JP7236290B2 - 水流形成システム - Google Patents

Description

本発明は、水平方向に沿った水流が生じる開放型の水流形成部と、前記水流形成部の下流部から水が流入する開放型のクッション水槽と、前記クッション水槽の貯留水を汲み上げて前記水流形成部の上流部に供給する循環ポンプと、を備えた水流形成システムに関する。

従来、人工河川やその他の開放型の水流形成部に水平方向に沿った水流を生じさせる水流形成システムが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特許文献１に記載の水流形成システムは、開放型の水流形成部である人工河川（ブロック２１）の下流部側からクッション水槽（集合水路５）に流入した水を循環ポンプ（ポンプ装置１７）により汲み上げて当該人工河川（ブロック２１）の上流部に供給することで、当該人工河川（ブロック２１）に水流を生じさせる人工河川循環システムとして構成されている。この特許文献１に記載のシステムにおいて、クッション水槽は人工河川の下流部側に設置されており、その人工河川の下流部からオーバーフローした水がクッション水槽に流入するものとして構成されている。また、そのクッション水槽から水を汲み上げる循環ポンプ（ポンプ装置１７）は、人工河川（ブロック２１）の上流部側に設置されている。また、この特許文献１に記載の水流形成システムでは、水流形成部に水量が多い良好な水流を生じさせるべく、循環ポンプによるクッション水槽からの水の汲み上げ量を増加させると、それに連動して自然に水流形成部の下流部からクッション水槽にオーバーフローして流入する水量が増加するため、当該クッション水槽の水位は許容水位以上に維持される。

特開昭６３－２８７５１３号公報

本発明者らは、このような水流形成システムにおいて、例えば循環ポンプに通じる吸込管及び吐出管を短尺化する目的等で、クッション水槽を循環ポンプと共に水流形成部の下流部側から離れた上流部側に設置し、水流形成部の下流部とクッション水槽とを連通路で接続して、それらの水位差を利用して水流形成部の下流部から連通路を通じてクッション水槽へ水を流入させることを検討している。しかしながら、このような構成を採用した水流形成システムでは、水流形成部の水量を充分に増加させるべく、循環ポンプによるクッション水槽からの水の汲み上げ量を増加させると、連通路での圧力損失の増加により水流形成部の下流部からクッション水槽へ流入する水量が上記汲み上げ量に追い付かない状況となり、上述のようなクッション水槽の枯渇が発生することが懸念される。また、このようなクッション水槽の枯渇を防止しながら水流形成部の水量を充分に増加させるためには、連通路を太くすることが考えられるが、コスト増加等が問題となる。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、開放型の水流形成部の下流部側からクッション水槽に流入した水を循環ポンプにより汲み上げて水流形成部の上流部に供給して、当該水流形成部に水流を生じさせる水流形成システムにおいて、水流形成部の下流部からクッション水槽へ水位差を利用して水を流入させる連通路を太くすることなく、循環ポンプによるクッション水槽からの水の汲み上げ量を増加させて、水流形成部に水量が多い良好な水流を生じさせることができる技術を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、水平方向に沿った水流が生じる開放型の水流形成部と、
前記水流形成部の下流部から水が流入する開放型のクッション水槽と、
前記クッション水槽の貯留水を汲み上げて前記水流形成部の上流部に供給する循環ポンプと、を備えた水流形成システムであって、
前記水流形成部の下流部と前記クッション水槽とを接続する連通路を備えると共に、当該連通路が水流形成部の下流部と前記クッション水槽との水位差を利用して前記水流形成部の下流部から前記クッション水槽へ水を流入させるものとして構成されており、
前記循環ポンプの吐出水の一部を前記クッション水槽に戻す還流路を備えた点にある。

