JP7116506B1 - 取水口構造物および取水口設備 - Google Patents

Abstract

【課題】取水口の詰まりを防止または低減する。【解決手段】取水口構造物30は，底部11と，底部11と一体に形成されて底部の周縁から立ち上がる壁部12～15と，上記壁部と一体に形成されて上記壁部の上方に設けられる屋根部とを備える。屋根部のうちの河川上流側に河川勾配と逆向きの勾配を有する傾斜面部18が形成されている。屋根部のうちの河川下流側に除塵スクリーン41が取り付けられた取水口が形成されている。取水口から取り込まれた河川の水は内部空間を通じて排水口14から排水される。【選択図】図３

Description

この発明は，河川の水を取り込む取水口を備える取水口構造物および取水口設備に関する。

河川の水を水路に導き，水力発電，上水道，農業用水に用いることが行われている。特許文献１および２は，川床に埋設して用いられる川床埋設型の取水装置を開示する。

特公平７－３３６５４号公報 特許第３４８３８４７号公報

川床を掘り下げて取水装置を設置し，川床の表面よりも取水口を低く設置すると，取水装置によって河川の流動が妨げられることはない。しかしながら，河川を流れる土砂の多くが取水口に流れ込んでしまう。取水口にウェッジワイヤーや透水フィルタを取り付けることによって比較的大きな石等は排除できるものの，多くの土砂や小石等は水と一緒に取水口から取り込まれてしまう。ウェッジワイヤーや水路の詰まりも発生しやすい。

この発明は，取水口の詰まりを防止または低減する（詰まりにくくする）ことを目的とする。

この発明はまた，取水口からの土砂の取り込み量を低減することを目的とする。

この発明による取水構造物は，底部と，底部と一体に形成されて底部の周縁から立ち上がる壁部と，上記壁部と一体に形成されて上記壁部の上方に設けられる屋根部とを備え，河川中に設けられるものである。取水構造物は，上記屋根部のうちの河川上流側に，上記河川勾配と逆向きの勾配を有する第１の傾斜面部が形成されており，上記屋根部のうちの河川下流側に，除塵スクリーンが取り付けられた取水口が形成されており，上記取水口が上記底部と壁部とによって囲まれる内部空間と連通しており，上記壁部に上記内部空間と連通する排水口が形成されている。

水力発電，上水道，農業用水その他の水を必要とする施設等に水を供給するために，取水構造物は用いられる。河川の水が取水構造物によって取り込まれる。取り込まれた河川の水は一般には導水管を通じて施設等に送られる。

河川には勾配が形成されており，標高の高い場所から低い場所に流れる。この発明による取水構造物は河川中に設けられ，河川勾配を利用する構造を備えている。

取水構造物の屋根部には，その河川上流側に第１の傾斜面が形成され，河川下流側に取水口が形成されている。河川を流れる水は上流から下流に向かうので，河川の水は河川上流側の第１の傾斜面を超え（第１の傾斜面上を通過し）た後に，河川下流側の屋根部の取水口から取水構造物内に取り込まれる。すなわち河川の水が屋根部を通過するときに取水口から取水構造物内の内部空間に河川の水が入る。内部空間に取り込まれた河川の水は壁部に形成された排水口から外に排水される。排水口に導水管が接続されることによって河川の水は導水管を通じて所定の施設等にまで送られる。

屋根部の河川下流側に形成される取水口は，河川下流側の屋根部の一部に形成してもよし，河川下流側の屋根部の全部に形成してもよい。いずれにしても屋根部の河川下流側に形成される取水口には除塵スクリーンが取り付けられ，除塵スクリーンによって河川を流れる比較的大きな塵等が取水構造物内に入ることが防止される。

この発明によると，屋根部のうちの河川上流側に河川勾配と逆向きの勾配を有する第１の傾斜面部が形成され，屋根部のうちの河川下流側に取水口が形成されているので，河川を流れる土砂を第１の傾斜面部において堆積させることができ，下流側の取水口を通過する土砂の量を少なくすることができる。取水口を通過する土砂の量が少なくなるので，取水口からの土砂の取り込み量を低減することができる。

一実施態様では，上記屋根部のうちの河川下流側に，上記河川勾配に沿う向きの勾配を有する第２の傾斜面部が形成されており，上記第２の傾斜面部に上記取水口が形成されている。取水口に取り付けられる除塵スクリーンが河川勾配に沿って傾斜して設けられることになるので，除塵スクリーンによって捕捉された塵を河川の流れによって下流に流すことができる。さらには，除塵スクリーンが河川勾配に沿って傾斜して設けられている（取水構造体の下流側の屋根部が河川勾配に沿って傾斜している）ことによって，取水構造体の屋根部を超えて流れる河川の水に対して取水構造体の下流側において乱流が生じ，この乱流も塵を下流に流すように働く。除塵スクリーン（取水口）を目詰まりしにくくすることができる。

