JP5529062B2 - 河川における取水装置 - Google Patents

Description

本発明は、河川底に埋設される貯水槽と、貯水槽の周囲に設けられるとともに、河川水を浸透させることで河川水から濾物を分離して濾過する濾過部と、濾過部で濾過された河川水を貯水槽に貯水する集水部と、集水部の開閉を行う弁体と、弁体の開閉制御を行う制御部と、を備え、河川から工業用水や飲料用水として取水する取水装置に関する。

従来、飲料水用のダムの湖底に着底される隔壁筒体を有し、この隔壁筒体の内部にて掘削具によりダムの湖底に堆積した土砂を掘削することで、隔壁筒体内にて土砂と水を混合させ、コンプレッサーから送気管を介して隔壁筒体内に気体を送気することで、この気体の浮上力を利用して隔壁筒体内から土砂と水とを回収し、ダム内の水の水質を下げることなくダムの貯水量を回復可能としている土砂回収装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１８３２０６号公報（第４頁、第１図）

しかしながら、特許文献１に記載の土砂回収装置にあっては、ダムの湖底の土砂を回収するための設備が大掛かりなため、土砂の回収を行う毎に設備の設置及び撤去に多大なコストがかかってしまうという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、長期間にわたってメンテナンス等を介さずに河川水を飲料水として貯水することが可能な河川における取水装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の河川における取水装置は、
河川底に埋設される貯水槽と、該貯水槽の周囲に設けられるとともに、河川水を浸透させることで河川水から濾物を分離して濾過する濾過部と、該濾過部で濾過された河川水を前記貯水槽に貯水する集水部と、前記集水部から前記貯水槽への河川水の流れの開閉を行う弁体と、該弁体の開閉制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部が前記弁体を閉塞することで、前記濾過部にて、河川水から分離した濾物を前記濾過部から剥離させる逆洗作用を生じさせることを特徴としている。
この特徴によれば、河川水を濾過部にて濾過することで濾過部に濾物が残留しても、制御部が弁体を閉塞させて貯水槽への河川水の貯水を停止することで、逆洗作用として濾過部から河川水を濾物とともに噴出させ、噴出した濾物を河川の水流によって河川の下流に流すことができるので、濾過部における河川水の濾過能力をメンテナンス等によらず回復させ、貯水槽を長期間にわたってメンテナンス等を介さずに使用することができる。

本発明の河川における取水装置は、
前記河川における前記貯水槽よりも上流側に河川水の水質を検知する検知部を備え、前記制御部は、前記検知部で検知されている河川水の水質が許容基準値を超えると前記弁体を閉塞することを特徴としている。
この特徴によれば、制御部は、河川の上流から流れてくる河川水の水質が許容基準値を越えていることを検知部から検知することで貯水槽内に水質が許容基準値を超えた河川水が侵入しないよう弁体を閉塞し、河川の水流によってこれら水質が許容基準値を超えた河川水を下流に流すことで、貯水槽に集水される河川水の水質を一定基準に保つことができる。

本発明の河川における取水装置は、
前記集水部は、前記貯水槽の上部に配置された第１集水部と、前記貯水槽の側部に配置された第２集水部と、から構成されていることを特徴としている。
この特徴によれば、第１集水部による貯水槽の上方で濾過された河川水のみならず、第２集水部による貯水槽の側方で濾過された河川水も集水することで、貯水槽に効率的に河川水を貯水することができる。

本発明の河川における取水装置は、
前記濾過部は、上部の砂層及び下部の砂利層とから構成され、河川水は、前記濾過部の下部に配置された多数の細孔を介して前記貯水槽に貯水されることを特徴としている。
この特徴によれば、濾過部の砂層及び砂利層、そして集水部における細孔の３段階の濾過により水質のよい河川水を貯水槽に貯水することができる。

本発明の河川における取水装置は、
前記貯水槽は、河川に設けられたダムよりも上流側で埋設されていることを特徴としている。
この特徴によれば、土砂等が混じった状態でダムに貯水されている河川水を貯水槽に貯水することが無いので、より確実に水質のよい河川水を貯水槽に貯水することができる。

実施例において河川における貯水槽とダムとの位置関係を示す側面概略図である。 河川における貯水槽とダムとの位置関係を示す平面概略図である。 貯水槽及び濾過部を示す側面断面図である。 図３における貯水槽及び濾過部のＡ−Ａ断面図である。 取水装置の構成を示すブロック図である。

本発明に係る河川における取水装置を実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。

実施例に係る河川における取水装置につき、図１から図５を参照して説明する。以下、図１及び図２の紙面左側を河川の上流側として説明する。図１の符号１は、河川２の所定箇所に設けられたダム１である。このダム１は、河川２を堰き止めることでダム湖３を形成しており、ダム湖３には河川水が貯水されている。このダム湖３に貯水されている河川水は、長年に亘って湖底に流木や泥等が堆積し、クリプト藻等の藻類が繁殖しているため、飲料水として用いるには問題のある水質となっている。

