JPH0734915B2

JPH0734915B2 - 水中水流発生装置

Info

Publication number: JPH0734915B2
Application number: JP3332793A
Authority: JP
Inventors: 勝二寺薗; 宏谷内
Original assignee: 財団法人ダム水源地環境整備センター
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1995-04-19
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPH06246292A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ダム湖等の水域におい
て温度成層の状態を人為的に操作することにより富栄養
化によって引き起こされる植物プランクトンの異常増殖
を抑制する水中水流発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】一般にダム湖等の水域にお
いては、比較的浅い部分は太陽熱ならびに外気温の影響
を受けて水温が比較的高くなるのが、ある水深（温度躍
層）以下になると温度変化の影響が及ばず比較的低温の
まま季節変化なく一定状態にある部分とに分けられる。

【０００３】多くの植物プランクトンは、浅層の温度が
高い部分（温度成層）でしかも太陽光線が届くいわゆる
有光層において光合成活動が活発に行われ、水中の栄養
分を取り込み増殖する。この温度成層の状態を人為的に
操作することによって、富栄養化によって引き起こされ
る植物プランクトンの異常増殖を抑制しようとする技術
は噴水装置や間欠式空気揚水して知られている。

【０００４】図５は公知の噴水装置を示し、図５におい
て、ポンプを内蔵している噴水船３０は水面ＷＬに浮遊
しており、下方に延びる吸込管３１の下端にはストレー
ナ３２が設けられている。噴水装置は成層循環装置とし
ての機能を有しており、低層の低温水を汲み上げ空中に
散水することにより熱交換が図られ、成層の水温調整と
温度躍層の下降を促す機能がある。また、ポンプの吸水
ポイントを浅く取ることで水中のプランクトンを吸込
み、ポンプにより加圧することでプランクトンにダメー
ジを与え、増殖能力を抑制する作用がある。

【０００５】しかしながら、噴水装置の場合、加圧に必
要な圧力を必要とすることと、空中に噴水Ｊを高さＨ１
だけ上方に噴射して散水するために高圧を必要とするこ
とから、ポンプ動力は比較的大きなものになり、かつパ
イプによる吸水であることから、連行水量は期待できな
い。したがって成層内の循環に関しては効率が低い。

【０００６】間欠式空気揚水筒としては、一般的に使用
されている空気揚水筒が図６に示されている。図６にお
いて、水底ＧＬにアンカー３３に取付けられて垂直方向
上方に延びる揚水筒３４はフロート３５で垂直に立ち挙
げられており、その上端は水面ＷＬから距離Ｈ２の所に
位置している。給気管３６は揚水筒３４の下部に設けた
空気室３７に接続されている。したがって、水面ＷＬの
位置が変化すると距離Ｈ２が変化するために、空気弾Ａ
による成層内循環パターンは一様でなくなる。すなわ
ち、水面が低い場合は筒上端と水面までの距離が小さ
く、多量の水を連行することなく充分な循環流を発生さ
せることができない。また、間欠的に冷水が揚水される
ため密度流の挙動が把握しにくい。また、揚水の温度の
変化に対し循環流を制御する機能を持たない。水深の大
きなところから揚水しようとすると、深さに比例して給
気圧力を高くしなければならず、動力を多く消費する。

【０００７】したがって、揚水筒は、水位の変動が少な
く、また利水面で冷水が問題にならないことから、温度
成層を維持する必要がない水道専用の貯水池に適してい
るが、ダム湖等では適さない。一般に水流により水を浄
化する技術は種々知られている。例えば特開昭６３−３
１５１９９号公報には浮子を設けた浄化装置が開示され
ている。しかしながら、かかる公知技術では水流発生装
置の位置の上下調整ができず、したがって、対流パター
ンを変化させることができない。また、特開平１−９０
０９５号公報には水流発生装置の下部に設けた吸水管が
調整可能になったものが開示されている。しかしなが
ら、かかる公知技術ではスライド式のため調整範囲が比
較的に少なく、また上部の吐出口の位置は制御できな
い。さらに水温検出器を設けた水質活性化攪拌装置は特
開平１−２２４０９７号公報に開示されている。しかし
ながら、かかる公知技術では水槽内の温度を均一にする
ためのもので、望ましい対流を発生させることはできな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、躍層を破壊することなく水温に適した成層内循環
液を発生でき、もって植物プランクトンの増殖活動を抑
制できる水中水流発生装置を提供する。

