JP5840009B2

JP5840009B2 - 寒冷地向け表流水の取水装置

Info

Publication number: JP5840009B2
Application number: JP2012013869A
Authority: JP
Inventors: 龍男牧志; 藤井　幹也; 幹也藤井; 大輔山▲崎▼
Original assignee: 日本エンヂニヤ株式会社
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2012-01-26
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2032-01-26
Also published as: JP2013151836A

Description

本発明は、山間地等における中小河川または農業、工業用水路からの表流水を効率よく取水するために使用される表流水の取水装置に関する。

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、特許文献１に示されるボックス状の取水器本体背面の上面開口部に取水スクリーンを斜め後ろ下がりに取り付けた背面取水方式の取水装置が、本出願人より提供されている。この取水装置は取水堰堤に取り付け、取水堰堤を越流した河川水が取水スクリーン表面を洗い流しながら取水器本体の背面にて取水を行う方式のため、落ち葉や土砂による目詰まりが非常に少なく、安定した取水流量が確保できる。

図１〜図４は従来の背面取水方式の取水装置についての説明図であり、この方式による取水装置は図５に示すように取水堰堤３０に設置して使用される。この取水装置では、図１、図２および図４に示すように、側面板５、背面板６、前面板７および底面板８によりボックス状となった取水器本体１の背面の上面開口部９にウェッジワイヤースクリーンからなる取水スクリーン２を斜め後ろ下がりに取り付け、図５に示すように取水堰堤３０を越流した河川の表流水３２を流入受入れ板３と取水笠４にて取り込み、取水スクリーン２の表面に流入させる。図３に取水スクリーン２を構成するワイヤーバー２１がサポートロッド２３に取り付けられた断面図説明図を示し、左上の拡大図に示すように、流入した表流水３２は取水スクリーン２の表面を流れ落ちながら、その一部が取水流３３として、取水スクリーン２を構成しているワイヤーバー２１の間のスリットを経由することで浮遊固形物を除去され、取水器本体１の内部に取水される。ワイヤーバー２１は逆三角形の断面を有しており、その底辺２２が取水スクリーン２の表面となるようにサポートロッド２３に取り付けられ、かつ底辺２２は表流水３２をかきとり取り込みやすくするために、仰角αとなるように後方に傾斜させて取り付けられている。取水器本体１の内部に取水された水は、側面板５や前面板７に設けられた取水口１０とそれに連結した導水管１１により取水された水を導水流３５として必要な場所にまで導水する。図２に示すように取水口１０は、導水配管の設置状況により側面板５に設けたり、前面板７に設けたりして、それぞれ河川の左岸や右岸方向ないしは上流方向に導水することができる。この取水装置では、取水スクリーン２の表面の落ち葉や土砂を洗い流しながら取水するため、目詰まりが非常に少なく、安定した取水流量が確保できる。

しかしながら、この背面取水方式の取水装置を寒冷地に設置した場合、冬期には取水流量が大きく低下する問題があった。このような取水障害の発生は、気温が氷点下となり河川水温が０度近くまで低下した気象条件下で、降雪が河川に流下する状態が継続した場合に発生することが多く、この取水障害の発生状況を詳細に観察すると、次の経過をたどり発生することが判明した。
（１）河川に流入した降雪がシャーベット状氷雪となって河川を流下し、取水装置に到達したシャーベット状氷雪が取水スクリーンを通過して取水器本体に取り込まれる。
（２）取水器本体内部に取り込まれたシャーベット状氷雪は、本体内部で滞留している間に互いにくっつき合い、シャーベット状氷雪の塊となる。
（３）大きくなったシャーベット状氷雪の塊が取水器本体の取水口を塞ぎ、取水流量を低下させる。

したがって、この取水装置を寒冷地に設置して、冬期の低温および降雪時でも取水流量が低下することなく使用するためには、取水器本体内部にシャーベット状氷雪が滞留しない構造とし、取水口が塞がるのを防いで、取水流量が低下しないように改良する必要があった。

特許第３０７５９２８号公報

本発明の課題は、ボックス状の取水器本体背面の上面開口部に取水スクリーンを取り付けた表流水の取水装置を、寒冷地における冬期でも取水流量が大きく低下しない装置に改良することである。

前記した詳細な観察により得られた知見に基づき、本発明の表流水の取水装置は、取水器本体背面の上面開口部に取水スクリーンは斜め後ろ下がりに取り付けられ、該スクリーン面上に流入した表流水は該スクリーンの表面を流れ落ちながら、その一部が取水流として、該スクリーンを構成しているワイヤーバーの間のスリットを経由することで浮遊固形物を除去され、取水器本体の内部に取水される取水装置において、側板付庇が設けられて下方に向けてのみ開口している開口部は取水スクリーン下部の滞留水の水面とほぼ同じ位置に設けられ、取水器本体内部の水面に浮遊するシャーベット氷雪は該開口部より排出可能な構造となっていることを特徴とする。