一方、図１及び図２に示すように、河川２におけるダム湖３よりも上流側の河川底４（図３参照）には、ダム湖３よりも上流側を流れる水質の良い河川水を浸透させて濾過するための濾過部５が設けられている。具体的には、この濾過部５は、粒の細かい砂で構成された洗砂層５ｂと、この洗砂層５ｂの砂粒が河川２の水流によって流されないように砂粒を自然石によって抑えつける自然石層５ａと、洗砂層５ｂの下方に設けられ、洗砂層５ｂよりも粒の大きい砂粒によって構成された荒砂層５ｃと、荒砂層５ｃの下方に設けられ、荒砂層５ｃよりも粒の大きい砂粒及び小石が混合した豆砂利層５ｄと、更に豆砂利層５ｄの下方に設けられ、豆砂利層５ｄよりも粒の大きい砂粒及び小石が混合した玉砂利層５ｅと、から構成されている。

このため、河川２を流れる河川水に混ざっている藻類や土砂等は、河川水が濾過部５に浸透することで洗砂層５ｂ、荒砂層５ｃ、豆砂利層５ｄ及び玉砂利層５ｅにて濾物として河川水と分離されるようになっている。そして、玉砂利層５ｅ内には、前述のように構成された濾過部５にて濾過された河川水を貯水するとともに、河川２の下流側に設けられた浄水場６まで河川水を送水するための貯水槽７が埋設されている。

濾過部５の上方には、河川２を流れる河川水の濁度、色度、臭気等の検知及び雨量の検知を行う第１水質計８が配置されている。尚、河川２における貯水槽７よりも更に上流には、河川２における貯水槽７よりも上流側を流れる河川水の濁度、色度、臭気等の検知及び雨量の検知を行う、本発明における検知部としての第２水質計９（図５参照）が配置されている。

貯水槽７の内部は、濾過された河川水を貯水するための第１貯水部７ａと第２貯水部７ｂとに仕切られている。以下、第１貯水部７ａと第２貯水部７ｂとは同一構成につき、第１貯水部７ａについて主に説明する。

図３及び図４に示すように、貯水槽７の上面には、濾過部５にて濾過した河川水を集水する、本発明における第１集水部としての第１集水管１０が複数配置されている。これら第１集水管１０は、周面に複数の細孔１０ａが形成された円筒状に形成されているとともに、送水管１１を介して第１貯水部７ａ内の上部に接続されている。この送水管１１には、送水管１１の開閉を選択可能な本発明における弁体としての第１水中電磁弁１２と、送水管１１の開度を調整可能な調整弁１３が設けられている。

このため、貯水槽７は、第１水中電磁弁１２が送水管１１を開放した状態で、貯水槽７の上方から濾過部５に浸透した河川水を第１集水管１０で集水することで、第１貯水部７ａ内に濾過された河川水を貯水することが可能となっている。

更に、貯水槽７の下部における外側方には、貯水槽７の外側面の全周に亘って、濾過部５にて濾過した河川水を集水する、本発明における第２集水部としての第２集水管１４が複数配置されている。これら第２集水管１４は、周面に複数の細孔１４ａが形成された円筒状に形成されているとともに、送水管１５を介して第１貯水部７ａ内の下部に接続されている。この送水管１５には、送水管１５の開閉を選択可能な本発明における弁体としての第２水中電磁弁１６と、送水管１５の開度を調整可能な調整弁１７が設けられている。

このため、貯水槽７は、第２水中電磁弁１６が送水管１５を開放した状態で、貯水槽７の側方から濾過部５に浸透した河川水を第２集水管１４で集水することで、第１貯水部７ａ内に濾過された河川水を貯水することが可能となっている。尚、本実施例における送水管１５には、第１貯水部７ａ内に貯水された河川水が送水管１５を逆流して第２集水管１４から濾過部５内に放出されないよう逆止弁１８が設けられている。

また、第１貯水部７ａ内には、給水管１９の一端が接続されている。第１貯水部７ａ内に配置された給水管１９の一端側には、給水管１９の開閉を選択可能な第３水中電磁弁２０と、給水管１９の開度を調整可能な調整弁２１が設けられている。この給水管１９の他端は、図２に示すように、貯水槽７よりも下流側に設けられた浄水場６に接続されている。給水管１９における第３水中電磁弁２０と調整弁２１よりも下流側には、空気抜き管３２の一端が接続されている。この空気抜き管３２の他端は、後述するマンホール２５を介して河川２の上方まで延設されている。

図３及び図４に示すように、第１貯水部７ａ内の最下部には、第１貯水部７ａ内から河川水を排出するためのドレン管２２の一端が接続されている。貯水槽７の外部であるこのドレン管２２の所定箇所には、作業員等が操作することでドレン管２２を開閉可能な排水弁２３が設けられている。この排水弁２３が操作されることで、第１貯水部７ａ内に貯水されている河川水は、ドレン管２２の図示しない他端から河川等に排水されるようになっている。

