JP4403553B2 - 洪水時河川水の河道外貯留施設 - Google Patents

Description

本発明は洪水時河川水の河道外貯留施設に係り、洪水時の河川水を取水し、前処理を施して地下空洞等に貯留し、必要に応じて生活用水等の貯水運用に用いるようにした洪水時河川水の河道外貯留施設に関する。

従来、豊水時等に放流していた膨大な河川水を河道外に設けられた所定容量の確保された貯留施設に貯留すれば、貯留施設における貯水運用によって、新たな生活用水、工業用水または農業用水に活用できる新規利水量を生み出すことが期待できる。しかし、洪水時の河川水は濁水化している可能性が高い。したがって、そのまま貯水すれば、貯留施設内へ砂等が流入沈殿し、これにより貯留容積が侵され、貯水機能が損なわれるおそれがある。したがって、河川水の前処理装置や施設を設けることが好ましい。

そこで、出願人は、すでにこの問題を解決した洪水時河川水の河道外貯留施設を提案している（特許文献１参照）。この洪水時河川水の河道外貯留施設５０は、図１０に示したように、河川５１に設けられた堰５２の上流の川岸に設けられた取水口５３で取水され、水路５４を経て送られた河川水に含まれる夾雑物を除去する前処理部５５と、前処理部５５から送水された河川水を一時貯留するとともに、河川水を流量調整して下流浄水施設（図示せず）に送水可能な河川水貯留部５６とから構成されている。前処理部５５では、送水系統の切替を行って所定の前処理池（図示せず）にて河川水に含まれる夾雑物を除去するとともに沈砂処理して、河川水を河道外貯留部５６へ送水するようになっている。この図１０で示した提案施設では、洪水により濁水化した河川水の前処理として、流木等の粗大物は取水口５３で流入を阻止し、砂や泥および微粒な懸濁物は、前処理部５５で処理するものとしている。

特開２００３−２２７１４９公報。

ところで、洪水時河川水の取水においては、上述したような貯留施設内に流木等の浮遊物や粗大物等が流入するのを確実に阻止することが必要がある。このために、一般には河川の取水口部には浮遊物の流入を防止するために、格子状のスクリーン等を設置することで対応している。特許文献１においても、取水口表面にスクリーンを設け、濁水化した河川水を取水する際に流木等の粗大物が流入水路５４へ流入するのを阻止している。この際、従来の取水口の取水設備では、スクリーンの目詰まりを防止するために、スクリーン表面近くに浮遊して停留する浮遊物を掻き揚げる機構等が備えられている。そして、スクリーン表面に付着した浮遊物の掻き上げ作業を定期的に行ったり、スクリーンの目詰まりによって取水に支障が生じるような場合には、目詰まり除去処理作業を行っている。このため、取水設備の維持作業が負担が多く、維持コストも相当額になると言う問題がある。ところで、洪水時河川水の取水時において、懸濁物等は水面近くの流速の早い河川水により多く含まれるため、必要に応じて取水深度が選択できれば、無駄な懸濁物等を取水時に取り込まないようにすることができる。この点を考慮することが設備の維持管理上、好ましい。

また、特許文献１に開示された発明では、貯水池や貯水空洞に貯水される河川水の水質はかなり改善されているが、貯水空洞内等に長期間にわたり、河川水を貯留させておくと、河川水中に混入していた微細な懸濁物が空洞内に沈殿し、これらが貯水空洞内の底部に堆積することになる。このため、貯水空洞内の清浄化対策を定期的に行うことが必要となってくる。

そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、洪水時河川水の取水において、選択取水を有効に実現して、懸濁物、粗大浮遊物等の前処理施設内への流入を阻止するとともに、貯水空洞等内に貯水された貯留水に含まれる微細な懸濁物を、効率的に除去できるようにした洪水時河川水の河道外貯留施設を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は河岸法面に沿って設けられた取水口を介して洪水時河川水を取水し、該河川水に含まれる夾雑物を除去して一時貯留するとともに、前記河川水を流量調整して下流浄水施設に送水可能な河川水貯留部とから構成された洪水時河川水の河道外貯留施設であって、前記取水口は、前記河岸法面勾配に沿って、平常時水位より高位置に配置され、洪水時取水の際に上側ゲートと下側ゲートとに区分され、洪水初期時に下側ゲートを開放して増水分の下層の河川水を取水し、その後河川水中の懸濁物の希釈、沈降を確認して、上側ゲートを開放して上層の河川水を取水するように、取水深度を前記河岸法面に沿って変更可能に設置された取水ゲートと、該取水ゲート背面に連通された取水水路との間に位置し、所定目幅を構成するように、複数枚のディスクが回転軸方向に配置されたディスク列を河川水流方向に沿って前記取水口に配列し、前記目幅以上の粗大物の流入を遮断するディスク構造スクリーンと、該ディスク構造スクリーンを通過して前記取水水路を介して流入した前記河川水を貯留するとともに、混入懸濁物をさらに沈殿堆積させる河川水貯留部と、該河川貯留部の底部に沈殿堆積した懸濁物の除去手段とが備えられたことを特徴とする。

本発明によれば、取水口における取水時期、深度の選択取水の採用によって、比較的負荷が小さい状態で、洪水時河川水の効率的な取水が可能となるとともに、浮遊物（懸濁物）の流入を阻止することが可能となり、上述した施設の前処理装置等の負荷軽減につながるという効果を奏する。

また、貯水空洞内の浄化手段によって、微細な懸濁物堆積層を貯留水の送水時に下流側に自然流下させ、あるいは礫間接触酸化法等により、効率的に貯留水（河川水）の浄化を行うことができるという効果を奏する。

以下、本発明の洪水時河川水の河道外貯留施設の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

図１は、河川取水施設として河川１の横断方向に取水堰５２（図１０）が設けられ、その堰５２の手前にもうけられた取水口３から、洪水時等に無効放流される基準渇水流量を超えた河川流量を河川水流入水路４に取り入れるように各施設を配置した洪水時河川水の河道外貯留施設の全体構成を模式的に示した構成図である。本実施例では、堅固な岩盤内に構築された地下空洞を河道外貯留施設として利用した地下水面下に地下空洞を設置した水封方式施設としての貯水施設（以下、貯水空洞と呼ぶ。）を想定している。

本実施例では、図１，図２に示したように、取水口３には、後述する取水ゲート１０と、取水用防塵装置２０とが設備されている。また、流入水路４としては岩盤内を通過する管路トンネルが用いられており、その管路トンネルは、内部に夾雑物が詰まったり沈殿しないような水路勾配、水路断面に設定されている。さらに、河川水流入水路４の経路中には、前処理部としての河川水前処理施設５が設けられている。さらに河川水前処理施設５の下流には所定貯水容量を擁する河道外貯留施設としての貯水空洞７が設けられている。貯水空洞７から既存の浄水場（図示せず）への送水は設定した水路の水位関係により自然流下させるか、ポンプ圧送させるかの送水方式がとられている。本実施例では、貯水空洞７からの送水制御を行うために送水量調整を行える制御弁等の送水制御部８が設けられている。

取水ゲートは、図２，図３各図に拡大して示したように、取水口を上下２段の昇降可能な鋼製ゲートで覆う構成からなる。この取水ゲート１０は、図示しない昇降装置により、ガイドレール１４（図４参照）に沿って独立して昇降可能な上側ゲート１２、下側ゲート１３から構成され、図２に示した平常時水位においては、その水位より高い位置で、上側ゲート１２、下側ゲート１３が重ならないように上下に配置され、取水口３を完全に閉塞した状態となる。