【０００９】

【知見】本発明者は種々研究の結果、下記の事実を見出
だした。

【００１０】（１）噴流の水面に対する強さを調整で
きることが必要である。したがって、水量を一定にする
と、水面と噴流発生装置との距離が調整可能でなければ
ならない。逆に、距離を一定とすると、噴流装置の吐出
量が調整可能でなければならない。

【００１１】（２）水面に対する噴流発生装置の位置
と吐出量との関係において、噴流の方向、形状を変化さ
せる必要がある。

【００１２】（３）底層Ｃの任意の水温の水を汲上げ
ることができるように、吸水管長は調整可能でなければ
ならない。

【００１３】（４）上記のためには、水面を基準に操
作できる装置でなければならない。

【００１４】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
ものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による水中水流発
生装置は、浮体（１）により水面上に支持された架台
（２）を備え、その架台（２）には電動ウインチで構成
された噴流発生装置位置調整装置（５）とやはり電動ウ
インチで構成された吸水管長さ調整装置（７）とが設け
られ、その噴流発生装置位置調整装置には索条（６）を
介して噴流発生装置（１０）が吊下げられ、また吸水管
長さ調整装置（７）には索条（８）を介して蛇腹管状の
吸水管（２０）の下部が吊下げられ、その吸水管（２
０）の上部は噴流発生装置（１０）の本体（１１）の下
部に取付けられ、その本体（１１）内には羽根車（１
４）とその羽根車（１４）を駆動するための回転数が調
整可能な水中電動機（１２）とが設けられ、その本体
（１１）の上部には吐出口（１５）が設けられ、かつ運
転状態を調整するための垂直方向に複数の水温センサ
（Ｓ１〜Ｓ４）が設けられている。

【００１６】

【作用効果の説明】したがって、噴流発生装置位置調整
装置および吸水管長さ調整装置により噴流発生装置およ
び吸水管の下端位置を制御して、温度躍層以下の低温水
を吸水管で吸い上げ、噴流発生装置で上昇流を起こし、
水面まで到達せしめ、水面に到達した水を水面に沿わせ
て水平方向同心円状に拡散させる。水表面は強く太陽輻
射熱を受けており、比較的高温状態にあるため、拡散し
ながら混合されることによって水温は上昇し、成層にお
ける平均温度になったところで二次流れとなり、対流を
開始する。

【００１７】その結果、温度躍層以下から供給された水
量の分だけ、大きな温度変化を伴わず成層の水量が増加
し、温度躍層が低下する。

【００１８】温度躍層を低下させて成層の厚みが増加し
た状況下で、植物プランクトンは、引き起こされた対流
によって成層内を下方に循環する。一方、有光層は水質
の状況が大きく変化しない限り一定であるから、成層の
厚みが増した分だけ成層内における無光層の部分が大き
くなり、植物プランクトンは対流によって流動状態にな
るだけでなく、有光層に留まることが困難になり光合成
が充分に行えない状態になる。その結果、植物プランク
トンの増殖は大いに抑制される。

【００１９】すなわち本発明によれば躍層を破壊せずに
成層の厚みで増加でき、もって好適に植物プランクトン
の増殖を抑制することができ、かつ成層の水温の低下も
避けることができる。また、水温センサにより噴流発生
装置の位置および吸水管の下端位置を適格に把握でき、
最適な運転状態を得ることができる。さらに、蛇腹管状
の吸水管を用いたので、調整代を大きくとることができ
る。

【００２０】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００２１】図１において、全体を符号１で示す浮体
は、架台２と架台２の下面に設けられた２個のフロート
３とを備え、水面Ｌ上に係留用索条４により係留されて
いる。

【００２２】その架台２の上面には、例えば電動ウイン
チで構成される噴流発生装置位置調整装置５と、吸水管
長さ調整装置７とが設けられている。この位置調整装置
５には、複数（例えば４本）の噴流発生装置吊下げ索条
６により全体を符号１０で示す噴流発生装置がフランジ
１７を介して吊設されている。また、例えば電動ウイン
チで構成される吸水管長さ調整装置７には、複数（例え
ば４本）の吸水管長さ調整索条８により、噴流発生装置
１０の下部フランジ２１に取付けられた蛇腹管状の吸水
管２０が下部フランジ２１を介して吊設されている。

