JP4351713B2 - 蝶番式ゲート水門 - Google Patents

Description

本発明は、潮汐の干満の潮位差を利用することにより河川、運河及び港湾などの水質を清浄化する施設に関する。

従来、川上からの流水量の少ないため汚水が停滞している河川の水質を浄化する方法として、他の河川より水を導入する方法、及び地下水を汲み上げて放流する方法により流水量を増量して汚水を押し流す方法が提案されている。また、潮汐の水位差を利用し港湾の湾口に配置した水門の開閉により港湾内海水浄化をはかる方法が提案されている。（例えば、特許文献１、２参照。）

他の河川より水を導入する方法については、農業、漁業及び工業などの水利権により他の用途に水を振り分けることは既得権者の了解を得るのに長時間を要し容易ではない。又、導水路の建設には用地の取得および導水路工事に多額の費用と時間が必要である。

地下水を汲み上げて放流する方法については、地下水位の低下による地盤沈下が生ずる恐れがある。

上流から流入する河川水は海水に比較して密度が低いから表層を流れる。また、単に潮の満ち干きだけでは流速が小さいことから水の流れは層流となり表層水の出入りに限られ溶存酸素の少ない下層水は停滞し水質浄化は難しい。また、潮汐以外には水の出入りが少ない運河、港湾などの底部下層水は停滞しており水質浄化は難しい。

また、上下開閉式水門、横引きゲート水門、及び起伏ゲート式水門など従来提案されている水門では海側の清浄な表層水を河川および運河などへ流入させ、河川および運河などの下層水を流出させて水質を浄化することは容易ではない。また、スライド式２段ローラーゲートなどの従来提案されている２段ゲートではゲートの高さが障害となり船舶の航行に支障をきたす。（例えば、非特許文献１参照。）

特開平８−１４４２３６号公報 特開２００６−２７４７０２号公報 「水門工学」水工環境防災技術研究会「水門工学」編纂委員会編、技報堂出版発行、第２章

本発明は前記従来技術の問題点を解決するべく、従来技術に比較して短時間に低額の費用で維持管理が容易な、川上からの流水量が少ない河川および運河、港湾などの水質浄化が可能であり、かつ船舶の航行に支障がない水門を提供することである。

課題を解決しようとする手段

本発明は上流からの流水量が少ないために汚水が停滞している河口近くの河川および運河、港湾などの水質浄化に関し、潮汐の干満の水位差を利用することにより河川などの水質を清浄化する水門であり、前述した技術的課題を解決するため以下のような構成からなる。すなわち、本発明は潮汐の干満の潮位差がある河口近傍などに設置された水門へ水平に配置した蝶番軸を支点として、上下方向に可動する上側ゲートと下側ゲートから構成される蝶番式ゲートを有する蝶番式ゲート水門において上げ潮時に該水門の下側ゲートを閉止し、上側ゲートの上端を水門の上流側に倒し、該上端より海側表層水を水門の上流側に越流させ、次いで上側ゲートの上端を海側水位の上昇に追随して上昇させて、該上端より海側表層水を水門の上流側へ越流させ、引き潮時に該上端を上げた状態で水門の上流側水位を海側水位より高く保ち、海側水位が低下して水門の上流側水位との差が所定値に到達した時点で下側ゲートの下端を海側へ上げて水門の上流側の水を海側へ流出させる蝶番式ゲート水門により河川などの水質浄化を行う。
なお、以下の説明においては、本発明の蝶番式ゲート水門を河川に適用した場合で説明するが、海へ流入する運河等においても同様に適用できる。

上げ潮時に上側ゲートの上端を河川側へ倒し傾斜させて、該上端より海側表層水を河川側へ越流させる機能と、河川側の水を海側へ流出させる際、該下側ゲートの下端を海側に上げる機能を有する蝶番式ゲート水門により清浄な溶存酸素の多い海側表層水と河川底部の溶存酸素が表層水に比較して少ない下層水を入れ替えて河川の水質浄化をはかる。

上げ潮時に上側ゲートの上端を河川側水位より上であり、又海側と河川側の水位差が大きくならないよう望ましくは１０センチメートル以下になるように海側水位の上昇に追随して上げていき海側の表層水を河川側へ越流させる。上側ゲート上端の位置は海側水位および河川側水位を測定する水位計からの信号に応じて該蝶番式ゲート水門の上側ゲート駆動装置を作動させることにより設定される。