本発明では、洪水時に発生する浮遊物や粗大物等が取水口３内に流入するのを阻止する方策として、懸濁物の多い洪水初期を避けて洪水を取水する取水時期の選択を行うものとした。具体的には、洪水時の時間経過、水位変化、流量等に応じて、図３（ａ），（ｂ）に示したように、取水ゲート１０は、その開放状態として上側ゲート１２を下げて取水口３の上部を開放した状態（上部開放状態）、下側ゲート１３を上げて取水口３の下部を開放した状態（下部開放状態）が適宜選択できるようになっている。この上部開放状態と下部開放状態との切り替えは、たとえば、洪水時の増水初期において、河川水を混濁させる懸濁物等は水面近くの流速の早い河川水により多く含まれるため、これら懸濁物の取水を押さえるために、取水水深が深くなる下部開放状態を選択する。

次に、取水口の取水ゲート１０及び取水用防塵設備の構成について、図４，図５各図を参照して説明する。取水ゲート１０は、図２，図４に示したように、河川の法面の一部に沿った角度で配置された上側ゲート１２と下側ゲート１３とがゲート両側に沿って設けられたガイドレール１４に昇降装置（図示せず）によって昇降可能に支持されている。

取水口３の取水ゲート１０の背面側には、取水用防塵設備２０が設置されている。取水用防塵設備２０は、たとえば、洪水時に水面付近に多量に発生している浮遊物や流下する粗大物が取水口から流入するを阻止しつつ河川水のみを取水する機能を有することが重要である。そこで、本実施例では、取水用防塵設備２０として、ディスク構造スクリーン２１が設置されている。このディスク構造スクリーン２１は、図５（ａ），（ｂ）に示したように、回転縦軸２２を中心軸として複数枚の円板２３（ディスク）を軸線方向に所定間隔をあけて取り付けられたディスク全体が略筒状をなした回転体を単位回転体２４として、この単位回転体２４を河川の水流方向に沿って取水口を閉塞するように配列した構成からなる。この単位回転体２４からなるディスク構造スクリーン２１の水平方向目幅は単位回転体２４の円板半径及び単位回転体２４の河川に水流方向に沿った配列間隔とから定まり、軸線方向（縦方向）目幅は回転縦軸２２への円板２３の取付間隔を調整することで設定することができる。すなわち、各円板２３の縁辺が、隣に配列された単位回転体２４の回転縦軸２２にほぼ接する程度（円板半径にほぼ等しい離れ）に離して単位回転体２４を配列するとともに、回転縦軸２２の高さ方向に関して交互位置で重なるようにすることで、各単位回転体２４間に所定の縦横目幅のスクリーンが形成される。本実施例では、円板直径は約φ４５０mmで、水平方向目幅は２００mm、縦方向目幅は約２０mmに設定されている。これらのスクリーンの目幅は、予想される洪水時水位、取水口規模等によって適宜設定することが好ましいが、ディスク構造スクリーンを採用した場合の目幅寸法の範囲としては、水平方向目幅はおよそ１６０〜３００mm、縦方向目幅はおよそ１０〜４０mm程度とすることが、スクリーニング機能上、好ましい。そして、この配列された各単位回転体２４には、上部カバー２５内に収納された駆動伝達機構（図示せず）により、たとえば毎分１回転程度の回転力が付与され、取水時に回転縦軸２２の回転より、単位回転体２４全体が所定の回転数で図中矢印方向に同期回転するようになっている。

このディスク構造スクリーン２１は、図５各図に例示したように、単位回転体２４が取水時に同一矢印方向に等角速度で回転するので、例えば洪水時に河川水の流下に伴い、取水口位置でスクリーン２１を通過しようとする比較的小さな浮遊物は、回転している円板２３上に載り、回転に伴ってさらに隣の円板２３上に移動した状態でその回転力によってスクリーン外の河川に押し戻され、水路２（図３）内への流入が阻止される。これにより、洪水時取水において、河川水にスクリーンの目幅以上の懸濁物、粗大物が混入するのを確実に防止できる。このため、水路上の前処理装置５の負荷が小さくなり、前処理装置５の小型化も可能になる。

