取水能力の低下を抑制する作用を発揮することができる。

また、取水スクリーンをウェッジワイヤースクリーンとし、配置されるワイヤーバーの方向を表流水の水流方向と直交させて配置することで、表流水を効率よく取水を行うことができる。

本発明の取水スクリーンが取付けられた取水装置の斜視説明図。 図１に示す取水装置を取水堰に設置した例の斜視説明図。 図１に示す取水装置による取水機構の断面説明図。 図１に示す取水装置を３台並列して連結した斜視説明図。 図４に示す取水装置を取水堰に設置した例の斜視説明図。 従来の取水装置と本発明の取水スクリーンを取り付けた取水装置とにおける、装置本体内部の水位の差の説明図。 本発明の取水スクリーンにおける塵埃の蓄積についての説明図。 本発明の取水スクリーンにおける逆洗の説明図。 本発明の取水スクリーンを、取水堰の落差工部分に設けられた水槽の上面開口部に取付けた取水装置の断面説明図。 従来の取水装置の断面説明図。

本発明の実施の形態につき、取水スクリーンとして上流側スクリーンと下流側スクリーンの２枚のスクリーンを使用した形態を、図を基に以下詳細に説明する。

図１は本発明の取水スクリーン１０が取付けられた取水装置の斜視説明図であり、図２は取水スクリーン１０が取付けられた取水装置を河川や用水路などの取水堰４０に設置した実施例の斜視説明図である。取水スクリーン１０は一対の側面板１６、背面版１７、前面板１８及び底面板１９とから成る装置本体１１の上面開口部に、上流側スクリーン１２と下流側スクリーン１３との二面のスクリーンがスクリーン連結版１５を介して接続している取水スクリーン１０が取付けられ、この取水スクリーン１０の上流側スクリーン１２の前部には表流水受入板１４が前面板１８の上方に取付けられている。そして、取水堰４０にて堰き止められた表流水２０を、一対の側板１６の上端部と表流水受入板１４にて受入れる。

図３に示すように、表流水受入板１４にて受け入れた流入水２２は上流側スクリーン１２の表面を流下するが、その際、上流側スクリーン１２を透過した透過水２３はボックス状の装置本体１１に取水される。そして、上流側スクリーン１２を透過せず装置本体１１に取り込まれない流下水２４は、上流側スクリーン１２の目開きより大きい落ち葉や土砂などの塵芥と共に、スクリーン連結板１５を経由して下流側スクリーン１３の表面に流入し、下流側スクリーン１３を透過した透過水２５は装置本体１１に取水され、透過せず装置本体１１に取り込まれない水は余剰水２６として塵埃と共に下流側スクリーン１３から排出され、図２に示す河川の下流側の表流水２１となる。そして、装置本体１１の内部に取り込まれた水は、導水管３０により水使用施設（図示せず）に導水流２９として送り込まれる。

図３に示す取水スクリーン１０において、上流側スクリーン１２は表流水の流下方向に向かって傾斜角度θで取り付けられ、下流側スクリーン１３はほぼ水平に取り付けられており、面積当たりの透過水２５の水量の割合は、上流側スクリーン１２に比べ多くなっている。さらには、より多くの透過水量を得るために、下流側スクリーン１３を下流側にその寸法を長く伸ばしても、この下流側スクリーン１３の上流側前端と下流側後端の高さの差はあまり大きくならない。本実施例においては、下流側スクリーン１３は、ほぼ水平に取り付けられているが、上流側スクリーン１２の傾斜角度θより小さい傾斜角度であれば、水平でなく傾斜角をつけて取り付けてもよいが、スクリーンを透過する水を多くして効率的に多量の取水量を確保したり、装置の高さを低く抑えたりする観点からは傾斜角度が小さいほどよく、ほぼ水平に取付けられていることが好ましい。

図４は、川幅の広い河川などに取水スクリーン１０が取付けられた取水装置を設置した実施例であって、この取水装置を３台並列して結合し、取水スクリーン１０の３面が夫々一対の側面板１６を介して連結されている。そして、図５はこの連結した取水装置を取水堰４０に設置したものである。このように、本発明の取水スクリーン１０が取付けられた取水装置は、種々の川幅の河川や用水路に適用できるものである。

従来の取水装置５０は図１０に示すように、装置本体５１の上面開口部に取水スクリーン５２が下流側に向かって斜め下り勾配に一面のみ取り付けられている。この取水装置５０では、河川の表流水より受け入れた流入水２２は取水スクリーン５２の表面を流下し、流下の際に、取水スクリーン５２を透過した透過水２３は装置本体５１に取水され、導水管３０にて導水流２９として水使用設備に送り出される。取水スクリーン５２を透過せず装置本体５１に取り込まれない水は余剰水２６となり、塵芥１００と共に取水装置５０の下流側に排出される。