【００２３】前記噴流発生装置１０の本体１１の底部に
は、周波数変換により回転数調整可能な水中電動機１２
が出力軸１３を垂直に設けられている。その出力軸１３
の上端には、羽根車１４が設けられ、この羽根車１４の
上方には、吐出口１５が設けられている。そして、この
吐出口１５には噴流の方向、形状を、例えば円錐状に形
成するノズルアダプタ１６、又は円柱状に形成する図示
しないノズルアダプタが選択的に装着されるようになっ
ている。図中Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４はそれぞれ水
温センサを示し、水面および所定の水面下の各位置の温
度を測定するようになっている。

【００２４】次に作用について説明する。

【００２５】したがって、浮体１の上部はフロート３に
よって水面ＷＬ上に位置しており、噴流発生装置１０お
よび吸水管２０を水中に保持している。そして位置調整
装置５および吸水管長さ調整装置７を作動してノズルア
ダプタ１６の位置および下部フランジ２１すなわち吸水
管２０の下端位置を調整する。その調整作業は水温セン
サＳ１〜Ｓ４に基づいて行うことができる。すなわち、
水温の状況は数箇所に取付けられた水温センサＳ１〜Ｓ
４により、温度躍層の位置、取水点の位置での水温、水
表面の水温との関係を検知し、人為的にもしくは演算に
より、ノズルの位置、吸水点の位置、噴流量を決定し、
望ましい対流が発生するよう各調整機構により位置、量
を調整するものである。

【００２６】装置の係留は、係留用の索条４を用いて湖
岸もしくは固定に締結するが、架台に対して係留してあ
るので、水位の変動に対して装置全体は水面ＷＬを基準
に位置が調整され運転される。

【００２７】このように吸水管長さ調整装置７により吸
水管長さ調整索条８を介して吸水管２０の長さを調整
し、さらに噴出位置を調整し、温度躍層Ｂ以下の底層Ｃ
の低温水を吸い上げ、噴流発生装置１０の羽根車１４で
上昇流を発生させて水面ＷＬまで到達させ、水面ＷＬに
到達した水を水面ＷＬに沿わせて水平方向同心円状の水
平流Ｓとして拡散させる。その水面ＷＬは、太陽輻射熱
を受けていて比較的高温状態にあるため、拡散された低
温水は、拡散しながら比較的高温の表面の水と混合さ
れ、水温が上昇し、成層における平均温度になったとこ
ろで二次流れとなり対流Ｓ１を形成する。その結果、温
度躍層Ｂ以下から吸い上げられた水量の分だけ、大きな
温度変化を伴わないで成層Ａの水量が増加し、温度躍層
Ｂが温度躍層Ｂ１に低下する。

【００２８】このように、温度躍層Ｂが低下して成層Ａ
の厚さが増加した状況下で、プランクトンは、本装置で
起こされた対流Ｓ１により成層Ａ内を上下に循環する。

【００２９】他方、有光層Ａ１は、水質の状況が大きく
変化しない限り一定であるので、成層Ａの厚さが増した
分だけ成層Ａ内における無光層Ａ２の厚さが厚くなり、
植物プランクトンは対流により流動状態になるだけでな
く、有光層Ａ１に留まることが困難になって光合成が充
分に行えない状態になり、その結果、植物プランクトン
の増殖が大巾に抑制されるのである。

【００３０】次に図２ないし図４を参照して水を噴出す
るノズルＮの水面下の位置と噴流の強さとの関係を説明
する。噴流Ｓが弱い場合、或いはノズルＮの水面下の距
離が長い場合は、図２に示すように噴流Ｓは水面ＷＬま
で達せずにショートサーキットを描き、拡散効果が不充
分である。また噴流Ｓが強過ぎる場合、或いはノズルＮ
の水面下の距離が短い場合、或いはノズルＮの水面下の
距離が短い場合は図４に示すように水面ＷＬに盛り上り
部Ｐが生じ、噴流Ｓは水平方向に拡散せずに垂直方向下
方に流れ不都合である。