一実施態様では，上記河川上流側の屋根部と河川下流側の屋根部の境界から上記底部にかけて，上記内部空間を仕切る仕切り部が設けられており，上記仕切り部によって仕切られる２つの内部空間のうち河川上流側の内部空間に砕石が詰められており，河川下流側の内部空間が上記取水口と連通している。取水口構造物の製作費用を低減することができる。

この発明は，上述した取水口構造物を含む取水口設備も提供する。この発明による取水口設備は，河川の川床下の土中に打ち込まれた複数本の基礎杭，上記複数本の基礎孔の上端部と一体に設けられる底盤，および上記底盤上に設けられる取水口構造物を備え，上記取水口構造物が，上記底盤上に設けられる底部と，底部と一体に形成されて底部の周縁から立ち上がる壁部と，上記壁部と一体に形成されて上記壁部の上方に設けられる屋根部とを備え，上記屋根部のうちの河川上流側に，上記河川勾配と逆向きの勾配を有する第１の傾斜面部が形成されており，上記屋根部のうちの河川下流側に，除塵スクリーンが取り付けられた取水口が形成されており，上記取水口が上記底部と壁部とによって囲まれる内部空間と連通しており，上記壁部に上記内部空間と連通する排水口が形成されている。取水口構造物を川床に沈めて固定することができる。

好ましくは，上記基礎杭，底盤および上記取水口構造物の底部および壁部が上記河川の川床下に埋められおり，上記屋根部が上記河川の川床から外に露出している。河川のもともとの流動（自然の流れ）にほぼ影響を与えることなく，取水口構造物を河川中に設けることができる。

河川の水を利用する流れ込み式水力発電システムを概略的に示している。 取水設備の断面図を示す。 取水設備を構成する取水口構造物の斜視図である。

図１は河川に沿って設置される流れ込み式水力発電システムを概略的に示している。

流れ込み式水力発電システムは，河川の水を取水口から取り込み，水路を通じて送られる水の力を利用して発電するシステムである。比較的小規模の発電システムであり一般には本川１に流れ込む支川２に沿って設置される。

流れ込み式水力発電システムは，河川の水を取り込む取水設備３，取り込まれた水に含まれる細かい砂を排除する沈砂槽５，負荷変動に対応して流量を調節するヘッドタンク７，水車，発電機等を含む発電設備９を備えている。取水設備３からヘッドタンク７は導水管６によって結ばれる。ヘッドタンク７から発電設備９は圧力管８によって結ばれる。取水設備３において取り込まれた水によって発電設備９の水車が回転し，水車の回転軸の回転によって発電機が発電する。

取水設備３は，既設の堰堤４に比較的近い堰堤４の上流側に設置される。堰堤４は，その上流側に砂礫を堆積させ，これによって河川勾配を緩やかにし，河川の侵食力を小さくすることを目的に設置される。堰堤４付近は河川幅が安定しており河川勾配も緩やかであることから取水設備３の設置に適している。取水設備３はたとえば堰堤４の高さとほぼ同じ距離をあけて堰堤４の上流側に設置される。

堰堤４の上流側よりも下流側の方が砂礫や落ち葉等の浮遊物が少ない。取水設備３において砂礫や落ち葉等の浮遊物が取り込まれてしまう量を少なくするために，従来の流れ込み式水力発電システムでは堰堤４の下流側に取水設備３を設置することが多い。この実施例の取水設備３は，砂礫や落ち葉等の浮遊物が取り込まれてしまう量を少なくする構造を備えているので，従来のように堰堤４の下流側に設置する必要性は少ない。かえって堰堤４の上流側は下流側に比べて標高が高いので，堰堤４の上流側に取水設備３を設置することによって取水設備３から発電設備９に向けて流れる水の位置エネルギーを大きくすることができる。もちろん堰堤４の下流側に取水設備３を設置することも可能である。

図２は取水設備３および堰堤４が設置されている箇所の縦断面図を，図３は取水設備３を構成する取水構造体３Ａをそれぞれ示している。

取水設備３は，互いに間隔をあけて川床下の地中に立設される複数本の基礎抗32と，基礎抗32の上端部と一体に設けられる底盤31と，底盤31上に設けられる取水構造体30とから構成される。

取水設備３を設置する箇所ではあらかじめ水替え（河川の流路の一時的な変更）が行われかつ水が汲み上げられ，その後，必要とされる範囲および深さだけ川床が掘削される。掘削後の川床に複数本の基礎抗32が打ち込まれ，複数本の基礎抗32の上端部を覆うようにしてコンクリートが打設されることで底盤31が作られる。基礎抗32は丸太抗であってもコンクリート抗であっても柱状地盤改良抗であってもよい。基礎抗32の長さは，取水設備３を設置する場所の堆砂層の層厚にしたがって決定される。