本構成によれば、水流形成部の下流部とクッション水槽とを連通路で接続し、それらの水位差を利用して水流形成部の下流部からクッション水槽へ水を流入させる連通路が設けられているので、水流形成部の下流部から連通路を通じてクッション水槽に流入した水を循環ポンプにより汲み上げて水流形成部の上流部に供給する形態で、水流形成部に水流を生じさせることができる。そして、このように水位差を利用して水流形成部の下流部からクッション水槽へ水を流入させる連通路を採用するにあたり、循環ポンプの吐出水の一部をクッション水槽に戻す還流路が設けられているので、水流形成部に水量が多い良好な水流を生じさせるべく、循環ポンプによるクッション水槽からの水の汲み上げ量を増加させた場合であっても、連通路を通じて水流形成部の下流部からクッション水槽へ流入する水量が上記汲み上げ量を下回ることに起因するクッション水槽の枯渇を抑制することができる。即ち、循環ポンプによるクッション水槽からの水の汲み上げ量を増加させると、水流形成部の下流部に対するクッション水槽の水位差が拡大して、連通路を通じて水流形成部の下流部からクッション水槽へ流入する水量が増加する。この際、循環ポンプが汲み上げた水の一部が還流路を通じてクッション水槽に還流されるので、クッション水槽の水位は比較的低い状態で、それ以上低下することなく維持されることになって、クッション水槽の枯渇が抑制される。
従って、本発明により、開放型の水流形成部の下流部側からクッション水槽に流入した水を循環ポンプにより汲み上げて水流形成部の上流部に供給して、当該水流形成部に水流を生じさせる水流形成システムにおいて、水流形成部の下流部からクッション水槽へ水位差を利用して水を流入させる連通路を太くすることなく、循環ポンプによるクッション水槽からの水の汲み上げ量を増加させて、水流形成部に水量が多い良好な水流を生じさせることができる技術を提供することができる。

本発明の第２特徴構成は、前記水流形成部が人工河川である点にある。

本構成によれば、開放型の人工河川の下流部側から連通路を通じてクッション水槽に流入した水を循環ポンプにより汲み上げて人工河川の上流部に供給して、当該人工河川に水流形成部に水流を生じさせる人工河川循環システムにも適用することができ、かかる人工河川循環システムにおいても、人工河川の下流部からクッション水槽へ水位差を利用して水を流入させる連通路を太くすることなく、循環ポンプによるクッション水槽からの水の汲み上げ量を増加させて、人工河川に水量が多い良好な水流を生じさせることができる。

本発明の第３特徴構成は、前記クッション水槽及び前記循環ポンプが、前記水流形成部の上流側に設けられており、
前記連通路が、前記水流形成部の底部側に埋設された連通管で構成されている点にある。

本構成によれば、水流形成部の下流部から連通路を通じて上流部側に設置したクッション水槽に流入した水を、同じく水流形成部の上流部側に設置された循環ポンプにより水流形成部の上流部に供給することができる。よって、循環ポンプに通じる吸込管及び吐出管を比較的短尺とすることができ、更には、当該配管での圧力損失が比較的小さくなるので、循環ポンプの揚程を抑えることができ、比較的小型で消費電力の小さい安価な循環ポンプを利用することができる。従って、周囲環境の騒音対策や人工河川などの水流形成部の改修工事の都合で、循環ポンプの設置箇所を水流形成部の上流部側とした場合であっても、コスト低減を図りながら好適に水流形成部に水流を形成することができる。
更に、水流形成部の底部側に連通管を埋設し、その連通管を、水流形成部の下流部とクッション水槽とを接続する連通路として利用することができる。

本実施形態の人工河川循環システムの概略構成図 人工河川の改修方法を実施する前の既存の人工河川循環システムの概略構成図

本発明に係る水流形成システムを人工河川循環システムに適用した例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の人工河川循環システムは、上流部である上流水槽１Ａから下流部である下流水槽１Ｂに向かう水平方向に沿った水流Ｘが生じる開放型の水流形成部の一例である人工河川１と、下流水槽１Ｂから水が流入する開放型のクッション水槽５と、吸込管１１を通じて当該クッション水槽５の貯留水を汲み上げて吐出管１２を通じて人工河川１の上流水槽１Ａに吐出する循環ポンプ１０とを備えて構成されている。即ち、この人工河川循環システムは、人工河川１の下流水槽１Ｂからクッション水槽５に流入した水を循環ポンプ１０により当該人工河川１の上流水槽１Ａに還流して、人工河川１に水平方向に沿った水流Ｘを形成するものとして構成されている。
尚、人工河川１は、例えば図示は省略するが水流Ｘの途中に堰等を設けた多段式に構成することができる。

循環ポンプ１０から上流水槽１Ａに供給された水は人工河川１に供給されて当該人工河川１を通流した後に下流水槽１Ｂに到達する。そして、下流水槽１Ｂに到達した水が、クッション水槽５に流入し、再び循環ポンプ１０に供給される。
また、下流水槽１Ｂには最下流の堰高さにオーバーフロー管１Ｂａが設けられている。即ち、集中豪雨などで下流水槽１Ｂの水位が水流Ｘの水位以上となることで水流Ｘの水位が所定の水位以上に上がらないようオーバーフロー管１Ｂａを通じて外部に排水される。同様に、クッション水槽５にもオーバーフロー管５ａが設けられている。即ち、クッション水槽５の水位が所定水位を超える場合には、その超える分の水がオーバーフロー管５ａを通じて外部に排水される。