上側ゲート上端をゲート蝶番軸より河川側へ倒して傾斜させることにより、該ゲート上端より清澄な表層水を河川側へ越流させる。すなわち排水処理の固液分離操作において使われている清澄分離装置である傾斜板沈降システムと同様に液中に浮遊する固形粒子が分離されるから、清澄水が河川側へ越流される。海側水位の上昇に伴い上側ゲートの傾斜角度は大きくなり上側ゲート上に沈積した固形粒子は海側底部へ滑り落ちる。

上側ゲート上端に格子、パンチングメタルあるいは金網などの浮遊物除去具を配置することにより、水面に浮遊する浮遊物が河川側へ流入することを防止する。

満潮となり海側より河川側への水の流入が停止した時点で上側ゲート上端を該上端の到達最高位置まで上げて、上流からの流入水も含めて水を溜める。海側より河川側への水の流入の有無は水門に配置された流量計あるいは海側水位計および河川側水位計からの信号により判定する。引き潮時に河川側水位より海側水位が低下して、河川側と海側の水位差が所定の値に到達するまで上側ゲートおよび下側ゲートを閉止しておき、該水位差が所定の数値に到達した時点で下側ゲートを開いて河川側の水を海側へ放流する。

河川側から海側への放流が完了した時点で下側ゲートを閉止し、上側ゲートの上端を下げて上げ潮に備える。

放流時に河川側より海側へ流れる水の流速は、該水位差による水圧により引き潮のみによる水の流速より大きいことと、下側ゲートを開くことにより河川下層水を放流することにより河川の水質が浄化される。すなわち低流速のとき水質汚濁の原因である水中の浮遊粒子は下方へ沈降しやすいから河川下層水は河川上層水に比較して汚濁が大きい。従って、汚濁の大きい河川下層水を放流することにより水質浄化が進められる。また浮遊限界速度以下の引き潮のみによる低流速では流れない河川底部の沈殿物も高流速により浮遊して流出されることにより河川が浄化される。

河川側の水の海側への流出速度は、ベルヌイの定理により河川側と海側の水位差のルートに比例し、該水位差が大きいほど速くなる。また、単位時間当たりの流出量は該流出速度と下側ゲートの開度によって調節されるが、下側ゲート下端を河川側でなく海側へ上げることにより縮流による抵抗が小さくなるから流速は速くなり河川下層水を流出し易い。

放流時に河川側より海側へ流れる水に流速は、該水位差による水圧により引き潮のみによる水の流速より大きいから、下側ゲート下端と蝶番軸間の長さを上側ゲート上端と蝶番軸間の長さより短くして、蝶番軸を河川底部に近く配置することが出来る。すなわち、上側ゲートを下げることにより船舶の航行を可能にする。また、蝶番式ゲート水門が設置される河川底部を掘削して元の河川底部より低くして、蝶番軸を元の河川底部と同じ高さに配置することにより蝶番式ゲート水門設置以前と同様に船舶の航行が可能である。
また、船舶の航行時間を予め設定するか、あるいは水門に通行信号機を設置することも有効である。

上側ゲート上端と蝶番軸間の長さは満潮時の潮位に河川流入水を加えた水位から決定出来、また下側ゲートと蝶番軸間の長さは該水位と干潮時水位との水位差の５０％以下にする。さらに、下側ゲートと蝶番軸との長さを該水位差の２０％以下にすることは船舶の航行に有効である。

本発明の蝶番式ゲート水門の開閉は毎日２回行う必要は無く、船舶の航行や大雨による増水の際は開放すればよい。また月齢により干満の大きさは変わるから満月および新月の大潮に近い期間に開閉操作を行うことは河川水質浄化に効果が大きいが、小潮の期間でも河川上流からの流入水を溜めて短時間に流すことは河川水質浄化に有効である。

本発明の蝶番式ゲート水門は相当な水圧に耐え得る強度を有し、上側ゲートおよび下側ゲートの駆動装置は油圧シリンダーおよび電動ワイヤーロープウインチ方式などが採用される。また、水門のゲートとの接触面を平滑にし、かつ下側ゲート下端、ゲート側面および蝶番の回転部を平形ゴム、Ｐ形ゴム、Ｌ形ゴムなどのゴム材水密、木材水密などの方式により水漏れを防ぐ。また、蝶番軸は水門両側側面および水門底部に配置されたサポートにより支持する。また、水位計はフロート式、流量計は電磁流量計など公知の計器を採用すればよい。