底盤31上に取水構造体30が設けられる。取水構造体30は，現場において底盤31上に型枠を施工し，型枠内にコンクリートを打設して固める場所打ちコンクリート製としてもよいし，工場において製造されるプレキャストコンクリート製であってもよい。コンクリートに限らず，金属製または樹脂製の取水構造体30を採用してもよい。

取水設備３が完成した後，河川の流路が元の流路に戻される。取水設備３は河川中に浸り（上述のように川床下に埋められる部分もある），水中構造物となる。

図２を参照して，取水設備３を構成する取水構造体30は，その全体が川床下の地中に埋められず，その上部（後述する屋根部）が川床から露出するようにして設置される。

図３を参照して，取水構造体30は，平面からみて長方形の直方体状の底部11と，底部11の縁部から立ち上がる４つの壁部12，13，14，15とを備えている。４つの壁部12～15のうち壁部12が河川の上流側に位置する（図２参照）ので，以下の説明ではこれを上流側壁部12と呼ぶ。上流側壁部12に対向する壁部13を下流側壁部13と呼ぶ。残りの２つの壁部14，15は一方の壁部14にのみ穴（流出口）14Ａがあけられているので，流出口14Ａがあけられた壁部14を穴あき壁部14と呼び，他方の壁部15を閉鎖壁部15と呼んで区別する。

底部11上には，上流側壁部12および下流側壁部13とほぼ平行に，底部11の長手方向にのびる仕切り部16が設けられている。仕切り部16は穴あき壁部14から閉鎖壁部15にかけて底部11の全長にわたって設けられており，底部11と４つの壁部12～15とによって囲まれる内部空間が，仕切り部16によって上流側空間21と下流側空間22とに仕切られている。

上流側壁部12の高さは低く，仕切り部16の高さはそれよりも高い。下流側壁部13は上流側壁部12と仕切り部16の中間の高さを持つ。また，強度を確保するために，上流側壁部12の厚さ（コンクリート厚）に比べて下流側壁部13の厚さは厚く形成されている。

上流側壁部12，穴あき壁部14および閉鎖壁部15の上端部に屋根部が形成されている。

屋根部は，仕切り部16の上端部から上流側壁部12の向き（すなわち河川上流側）に短くのびる天面部17，天面部17の先端部から上流側壁部12の上端部にかけてのびる傾斜面部18を含む。天面部17および傾斜面部18はいずれも穴あき壁部14から閉鎖壁部15に至る長さを持つ。

仕切り部16の高さが高く，上流側壁部12の高さが低いので，傾斜面部18は河川勾配と逆向きの勾配（傾斜）を持つ。

他方，仕切り部16から下流側壁部13の向きには屋根がない。屋根のない範囲，すなわち仕切り部16の上端部，下流側後面部13の上端部，穴あき側面部14の上端部，閉鎖側面部15の上端部によって囲まれる矩形の範囲が，河川20の水を取水構造体30に取り込むための取水口（流入口）となる。もちろん，仕切り部16から下流側壁部13の向き（すなわち河川下流側）にも屋根部を形成し，その一部に取水口を形成してもよい。下流側屋根部の全体に取水口を形成することによって仕切り部16から下流側壁部13の向きに屋根部が無い態様になる。

仕切り部16の高さが高く，下流側後面部13の高さが低いので，取水口は河川勾配に沿う向き（上流側が高く，下流側が低い）に傾斜する。

仕切り部16によって仕切られる２つの空間のうちの上流側空間21には砕石および土砂25が詰められている。砕石および土砂25で上流側空間21を埋めた後に，コンクリートを打設することによって天面部17および傾斜面部18が形成され，これにより上流側空間21は閉じられる。

上流側空間21に砕石および土砂25を詰めることによって取水構造体30に用いられるコンクリート量を減らすことができる。もちろん上流側空間21を形成せずに上流側空間21を含めてコンクリート構造とすることもできる。

上述のように，河川上流側の傾斜面部18は河川勾配と逆向きの傾斜を有しているので（上流側が低く，下流側が高い），河川20を流れる土砂を傾斜面部18において堆積させることができる。傾斜面部18によって下流側に形成される取水口を通過する土砂の量を少なくすることができ，水と一緒に取水口から取り込まれる土砂の量を少なくすることができる。傾斜面部18を土砂溜まりとして溜まった土砂は都度浚渫される。