【００３１】しかるに本発明では噴流発生装置位置調整
装置５によって、図３に示すように水面ＷＬで反転し水
平方向に拡がる噴流Ｓを得ることができる。

【００３２】また、極端に強いものであってはならな
い。強い噴流は水面にあたった後、水平に拡散すること
なく反射して降下し装置の周囲から温度躍層を破壊し、
成層内に対流を発生することなく、成層の平均温度を下
げる結果を招く。

【００３３】弱い噴流では水面まで到達せず、成層の既
存の水と混合して対流が発生しない。また噴流の強さが
適切であっても、下部フランジ２１の位置が低くすぎる
と、温度差の大きい冷水を噴出することにより温度差に
よる密度の違いから、強い噴流のケースと同様、水面に
到達した後下方へ向って強い密度流となって直下に流下
し、広範囲の対流が得られない。

【００３４】こうして流下した冷水は、その温度と流量
によって温度躍層に留まらず深層に逆戻りし、成層を厚
くする目的が達せられないばかりか、躍層を破壊してし
まう恐れもある。

【００３５】また、大量に冷水が躍層上部に留まった場
合、成層全体の温度が低下し、利水面で冷水障害の原因
となる。

【００３６】したがって、噴流の強さと取水の水温と
は、水域の状態に応じて常に適切なバランスをとってお
く必要がある。

【００３７】多くのダム湖は水利用の状況、流域の降水
量、治水上の放流量との関係で大きく水位が変動するの
が一般的である。これに対し、有光層、温度躍層とも絶
対標高ではなく、あくまで水面からの水深として一定で
あることから、本装置は水面を基準として可調整である
必要がある。

【００３８】また、長時間運転すると温度躍層が低下す
る。その変化に応じて装置の運転位置も水面に対する相
違相対位置も適正な位置に随時調整する必要がある。

【００３９】このような場合に本発明は極めて好適であ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば下記のすぐれ
た効果を奏する。（１）温度躍層および成層の変化に対応して運転位置
を変化できる。（２）しかも水温センサにより適正位置に制御でき
る。（３）温度躍層を破壊することなく成層の厚さを増加
できる。（４）対流が適正であり、植物プランクトンを循環さ
せて増殖を抑止できる。（５）対流を形成するだけなので運転動力費が少な
い。

【００４１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す側面図。

【図２】噴流が弱い場合の説明図。

【図３】噴流が適切な場合の説明図。

【図４】噴流が強い場合の説明図。

【図５】従来の噴水装置の一例の説明図。

【図６】従来の空気揚水筒の一例の説明図。

【符号の説明】

Ａ・・・温度成層Ａ１・・・有光層Ａ２・・・無光層Ｂ・・・温度躍層Ｃ・・・底層ＷＬ・・・水面Ｓ・・・水平流Ｓ１・・・対流１・・・浮体２・・・架台３・・・フロート４・・・係留用索条５・・・噴流発生装置位置調整装置６・・・噴流発生装置吊下げ索条７・・・吸水管長さ調整装置８・・・吸水管長さ調整索条１０・・・噴流発生装置１１・・・本体１２・・・水中電動機１３・・・出力軸１４・・・羽根車１５・・・吐出口１６・・・ノズルアダプタ１７・・・下部フランジ２０・・・吸水管２１・・・下部フランジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浮体（１）により水面上に支持された架
台（２）を備え、その架台（２）には電動ウインチで構
成された噴流発生装置位置調整装置（５）とやはり電動
ウインチで構成された吸水管長さ調整装置（７）とが設
けられ、その噴流発生装置位置調整装置には索条（６）
を介して噴流発生装置（１０）が吊下げられ、また吸水
管長さ調整装置（７）には索条（８）を介して蛇腹管状
の吸水管（２０）の下部が吊下げられ、その吸水管（２
０）の上部は噴流発生装置（１０）の本体（１１）の下
部に取付けられ、その本体（１１）内には羽根車（１
４）とその羽根車（１４）を駆動するための回転数が調
整可能な水中電動機（１２）とが設けられ、その本体
（１１）の上部には吐出口（１５）が設けられ、かつ運
転状態を調整するための垂直方向に複数の水温センサ
（Ｓ１〜Ｓ４）が設けられていることを特徴とする水中
水流発生装置。