ここで、洪水時取水を行う際の、取水時期、取水深度の設定方法とについて図４，図５（ａ），（ｂ）を参照して説明する。まず、洪水時の増水初期には、河川水を混濁させる懸濁物等が多く混入するため、これら懸濁物の取水を押さえるために、洪水初期は、図４に示したように、取水ゲート１０を閉塞して取水を行わず、その後は水面近くの流速の早い河川水により多く含まれる懸濁物を回避するため、取水深度が深くなる下部開放状態を選択して取水を行う。このとき、浮遊する粗大流出物等も水面近くの取水口３が閉塞しているため、取水されることなく、洪水時の水量によって下流の堰５２（図１０）で停留あるいは越流することになる。その後、懸濁物の希釈あるいは沈降した流下状態が観測されたら上部開放状態に切り替えた取水を行う。

［懸濁物堆積層の除去手段および水質浄化手段］
図１に示した洪水時河川水の河道外貯留施設では、前処理施設５を経て貯水空洞７に貯水される河川水の水質はかなり改善された状態にあるが、貯水空洞内での長期間の貯留により、微細な懸濁物が沈殿する。このため、貯水空洞７等の貯水領域においての懸濁物堆積層の除去等、何らかの浄化対策を行うことが必要となってくる。図６は、送水路６側に向けて下り勾配となる縦断形状とした貯水空洞７の構造形状を示した概略縦断面図である。同図に示したように、貯水空洞７を縦断方向に所定勾配をつけた空洞構造とすることで、懸濁物が貯水空洞７の底部７ａに層状に堆積するが、この懸濁物堆積層も貯留水の送水時に下流側の送水路側に自然流下させることができる。このとき、貯水空洞７の横断面形状は、図７（ａ）に示したように、底面７ａが鈍角のＶ字形断面をなす形状とすることが好ましい。また、必要に応じて、図６及び図７（ａ）に示したように、貯水空洞７外に圧源９（図１）、水混合部、制御部（図示せず）から延設された、懸濁物堆積層の除去手段として洗浄管１１を縦断方向に沿って配管し、洗浄管１１に一定間隔で高圧水または高圧空気の噴出口１２を形成し、この噴出口１２からの高圧水または高圧空気で懸濁物堆積層を撹乱し、排水とともに懸濁物を強制的に貯水空洞７外に排出することが好ましい。排出された懸濁物は排土ポンプ等の汲み上げ設備を設置し、運転することにより水路外に排出することが可能となる。

貯水空洞７の断面形状は、貯水空洞７の貯水容積、掘削される岩盤強度等を考慮して決定されるが、上述の懸濁物堆積層の除去を考慮した場合、たとえば図７（ｂ）に示したように、複数列のＶ字形底面を配して各底面付近に洗浄管１１を設けることで、大断面の場合でも洗浄の効率化を図ることができる。また、同図（ｃ）に示したように、下方が尖った卵形断面とすることにより、貯水空洞７内での流速最速位置を断面下方に下げることができ、懸濁物が堆積しにくく、また自然流下しやすい流れ状態を作ることができる。

図８は貯水空洞７内に所定範囲の粒径からなる礫状体１５としての礫、割栗石等を充填し、礫間接触酸化法や湛水浸透を利用した浄化作用を実現して、貯水空洞７内に貯留された河川水の水質浄化を行うようにした実施例を示した縦断面である。この礫間接触酸化法では、懸濁物を含んだ河川水が貯水空洞７内を流下する接触酸化ろ過材としての礫、割栗石等の自然石に接触することにより沈殿あるいは吸着を起こし、また礫等の表面に形成された細菌・藻類・原生生物などの微生物から構成される生物膜によって、有機物質の分解を促進させ、懸濁物によって汚染した河川水の浄化が図られる。本実施例では、好気微生物の活性化のために、礫間に空気を供給する曝気管１６を配管することが好ましい。図９は洗浄管１１と曝気管１６の配置例を示した横断面図である。曝気管１６から供給される高圧空気は礫間を上昇し、礫の表面に付着した微生物に酸素を供給するとともに、礫間に堆積し団粒化し、目詰まりのもととなる懸濁物を破砕することができる。なお、上述した礫状体としては、自然石をクラッシャ等で所定粒径範囲に破砕して製造する他、強度が確保できれば、各種の人工骨材等を用いることもできる。