仕切り部16によって仕切られる２つの空間のうち，下流側空間22は，取水口と連通しかつ中空である。取水構造体30の上流側の傾斜面部18を超え，堰堤４によって堰き止められることで浅く溜まった河川20の水は下流側の取水口を通じて下流側空間22に流れこむ。

取水口には除塵スクリーン41が取り付けられている。上述したように，取水口は河川勾配に沿う向き（上流側が高く，下流側が低い）に傾斜しているので，取水口に取り付けられる除塵スクリーン41も河川勾配に沿う向きに傾斜する。落ち葉，礫石その他の塵は除塵スクリーン41によって除塵される。また，除塵スクリーン41が河川勾配に沿って傾斜して設けられているので，除塵スクリーン41によって捕捉された塵は河川の流れによって下流に流されやすい。さらには，除塵スクリーン41が河川勾配に沿って傾斜して設けられている（取水構造体30の下流側の屋根部が河川勾配に沿って傾斜している）ことによって，取水構造体30を超えて流れる河川20の水に対して取水構造体30の下流側において乱流が生じ，この乱流も塵を下流に流すように働く。除塵スクリーン41の勾配配置は除塵スクリーン41を目詰まりしにくくする。

除塵スクリーン41には，好ましくは逆三角形の断面形状をしたウェッジワイヤーを等間隔に複数本並べたウェッジワイヤースクリーンが用いられる。たとえば複数本のウェッジワイヤー間の開口（スリット）幅が１～３０ｍｍ程度，開口率が１０～６０％程度のものを用いることができる。除塵スクリーン41にウェッジワイヤースクリーンを用いることによって目詰まりを少なくすることができる。

穴あき壁部14にあけられた流出口14Ａは上述した下流側空間22に連通している。下流側空間22に取り込まれた河川20の水は，穴あき壁部14の流出口14Ａを通じて取水構造体30（下流側空間22）から排水される。河川20の水は，流出口14Ａに接続された導水管６を通じて上述したように発電設備９に送られる。流出口14Ａは，壁部14に加えて反対側の壁部15にも形成してもよく，また壁部14に代えて下流側壁部13に形成してもよい。

１ 本川
２ 支川
３ 取水設備
11 底部
12 上流側壁部
13 下流側壁部
14 穴あき壁部
14Ａ 流出口
15 閉鎖壁部
16 仕切り部
17 天面部
18 傾斜面部
21 上流側空間
22 下流側空間
25 砕石
30 取水構造体
31 底盤
32 基礎抗
41 除塵スクリーン

Claims (5)

1. 底部と，底部と一体に形成されて底部の周縁から立ち上がる壁部と，上記壁部と一体に形成されて上記壁部の上方に設けられる屋根部とを備え，河川中に設けられる取水口構造物であって，
   上記屋根部のうちの河川上流側に，上記河川勾配と逆向きの勾配を有する第１の傾斜面部が形成されており，
   上記屋根部のうちの河川下流側に，除塵スクリーンが取り付けられた取水口が形成されており，
   上記取水口が上記底部と壁部とによって囲まれる内部空間と連通しており，
   上記壁部に上記内部空間と連通する排水口が形成されている，
   取水口構造物。
2. 上記屋根部のうちの河川下流側に，上記河川勾配に沿う向きの勾配を有する第２の傾斜面部が形成されており，
   上記第２の傾斜面部に上記取水口が形成されている，
   請求項１に記載の取水口構造物。
3. 上記河川上流側の屋根部と河川下流側の屋根部の境界から上記底部にかけて，上記内部空間を仕切る仕切り部が設けられており，
   上記仕切り部によって仕切られる２つの内部空間のうち河川上流側の内部空間に砕石が詰められており，河川下流側の内部空間が上記取水口と連通している，
   請求項１または２に記載の取水口構造物。
4. 河川の川床下の土中に打ち込まれた複数本の基礎杭，
   上記複数本の基礎孔の上端部と一体に設けられる底盤，および
   上記底盤上に設けられる取水口構造物を備え，
   上記取水口構造物が，
   上記底盤上に設けられる底部と，底部と一体に形成されて底部の周縁から立ち上がる壁部と，上記壁部と一体に形成されて上記壁部の上方に設けられる屋根部とを備え，
   上記屋根部のうちの河川上流側に，上記河川勾配と逆向きの勾配を有する第１の傾斜面部が形成されており，
   上記屋根部のうちの河川下流側に，除塵スクリーンが取り付けられた取水口が形成されており，
   上記取水口が上記底部と壁部とによって囲まれる内部空間と連通しており，
   上記壁部に上記内部空間と連通する排水口が形成されている，
   取水口設備。
5. 上記基礎杭，底盤および上記取水口構造物の底部および壁部が上記河川の川床下に埋められおり，
   上記屋根部が上記河川の川床から外に露出している，
   請求項４に記載の取水口設備。

Images