取水装置５０では、上記したように余剰水２６により、塵埃１００は効率よく取水スクリーン５２の表面から除去されるが、塵埃１００を効率よく除去するためには、余剰水２６の水量を一定値以上に維持することが必要であり、透過水２３の水量を多くして、多量の取水量を確保するには、取水スクリーン５２の面積を広げる必要があり、装置の高さを高くして、取水スクリーン５２の寸法を下流側に長く伸ばさなければならない。

このように、従来の取水装置５０では、取水量を確保するため、装置の高さが高くなっている。それに対して、前記したように本発明の取水スクリーン１０が取付けられた取水装置では、取付け傾斜角度が小さく、透過する水の割合が多く、単位面積当たりの取水量の多い下流側スクリーン１３を併用することで、装置の高さを高くすることなく、取水量を確保している。これらの装置の高さの違いは、図６に示すように装置本体１１と装置本体５１の内部に取水した水の水位（W.L.）にΔhの差が生ずる。すなわち、いずれの装置においても、取水するため上流側の表流水の水位に合わせて、それぞれの表流水受入板１４、５４は同じ高さに設定されているが、従来の取水装置５０においては取水スクリーン５２の寸法を下流側に長く伸ばしており、この伸ばされた取水スクリーン５２の下端が、装置本体５１の内部の水位（W.L.）の上限となっている。

これに対して、本発明の取水スクリーン１０を取り付けた取水装置においては、前記したようにより多くの透過水が得られるように、傾斜角度の小さい下流側スクリーン１３が取り付けられており（図に示した実施例ではほぼ水平に取り付けられている）、この下流側スクリーン１３の下端が、装置本体１１における水位（W.L.）の上限となる。そのため図６に示すように、本発明の取水スクリーン１０を取り付けた取水装置においては装置の高さを高くすることなく、装置本体１１における水位（W.L.）は高い位置で保持されることになり、取水装置５０に比べてΔhだけ高くなる。そのため、従来の取水装置５０を水力発電用として用いる場合には、有効落差が小さくなり、発電量が小さくなるという問題があるが、本発明の取水スクリーン１０を取り付けた取水装置ではこのような問題は発生しない。

また、下流側スクリーン１３をほぼ水平でなく、傾斜角度を有するように取り付けた場合でも、傾斜角度が上流側取水スクリーン１２の傾斜角度θより小さい角度であれば上記と同様な作用効果をもたらすことができる。

一方、図７に示すように下流側スクリーン１３は水平又は小さい傾斜角度で取り付けられるため、長期間の使用や河川や用水路の少水量時にはこのスクリーン面には塵埃１００が堆積することがある。下流側スクリーン１３のスクリーン面上に流下する流下水２４は、流入水２２が上流側取水スクリーン１２のスクリーン面上を流下することで流速が増加された水流となっており、単に水平に設置された取水スクリーンに比べ、塵埃の除去能力は大きいが、長時間の使用などでは塵埃１００の堆積が生ずることがある。

しかし、図８に示すように、取水スクリーン１０を取り付けた取水装置では逆洗により堆積した塵埃１００を除去する手段を付与することが可能である。この取水装置では装置本体１１の内部に取水した水を導水管３０にて水使用施設に導水流２９として送るが、この導水流２９を停止する（図８ではＸ印で示す）ことで、装置本体１１の内部に取水した水が逆洗水２７として、下流側スクリーン１３を逆透過して、堆積した塵埃１００と共に逆洗排出水２８として装置外の下流へ排出し、塵埃１００を洗い流すことができる。

導水流２９の停止手段としては、図３に示す導水管３０に設けた弁３１を閉じることで行うことができる。この弁３１は図に示すように導水管３０の取り付け部に設けるか、又は取水装置と水使用設備との間に設けることができる。さらには、この弁３１は、取水能力の低下による管路内の水圧低下や水槽の水位低下など、取水した水の異常を感知するか、又は予め定められた定期的な間隔で発信される信号Ｓを検知して閉じることで、導水流２９を予め定められた一定時間、又は異常を感知している間停止することができる構成となっていることが好ましい。さらには、取水した水の貯槽に設けられた水門や、水使用施設が水力発電施設であれば、発電装置に設置され、導水管３０に接続するガイドベーンにより、導水流２９を停止してもよい。水門やガイドベーンを用いる場合でも弁３１と同様に、取水した水の異常を感知するか、又は予め定められた定期的な間隔で導水流２９を停止する。そして、水源である河川や用水路の状況に応じた間隔により定期的に逆洗をすることで、塵埃の蓄積を防ぎ安定的な取水を行うことができる。