発明の効果

本発明の蝶番式ゲート水門の設置場所は河川の河口付近に限定されるものではなく、潮汐の他には流入する水の少ない運河および港湾の海への出口などに設置することにより、船舶の航行に支障なく河川、運河および港湾などの水質浄化をはかることが可能である。

以下添付図面を参照しつつ本発明に係る蝶番式ゲート水門の実施形態例を説明する。
図１は本発明に係る蝶番式ゲート水門の一実施形態を示す斜視図である。
図１に示すように、本発明に係る蝶番式ゲート水門は水門８に水平に配置した蝶番軸２を支点として、上下方向に可動する上側ゲート１および下側ゲート３より構成される。上側ゲート先端には浮遊物の侵入を防ぐための格子９が配置されている。上げ潮時に下側ワイヤーロープウインチ４，５を操作して下側ゲート３を閉めたままにして、左方の海面水位の上昇に追随して上側ゲート用ワイヤーロープウインチ６により上側ゲート１を引き上げる。満潮になり左方の海側から右方の河川側への潮の流れが止まったら上側ゲートを上側ゲートストッッパー７に接触するまで引き上げて、引き潮時に海側水位が低下し河川側水位との水位差が所定値に達するまで保持する。
該水位差が所定値に達した時点で下側ゲート用ワイヤーロープウインチ４，５を操作して下側ゲートを海側へ開き河川側の水を放流する。放流完了後、上側ゲート用ワイヤーロープウインチ６を緩めて上側ゲート１を自重により水門底部まで倒す。

図２は上げ潮時に海側から河川側への水の流入を示す側面図である。図２において１０は上げ潮時の海側水位を示し、１１は河川側水位を示す。図２に示すように下側ゲート３を閉止し、上側ゲート１を矢印に示すように海側水位の上昇に追随して引き上げ海側表層水を河川側へ流入させる。上側ゲート先端の格子９により海側浮遊物の河川側への侵入は阻止される。

図３は引き潮時に河川側から海側への水の放流を示す側面図である。図３において１２は引き潮時の海側水位を示し、１３は河川側水位を示す。図３に示すように上側ゲート１を満潮時に引き上げた状態で、引き潮により海側水位１２が下がり河川側水位１３との水位差Ｈが所定値に達した時点で下側ゲート３を開き河川側の水を海側へ放流する。
また、蝶番軸２を水門設置前の河川底部と同じ高さに配置するように水門底部１４を構築し、船舶の航行に支障がないようにする。

本発明蝶番式ゲート水門の概略構造を示す斜視図 本発明蝶番式ゲート水門の作用を示す側面図 本発明蝶番式ゲート水門の作用を示す側面図

符号の説明

１ 上側ゲート
２ 蝶番軸
３ 下側ゲート
４ 下側ゲート用ワイヤーロープウインチ
５ 下側ゲート用ワイヤーロープウインチ
６ 上側ゲート用ワイヤーロープウインチ
７ 上側ゲートストッパー
８ 水門
９ 上側ゲート先端格子
１０ 上げ潮時海側水位
１１ 上げ潮時河川側水位
１２ 引き潮時海側水位
１３ 引き潮時河川側水位
１４ 水門底部

Claims (2)

1. 潮汐による水位変化を利用して海へ流入する河川および運河などの水質浄化をはかる水門であって、
   水平に配置した蝶番軸を支点として上下方向に可動する上側ゲートと下側ゲートから構成され、
   上側ゲートは、上端が水門の上流側に倒れるように可動するものであって、上げ潮時に、下側ゲートを閉止した状態で、上側ゲート上端を水門の上流側に倒すことによって、該上端より海側表層水を水門の上流側に越流させ、次いで上側ゲートの上端を海側水位の上昇に追随して上昇させることによって、該上端より海側表層水を水門の上流側に越流させるものであり、
   下側ゲートは、下端が海側へ上がるように可動するものであって、引き潮時に、上側ゲートの上端を上げた状態で水門より上流側の水位を保ち、海側水位が低下し水門より上流側水位との差が所定値に達した時点で下側ゲート下端を海側へ上げて水門より上流側の水を海側へ放流するものであることを特徴とする蝶番式ゲート水門。
2. 上側ゲート上端と蝶番軸間の長さが、下側ゲート下端と蝶番軸間の長さより大きいことを特徴とする請求項１記載の蝶番式ゲート水門。

Images