また、上記の取水スクリーン下部に設けた開口部に替えて、取水器本体にオーバーフロー口を滞留水の水面とほぼ同じ高さの位置に設け、取水器本体内部の水面に浮遊するシャーベット状氷雪を該オーバーフロー口より排出可能とすることでもよい。さらに、取水スクリーンを通過させて取水した表流水を取水口に向けて導水する案内板を取水器本体内部に設け、取水口近傍での水流速度を増加させる構造とすることが好ましい。

取水スクリーンとしては、逆三角形の断面を持つワイヤーバーを配置したウェッジワイヤースクリーンが好ましく用いられる。特に、シャーベット状氷雪の本体への流入量を減少させるため、このスクリーンを構成するワイヤーバーを表流水の水流方向と直交させて配置し、かつスクリーン後半に配置されるワイヤーバーを後方に傾斜させ、スクリーン前半に配置されるワイヤーバーを前方に傾斜させたウェッジワイヤースクリーンや、ワイヤーバーを表流水の水流方向と平行に配置したスクリーンが好ましい。また、取水スクリーンのワイヤーバーには、摩擦係数の小さいフッ素系等の樹脂によるコーティングやフッ素系等の樹脂による複合メッキを施して置くこと、または樹脂製のウェッジワイヤースクリーンを用いることが、氷雪の付着を低減させる観点より好ましい。

本発明の装置では、取水スクリーンの下部に設けた開口部や、ほぼ同じ高さの位置に設けた取水器本体のオーバーフロー口から、取水器本体内部に流入したシャーベット状氷雪が大きな塊に成長する前に、取水器本体外部に排出できる。そのため、前記した観察により判明した取水障害である、シャーベット状氷雪の塊の発生を防ぐことができる。また、スクリーン下部に設けた開口部は側板付庇が設けられ下方に向けてのみ開口する構造となっているため、取水スクリーンにて除去されるべき表流水の固形物がこの開口部から、取水器内部に入り込むことを防ぐことができる。さらに、取水した表流水を取水口に向けて導水する案内板により、取水器本体内部において取水口近傍の水流速度を増加することができ、取水口近傍での氷雪の塊の発生を防ぐことができる。

また、取水スクリーンとして有効なウェッジワイヤースクリーンにおいては、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、かつ後方に傾斜させて配置することで、表流水を削り取る形状となり、効率よく取水を行うことができるが、同時に河川を流下するシャーベット状氷雪の取り込みも多くなる。そのため、ワイヤーバーのうちスクリーン前半に配置されるワイヤーバーだけを前方に傾斜させる構造とすることで、取水量の減少を最小限にとどめながら、シャーベット状氷雪の流入量を減少させることにより、取水器本体内部においてシャーベット状氷雪の塊の発生を防ぐことができる。さらに、ワイヤーバーの方向を表流水の水流方向と平行に配置することでも、同様に取水器本体内部に流入するシャーベット状氷雪の量を減少させることができる。

従来の背面取水方式の取水装置の外観斜視図。図１の取水装置の基本構造を示す斜視説明図。図１の取水装置に取り付けられる取水スクリーンに設置したワイヤーバーの断面説明図。図１の取水装置の断面説明図。背面取水方式の取水装置を取水堰堤に設置した例の斜視説明図。開口部を取水スクリーン下部に設置した本発明の取水装置の外観斜視図。図６の取水装置の基本構造を示す斜視説明図。図６の取水装置に取り付けられる取水スクリーンに設置した開口部およびワイヤーバーの断面説明図。図６の取水装置の断面説明図。取水器本体にオーバーフロー口を設けた取水器の部分断面説明図。取水した表流水を取水口に向けて導水する案内板の説明図。案内板の有無による取水器本体内部での水流変化の説明図。取水スクリーンの前半部分と後半部分に配置されるワイヤーバーの傾きの断面説明図。表流水の水流方向と平行に配置したワイヤーバーの説明図。

本発明の実施の形態につき、以下図を基に詳細に説明をする。

図６は本発明の取水装置の外観斜視図であり、図７はその基本構造の説明図である。取水器本体１の背面の上面開口部９に取り付けた取水スクリーン２の下部に開口部２５を設けている。開口部２５には側板付庇２４を取り付け、下方に向けてのみ開口する構造としている。そのため、図８に示すように、表流水３２が取水スクリーン２を経由することなく、開口部２５から取水器本体１に直接流入しない構造となっている。表流水３２はワイヤーバー２１の間のスリットを経由して、取水流３３として取水器本体１の内部に流入するが、側板付庇２４を設けているため、開口部２５から直接取水器本体１の内部に流入することがない。