なお、図８，図９に示したように貯水空洞７内に礫を充填して堆積させた際、上層の礫自重により下層の礫が破砕するのを防止するために、鉄筋コンクリート等の耐久性のある部材により、通水性を有する多層スラブ構造を設け、各スラブごとにその上方の礫状体１５の自重を分担して荷重の分散を図り、構造体としての安定性を確保することが好ましい。その際、洗浄管１１、曝気管１６を各スラブ上に配管することで、各配管の容量を小さくするとともに、効率のよい洗浄作業と微生物好気化を行うことができる。

以上の洪水時河川水の処理方法の説明は、岩盤中の地下水面下に構築される水封式貯留空洞を前提とした構成について行ったが、地下水面より上部に設置される貯水空洞や、開放貯水池の場合も適用可能であることはいうまでもない。

洪水時河川水の河道外貯留施設の構成の一実施例（地下空洞）を示した概略斜視図。 図１に示した施設の河川水取水口の構成の一実施例を示した部分拡大斜視図。 図２に示した河川水取水口の開放状態の例を示した部分拡大斜視図。 河川水取水口の取水ゲートの閉塞状態の例を示した部分拡大斜視図。 図４に示した取水ゲートの開放状態（上部開放状態（ａ），下部開放状態（ｂ））およびディスク構造スクリーンの一部を示した部分拡大斜視図。 貯水空洞における懸濁物洗浄機構の構成の一実施例を示した縦断面図。 貯水空洞の数種の横断面例を示した横断面図。 貯水空洞内に礫を充填した懸濁物洗浄機構の構成の一実施例を示した縦断面図。 図８のIX-IX断面線に沿って示した貯水空洞の横断面図。 既提案の洪水時河川水の河道外貯留施設の構成の一実施例を示した概略平面図。

符号の説明

１ 河川
３ 取水口
４ 河川水流入水路
５ 前処理施設
７ 貯水空洞
１０ 取水ゲート
１１ 洗浄管
１２ 上側ゲート
１３ 下側ゲート
１５ 礫状体
１６ 曝気管
２０ 取水用防塵設備
２１ ディスク構造スクリーン
２３ 円板
２４ 単位回転体

Claims (1)

1. 河岸法面に沿って設けられた取水口を介して洪水時河川水を取水し、該河川水に含まれる夾雑物を除去して一時貯留するとともに、前記河川水を流量調整して下流浄水施設に送水可能な河川水貯留部とから構成された洪水時河川水の河道外貯留施設であって、
   前記取水口は、前記河岸法面勾配に沿って、平常時水位より高位置に配置され、洪水時取水の際に上側ゲートと下側ゲートとに区分され、洪水初期時に下側ゲートを開放して増水分の下層の河川水を取水し、その後河川水中の懸濁物の希釈、沈降を確認して、上側ゲートを開放して上層の河川水を取水するように、取水深度を前記河岸法面に沿って変更可能に設置された取水ゲートと、該取水ゲート背面に連通された取水水路との間に位置し、所定目幅を構成するように、複数枚のディスクが回転軸方向に配置されたディスク列を河川水流方向に沿って前記取水口に配列し、前記目幅以上の粗大物の流入を遮断するディスク構造スクリーンと、該ディスク構造スクリーンを通過して前記取水水路を介して流入した前記河川水を貯留するとともに、混入懸濁物をさらに沈殿堆積させる河川水貯留部と、該河川貯留部の底部に沈殿堆積した懸濁物の除去手段とが備えられたことを特徴とする洪水時河川水の河道外貯留施設。

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