以上のような人工河川循環システムを構築するにあたり、周辺環境への騒音対策や後述する人工河川の改修工事の都合で、騒音発生源となる循環ポンプ１０を設ける機械室等を、人工河川１の上流側に設置すべきとの制約が存在する場合がある。そして、本実施形態の人工河川循環システムは、このような場合であっても、コスト低減を図りながら好適に人工河川１に水流Ｘを形成することができる特徴構成を有する。以下、その特徴構成について説明を加える。

本実施形態の人工河川循環システムでは、クッション水槽５が、循環ポンプ１０と同様に、人工河川１の上流側に設置されている。具体的には、クッション水槽５は、上流水槽１Ａに隣接しており、当該上流水槽１Ａに対して仕切り壁２により区画された水槽として構成されている。そして、人工河川１の下流水槽１Ｂとクッション水槽５とを接続する連通路７ａが設けられている。

人工河川１の下流水槽１Ｂから連通路７ａを通じて水が流入するクッション水槽５が、当該人工河川１の上流側に設置されているので、クッション水槽５の底部付近から同じく上流側に設置された循環ポンプ１０に吸込まれる水が通流する吸込管１１や、循環ポンプ１０から人工河川１の上流水槽１Ａに吐出される水が通流する吐出管１２は、人工河川１の上流側でのみ配設されるものとなって、比較的短尺なものとなり、これらの材料コストや施工コストを低減することができる。

更に、循環ポンプ１０に接続された配管１１，１２が短尺であることから、循環ポンプ１０の動力として付加される配管１１，１２での圧力損失は、例えば人工河川１の上流水槽１Ａと下流側とに亘る配管を通じて水を吸込又は吐出する場合と比較して小さなものとなる。よって、循環ポンプ１０の揚程を抑えることができ、吸込又は吐出能力が比較的小さい小型で消費電力の小さい安価な循環ポンプ１０を選定することができる。

更に、人工河川１の下流水槽１Ｂとクッション水槽５とを接続する連通路７ａは、人工河川１の底部１ａ側に埋設された連通管７で構成されている。そして、この連通管７は、内部に形成される連通路７ａの流路断面積が比較的大きな管材で構成されている。即ち、人工河川１の下流水槽１Ｂの水は、大きな圧力損失を生じることなくスムーズに連通路７ａを通流してクッション水槽５に流入することになる。よって、クッション水槽５には、略常時、人工河川１の下流水槽１Ｂと同様の水位で水が貯留されている状態となる。そして、その貯留水が循環ポンプ１０により略滞ることなく人工河川１の上流水槽１Ａに供給され、人工河川１に常時良好に水流Ｘが形成されることになる。
尚、本実施形態において、連通管７は、円形断面を有する管材で構成したが、例えば四角形断面を有する管材など、他の形状の管材を利用しても構わない。また、複数の連通管７を並設しても構わない。
このような連通管７は、人工河川１の底部１ａと一体的に施工することができるので、当該連通管７を別の場所に埋設するという手間が省かれている。また、連通管７の形状が、人工河川１に沿った例えば直線状とされているので、連通管７内に形成された連通路７ａでの異物の詰まり等が抑制されて、メンテナンス性が向上される。
また、連通管７の途中にマンホールなどの会所を適宜に設けることができる。

本実施形態の人工河川循環システムは、図２に示す既存の人工河川３１に対して所定の改修方法を実施することにより、既存の人工河川３１の水深を浅くすると共に水流Ｘ’を逆向きに変更する形態で、構築されたものである。以下、その人工河川の改修方法（以下、「本改修方法」と呼ぶ。）について、説明を加える。

図２に示すように、本改修方法での改修対象となる既存の人工河川３１は、既存の循環ポンプ４０が下流部３１Ｂ側に設置されたものとして構成されている。即ち、既存の人工河川３１では、下流部３１Ｂ側に設置された循環ポンプ４０から吐出管４２を通じて上流部３１Ａに供給された水が、上流部３１Ａから下流部３１Ｂに向けて流れて水流Ｘ’が形成される。そして、下流部３１Ｂに到達した水が、吸込管４１を通じて再び循環ポンプ４０に供給される。尚、既存の人工河川３１は、堰が設けられていない１段式のものを例示したが、堰が設けられた多段式であっても構わない。