図９は本発明の取水装置の断面説明図であり、符号３４は、表流水を流入受入れ板３と取水笠４にて取水クリーン２の表面に流入させ、このスクリーン２を経由させて取水器本体１の内部に取り込んだ本体内部の滞留水を示しており、この滞留水３４は取水口１０とそれに連結した導水管１１により導水流３５として必要な場所にまで導水され、水面３６はほぼ定位置に保持される。開口部２５は滞留水３４の水面３６とほぼ同じ位置に設けている。そのため、寒冷地において冬季に取水スクリーン２を通過して取水器本体１に取り込まれるシャーベット状氷雪は、水面３６に浮遊している間に、開口部２５より外部に流れ出し、取水器本体１の内部にて大きな氷雪の塊となることがなく、取水口１０を塞ぐことがない。また、開口部２５より流れ出したシャーベット状氷雪は、取水スクリーン２の表面を流下してきた表流水と共に流れ去り、開口部２５が氷雪の塊で塞がれることがない。

図１０は別の態様の取水装置の断面説明図であり、上記した開口部２５に替えて水面３６とほぼ同じ位置にオーバーフロー口１３を設け、上記開口部２５と同様に水面３６に浮遊するシャーベット状氷雪を排出可能としている。図１０ではオーバーフロー口１３は円形の形状を示したが、形状は特に限定されず、シャーベット状氷雪が排出可能であればよい。

図１１は、取水スクリーン２を通過させて取水した表流水を取水口１０に向けて導水する案内板１４を取水器本体内部に設けた取水装置の説明図であり、上図は側面説明図であり、下図は上面説明図である。取水スクリーン２に取り付けた案内板１４は取水した表流水を取水口１０に向けて導水できるように設けている。案内板１４は底板と両側面からなり、下図に示されるように両側面は取水口１０に向けて先細りにハ字状に設けられており、取水スクリーン２を通過した取水流は水流方向３３のように取水口１０に導水される。

図１２は取水スクリーン２を通過した取水流の側面からみた水流経路を示し、上図は案内板１４が設けられていない場合の取水流の水流経路３７を示し、下図は案内板１４を設けた場合の水流経路３８を示している。上図に示すように、案内板１４が取り付けられていない場合には取水スクリーン２を通過した取水流は水流経路３７のように本体内部に垂直に落ち込むが、案内板１４を設けることにより、水流流路３８は取水口１０の近辺を流れ、さらに開口部２５に向かう流れとなる。そのため、取水流と共に取水器本体１の内部に流れ込んだシャーベット状氷雪は、取水口１０の近辺に留まることなく、スムーズに開口部２５から排出される。

図１３は、取水スクリーン２に表流水の水流方向と直交させて配置されるワイヤーバーの傾きの説明図であり、スクリーン後半に配置されるワイヤーバー２１ａは従来の装置と同様に、ロッドの逆三角形断面の底辺２２が仰角αとなるように後方に向けて傾斜させているが、境界線２６より前半に配置されるワイヤーバー２１ｂだけを前方に傾斜させる構造としている。このようにワイヤーバー２１ａと２１ｂとを組み合わせることにより、取水流量の減少を最小限にとどめながら、シャーベット状氷雪の流入量を減少させることができる。

図１４は表流水の水流方向と平行に配置したワイヤーバー２１ｃからなるウェッジワイヤースクリーンの説明図であり、ロッド２３にワイヤーバー２１ｃを水流方向と平行に取り付けた状態を示している。この配置により、シャーベット状氷雪の取水器本体への流入量を減少させることができる。

取水スクリーンのワイヤーバーには、氷雪の付着を低減させるため、摩擦係数の小さいフッ素系等の樹脂によるコーティングやフッ素系等の樹脂による複合メッキを施して置くこと、または樹脂製のウェッジワイヤースクリーンを用いることが好ましい。樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフロオロプロピレン、ポリクロロトリフルオロエチレンなどや、テトラフルオロエチレン、クロロトリフロオロエチレン、ヘキサフロオロプロピレンなどの共重合体などのフッ素系樹脂のほか、ポリウレタンやポリエチレン、ポリプロピレンなども用いることができる。