図９に示すように、本発明の取水スクリーン１０は取水堰に設けられた落差工４１、４２に設けられる水槽４３の上面開口部にも設置される。この設置では、水槽４３の上面開口部に取水スクリーン１０を直接設置してもよいが、図１、２に示す取水装置の底面板１９を除き、一対の側面板１６、背面版１７及び前面板１８に取水スクリーン１０を設置した構成としている。このようにして取り付けた取水スクリーン１０では、底面板１９がないので、上流側スクリーン１２と下流側スクリーン１３とを透過した透過水２３、２５は水槽４３に貯水される。水槽４３には水門３２を介して、導水管３０が設置されている。そして、水門３２は前記した弁３１と同様に信号Ｓを検知して、上記した弁３１と同様に開閉が行われる。

また、本発明の取水スクリーンはウェッジワイヤースクリーンであり、スクリーンを構成するワイヤーバーは水流方向と直交して配置され、各ワイヤーバーの断面は三角形状であり、三角形の底辺がスクリーン表面となるように配置されていることが好ましい。

以上の本発明の実施の形態については、取水スクリーン１０はボックス状の取水装置本体１１、又は落差工４１、４２に設けられる水槽４３の上面開口部に取付けられる形態について説明を行ったが、本発明の取水スクリーンは河川や用水路などの水源の表流水を取水するための類似の構造の取水装置や取水設備にも応用されることは、以上の説明から明らかである。

以上の説明では上流側スクリーンと下流側スクリーンの２枚のスクリーンを有する取水スクリーンの実施例につき説明を行ったが、上流側スクリーンとして複数枚のスクリーンを用いて、下流側スクリーンを最下流側スクリーンとした構成でも場合も同様な作用効果を示すことは明らかである。

本発明の取水装置は、水道施設や水力発電施設に用いられる他、工業用水、農業用水などにも用いることができる。

１０ 取水スクリーン １１ 装置本体
１２ 上流側スクリーン １３ 下流側スクリーン
１４ 表流水受入板 １５ スクリーン連結板
１６ 側板 １７ 背面板
１８ 前面板 １９ 底面板
２０ 表流水（上流） ２１ 表流水（下流）
２２ 流入水 ２３ 透過水
２４ 流下水 ２５ 透過水
２６ 余剰水 ２７ 逆洗水
２８ 逆洗排出水 ２９ 導水流
３０ 導水管 ３１ 弁
３２ 水門
４０ 取水堰 ４１、４２ 落差工
４３ 水槽
５０ 取水装置（従来装置） ５１ 装置本体（従来装置）
５２ 取水スクリーン（従来装置） ５４ 表流水受入板（従来装置）
１００ 塵埃
θ 傾斜角 Ｓ 信号
W.L. 水位 Δh 水位高低差

Claims (9)

1. 取水装置本体の上面開口部に取り付けられる取水スクリーンであって、表流水の流下方向に傾斜角度の異なる少なくとも２枚のスクリーンを有し、最下流側スクリーンはその上流側に位置するスクリーンの傾斜角度より小さい傾斜角度または水平に取り付けられていることを特徴とする取水スクリーン。
2. スクリーンが表流水の流下方向と直交して配置されているワイヤーバーから構成されているウェッジワイヤースクリーンから成っていることを特徴とする請求項１に記載の取水スクリーン。
3. ボックス状本体の上面開口部に、請求項1又は２に記載の取水スクリーンが取り付けられていることを特徴とする表流水の取水装置。
4. 取水堰の落差工部分に設けられた水槽の上面開口部に、請求項１又は２に記載の取水スクリーンが取付けられていることを特徴とする表流水の取水装置。
5. 水流停止手段を有する、取水した水を取り出し水使用施設に送るための導水手段が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載の表流水の取水装置。
6. 水流停止手段が取水装置に取付けた水門であることを特徴とする請求項５に記載の表流水の取水装置。
7. 導水手段が導水管であって、水流停止手段が導水管の取り付け部または導水管の途中に取り付けられた弁であることを特徴とする請求項５に記載の表流水の取水装置。
8. 水使用施設が水力発電施設であって、水流停止手段がガイドベーンであることを特徴とする請求項５に記載の表流水の取水装置。
9. 水流停止手段は、取水した水の異常を感知した信号、又は予め定められた定期的な間隔で発信される信号を検知して、水流停止動作を予め定められた一定時間、又は異常を感知している間行うことを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載の表流水の取水装置。

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