本改修方法では、図２に示す既存の人工河川３１を改修して改修後の人工河川１（図１参照）を構築するにあたり、既存の人工河川３１の下流部３１Ｂ側（図１に示す改修後の人工河川１の上流側に相当する。）に設置された既存の循環ポンプ４０及びそれを設置する機械室等を、設置箇所を変更することなくそのまま改修後の循環ポンプ１０（図１参照）及びそれを設置する機械室等として利用して、コスト低減や周囲環境への騒音対策を実施している。

即ち、この改修方法では、図２に示す既存の人工河川３１において、下流部３１Ｂ側に仕切り壁２（図１参照）を設けることにより、既存の人工河川３１の下流部３１Ｂ側（図１に示す改修後の人工河川１の上流側に相当する。）にクッション水槽５（図１参照）が構築される。尚、既存の人工河川３１の上流部３１Ａ側及び下流部３１Ｂ側には、当該上流部３１Ａ及び下流部３１Ｂの水位を所定の設定水位に維持するための既存のオーバーフロー管３１Ａａ，３１Ｂａが設けられており、この既存のオーバーフロー管３１Ａａ，３１Ｂａの貫通孔は、そのまま改修後のオーバーフロー管１Ｂａ，５ａ（図１参照）の貫通孔として利用される。

更に、図２に示す既存の人工河川３１において、底部３１ａの底上げを行って水深を浅くするにあたり、当該底上げ部分に連通管７（図１参照）を埋設することで、既存の人工河川３１の上流部３１Ａ（図１に示す改修後の人工河川１の下流側に相当する。）とクッション水槽５（図１参照）とを接続する連通路７ａ（図１参照）が構築される。また、この際に、既存の人工河川３１の途中に仕切る堰が構築されて、改修後の人工河川１が適宜区画される。尚、この堰については、適宜省略したり、その数を変更しても構わない。

図２に示す既存の人工河川３１において設置されていた既存の循環ポンプ４０は、そのまま設置場所を変更することなく、改修後の循環ポンプ１０（図１参照）として利用される。また、既存の人工河川３１において、下流部３１Ｂから吸込んだ水を既存の循環ポンプ４０へ導く既存の吸込管４１は、そのまま改修後の吸込管１１（図１参照）として利用される。
一方、既存の人工河川３１において、既存の循環ポンプ４０から吐出した水を上流部３１Ａに導く吐出管４２は、交換又は改造されることで、改修後の吐出管１２（図１参照）が構築される。

そして、上記のように改修を行って、既存の循環ポンプ４０（図１に示す改修後の循環ポンプ１０に相当する）を、クッション水槽５（図１参照）の水を汲み上げて既存の人工河川３１の下流部３１Ｂ（図１に示す改修後の人工河川１の上流側に相当する。）に供給するように構成することで、既存の人工河川１の水流Ｘ’が、逆向きの改修後の水流Ｘ（図１参照）に変更されることになる。
即ち、図１に示す改修後の人工河川１では、下流水槽１Ｂから連通路７ａを通じて上流側に設置したクッション水槽５に流入した水を同じく上流側に設置された循環ポンプ１０により上流水槽１Ａに還流させるものとなる。よって、上述のように、循環ポンプ１０に通じる吸込管１１及び吐出管１２を比較的短尺なものとして、工事コスト低減を図りながら好適に改修後の人工河川１に水流Ｘが形成されることになる。

図１に示す人工河川循環システムは、人工河川１の下流水槽１Ｂからクッション水槽５へ水位差を利用して水を流入させる連通路７ａを太くすることなく、循環ポンプ１０によるクッション水槽５からの水の汲み上げ量を増加させて、人工河川１に水量が多い良好な水流Ｘを生じさせることができるものとして構成されている。以下に、その詳細構成について説明を加える。