［実施例］
（実験に用いた装置）
本発明の取水装置のシャーベット状氷雪による取水流量低下の防止効果を検証するために、下部開口部を設けない従来タイプの取水スクリーンを標準スクリーンとして、スクリーン下部に開口部を設けた本発明の下部開口スクリーンとの比較実験を行った。実験は図１に示される従来の装置に用いられる下部開口部のない標準スクリーン（４５０×４５０ｍｍ）と、図６に示される下部開口部を設けられた下部開口スクリーン（４５０×４５０ｍｍ、下部開口部幅３１０×高さ２９ｍｍ）とを、前面板７に取水口と導水管（１００Ａ）を取り付けた取水器本体１に取り付けて、実験に供した。
（実験の概要と条件）
上記の装置を室内温度が−５℃以下に保たれた室内に設置し、装置本体内の水温を０．１℃に保った状態で、電動かき氷機により作ったシャーベット状氷雪を、表流水と共に取水スクリーン上に供給し、導水管からの取水流量を測定した。
実験条件
供給水量３０ｍ³／時
外気温（実験室内温度）約−５℃
水温０．１℃

（実験結果）

標準スクリーンでは、開口部がなくシャーベット状氷雪が排出されないため、取水器本体内部でシャーベット状氷雪が互いにくっつきあい、塊となる。この塊となったシャーベット状氷雪が流出口を塞ぐため、表１に示すように、実験開始後２５分を経過すると取水流量が急激に低下して、当初の２分の１程度となり、その後実験開始後５０分を経過すると、取水水量が当初の３分の１程度となった。これに対して本発明の下部開口スクリーンでは、取水器本体内部に取り込まれたシャーベット状氷雪が取水スクリーンの開口部より排出されるため、シャーベット状氷雪が塊となることがなく、時間が経過しても安定した取水流量を維持することができた。

以上述べたように、本発明の取水装置は寒冷地に設置するのに適した表流水の取水装置であるが、それ以外の地域に設置し、降雪などがあった場合でも取水流量の減少をきたすことのない装置としても有用である。

１取水器本体
２取水スクリーン
３流入受け板
４取水笠
５側面板
６後面板
７前面板
８底面板
９上面開口部
１０取水口
１１導水管
１２ドレン抜き
１３オーバーフロー口
１４案内板
２１ワイヤーバー
２１ａワイヤーバー（スクリーン後半部分に配置）
２１ｂワイヤーバー（スクリーン前半部分に配置）
２１ｃワイヤーバー（水流方向と平行に配置）
２２ワイヤーバー断面の底辺
２３サポートロッド
２４側版付庇
２５開口部
２６傾斜変更境界線
３０堰堤
３１護岸壁
３２表流水
３３取水流の水流方向
３４本体内部の滞留水
３５導水流
３６滞留水の水面
３７取水流の水流経路（案内板なし）
３８取水流の水流経路（案内板あり）

Claims

取水器本体背面の上面開口部に取水スクリーンは斜め後ろ下がりに取り付けられ、該スクリーン面上に流入した表流水は該スクリーンの表面を流れ落ちながら、その一部が取水流として、該スクリーンを構成しているワイヤーバーの間のスリットを経由することで浮遊固形物を除去され、取水器本体の内部に取水される取水装置において、側板付庇が設けられて下方に向けてのみ開口している開口部は取水スクリーン下部の滞留水の水面とほぼ同じ位置に設けられ、取水器本体内部の水面に浮遊するシャーベット氷雪は該開口部より排出可能な構造となっていることを特徴とする表流水の取水装置。
取水器本体背面の上面開口部に取水スクリーンは斜め後ろ下がりに取り付けられ、該スクリーン面上に流入した表流水は該スクリーンの表面を流れ落ちながら、その一部が取水流として、該スクリーンを構成しているワイヤーバーの間のスリットを経由することで浮遊固形物を除去され、取水器本体の内部に取水される取水装置において、取水器本体にオーバーフロー口が滞留水の水面とほぼ同じ高さの位置に設けられ、取水器本体内部の水面に浮遊するシャーベット氷雪は該オーバーフロー口より排出可能な構造となっていることを特徴とする表流水の取水装置。
取水スクリーンを通過させて取水した表流水を取水口に向けて導水する案内板を取水器本体内部に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の表流水の取水装置。
取水スクリーンはウェッジワイヤースクリーンであって、該スクリーンを構成するワイヤーバーを表流水の水流方向と直交させて配置し、かつ該スクリーン後半に配置されるワイヤーバーを後方に傾斜させ、該スクリーン前半に配置されるワイヤーバーを前方に傾斜させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表流水の取水装置。
取水スクリーンはウェッジワイヤースクリーンであって、該スクリーンを構成するワイヤーバーを表流水の水流方向と平行に配置したこと特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表流水の取水装置。