この人工河川循環システムには、循環ポンプ１０の吐出水の一部をクッション水槽５に戻す還流管１３（還流路の一例）が設けられている。また、吐出管１２及び還流管１３には、循環ポンプ１０の吐出水量に対するクッション水槽５への還流水量の割合を調整可能な水量調整バルブ１４，１５が夫々設けられている。
すると、人工河川１に水量が多い良好な水流Ｘを生じさせるべく、循環ポンプ１０によるクッション水槽５からの水の汲み上げ量を増加させる場合に、循環ポンプ１０の吐出水の一部が還流管１３を通じてクッション水槽５に戻るようになる。このことで、連通路７ａを通じて人工河川１の下流水槽１Ｂからクッション水槽５へ流入する水量が上記汲み上げ量を下回ることに起因するクッション水槽５の枯渇が抑制される。

即ち、循環ポンプ１０によるクッション水槽５からの水の汲み上げ量を増加させると、人工河川１の下流水槽１Ｂに対するクッション水槽５の水位差が拡大して、連通路７ａを通じて人工河川１の下流水槽１Ｂからクッション水槽５へ流入する水量が増加する。この際、循環ポンプ１０が汲み上げた水の一部が還流管１３を通じてクッション水槽５に還流されるので、クッション水槽５の水位は比較的低い状態で、それ以上低下することなく維持されることになって、クッション水槽５の枯渇が抑制される。尚、クッション水槽５への還流水量の調整は水量調整バルブ１４、１５の開度調整により行われる。

例えば、クッション水槽５の枯渇を回避しながら循環ポンプ１０から上流水槽１Ａにと出して人工河川１の水流として流すことができる河川水量に関し、上記還流管１３を設けていない比較例では７４７．０４Ｌ／ｍｉｎ程度であったのに対して、上記還流管１３を設けた実施例では８１７．１９Ｌ／ｍｉｎ程度となり、７０．１５Ｌ／ｍｉｎの増水が可能であった。尚、この実施例では、クッション水槽５から吸込管１１（循環ポンプ１０）へ吸込まれる吸込水量は、１１４５．９Ｌ／ｍｉｎ程度であり、還流管１３（循環ポンプ１０）からクッション水槽５へ還流される還流水量は、３４５．３３Ｌ／ｍｉｎ程度であった。

〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記実施形態では、本発明に係る水流形成システムを人工河川１に水流Ｘを形成する人工河川循環システムに適用した例を説明したが、例えば雨水・汚水排水システムや蓄熱槽などのように開放型の水流形成部に水流を形成するものであれば、本発明に係る水流形成システムを適用可能である。
また、本実施形態の人工河川循環システムは、既存の人工河川３１（図２参照）から改修された人工河川１（図１）に適用したものであったが、改修されたものに適用する場合に限らず、例えば新規で構築された既存の水流形成システムにおいて水流形成部の水量を増加させる目的で還流路を追加するというように、本願発明を適用することもできる。

（２）上記実施形態では、クッション水槽５及び循環ポンプ１０を人工河川１の上流側に設けたが、これらの設置場所については適宜変更可能である。
また、上記実施形態では、連通路７ａを構成する連通管７を、人工河川１の底部１ａ側に埋設したが、この連通管７の設置箇所についても適宜変更可能である。さらに、この連通路７ａについては、連通管７で構成するのではなく、例えば人工河川１を上方空間と下方空間とに仕切り、その下方空間を連通路として利用しても構わない。

１ 人工河川（水流形成部）
１Ａ 上流水槽（上流部）
１Ｂ 下流水槽（下流部）
１ａ 底部
５ クッション水槽
７ 連通管
７ａ 連通路
１０ 循環ポンプ
１３ 還流管（還流路）
１４，１５ 水量調整バルブ
Ｘ 水流

Claims (3)

1. 水平方向に沿った水流が生じる開放型の水流形成部と、
   前記水流形成部の下流部から水が流入する開放型のクッション水槽と、
   前記クッション水槽の貯留水を汲み上げて前記水流形成部の上流部に供給する循環ポンプと、を備えた水流形成システムであって、
   前記水流形成部の下流部と前記クッション水槽とを接続する連通路を備えると共に、当該連通路が水流形成部の下流部と前記クッション水槽との水位差を利用して前記水流形成部の下流部から前記クッション水槽へ水を流入させるものとして構成されており、
   前記循環ポンプの吐出水の一部を前記クッション水槽に戻す還流路を備えた水流形成システム。
2. 前記水流形成部が人工河川である請求項１に記載の水流形成システム。
3. 前記クッション水槽及び前記循環ポンプが、前記水流形成部の上流側に設けられており、
   前記連通路が、前記水流形成部の底部側に埋設された連通管で構成されている請求項１又は２に記載の水流形成システム。

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