更に、第１貯水部７ａには、第１貯水部７ａ内の水位を常時測定している水位計２４が取り付けられているとともに、第１貯水部７ａの上部には、河川の水面よりも上方まで突出するマンホール２５が設けられている。このマンホール２５は、平常時は上端部が図示しない蓋体によって閉塞されており、作業員等が第１貯水部７ａ内を清掃及び保守作業等を行う際には、ドレン管２２に設けられた排水弁２３を開放して第１貯水部７ａ内の河川水を排水した後、前記蓋体を取り外すことでマンホール２５を介して第１貯水部７ａ内に立ち入ることが可能となっている。

尚、第１貯水部７ａ内に侵入した作業員は、各調整弁１３，１７，２１の開度を調整することで、各第１集水管１０及び第２集水管１４から第１貯水部７ａ内に送水される河川水の送水量と、第１貯水部７ａから浄水場６に給水される河川水の給水量とを適宜調整可能となっている。

次に、浄水場６について説明する。図２に示すように、浄水場６は、前述した給水管１９の他端が接続された浄水槽２６と、貯水槽７における河川水の貯水を制御するための制御部２８（図５参照）を備える管理棟２７と、を備えている。

このうち浄水槽２６は、特に図示しないが、河川水に薬注や攪拌を行った後に微小な異物を沈殿させることで濾過部５にて濾過しきれなかった異物を河川水除去する沈殿池と、該沈殿池における薬注によって濾過可能な大きさまで成長した異物を濾過膜によって濾過する濾過池と、該濾過池で濾過された河川水を貯水し、この河川水を飲料水として配水管２９を介して一般家庭等へ配水を行う配水池と、から構成されている。

尚、配水管２９には、バイパス管３０を介して配水タンク３１が接続されている。この配水タンク３１は、配水管２９を流れる飲料水をバイパス管３０を介して貯水可能となっている。このため、浄水槽２６及び配水管２９のメンテナンス等の際には、一時的に配水タンク３１に貯水していた飲料水を一般家庭等に配水することで、一般家庭等における断水が防止されている。

管理棟２７に設けられた制御部２８は、図５に示すように、第１水質計８、第２水質計９、第１貯水部７ａ及び第２貯水部７ｂに設けられた各第１水中電磁弁１２、第２水中電磁弁１６、第３水中電磁弁２０、水位計２４とにそれぞれ接続されており、水位計２４で検知された第１貯水部７ａまたは第２貯水部７ｂ内の水位と、第１水質計８及び第２水質計９で検知された河川２を流れる河川水の水質とに応じて第１水中電磁弁１２、第２水中電磁弁１６及び第３水中電磁弁２０の開閉を制御可能となっている。

具体的には、制御部２８は、第１水中電磁弁１２、第２水中電磁弁１６及び第３水中電磁弁２０を解放することで第１貯水部７ａにて河川水の貯水及び浄水場への河川水の給水を行っているとき、第２貯水部７ｂ側の第１水中電磁弁１２、第２水中電磁弁１６及び第３水中電磁弁２０は閉塞しておき、第２貯水部７ｂに河川水が貯水されないようにしている。尚、本実施例における給水管１９は、このように第３水中電磁弁２０が閉塞されても、河川２の上方に他端が延設されている空気抜き管３２から給水管１９内に空気が流入することで、給水管１９内に負圧が生じてしまうことが防止されている。このため、給水管１９内に負圧が生じることで給水管１９が破損してしまうことがない。

この状態で第１水質計８と第２水質計９との少なくともいずれか一方で河川を流れている河川水の水質が許容基準値を越えていることを検知すると、制御部２８は、第１貯水部７ａの第１水中電磁弁１２、第２水中電磁弁１６及び第３水中電磁弁２０を閉塞し、第１貯水部７ａでの河川水の貯水を停止する。

このとき、一度濾過部５で濾過された河川水は、河川水を濾過した際に濾過部５内に残留した濾物を濾過部５から剥離させ、これら濾物とともに濾過部５の上方に噴出する。そして、これら濾物は、河川２の水流によって下流に流される。つまり、濾過部５には逆洗作用が働くので、濾過部５の濾過能力をメンテナンスによらず回復させることができる。尚、第１水質計８及び第２水質計９で検知される河川水の水質が双方ともに許容基準値以内に低下した場合、制御部２８は、再び第１水中電磁弁１２、第２水中電磁弁１６及び第３水中電磁弁２０を解放することで第１貯水部７ａでの河川水の貯水及び浄水場６への河川水の給水を再開する。

また、第１貯水部７ａでの河川水の貯水が停止されている状態で、浄水場６への給水によって水位計２４が第１貯水部７ａ内の水位を一定以上として検知すると、制御部２８は、第１貯水部７ａ内が満水となったと判断して第１水中電磁弁１２及び第２水中電磁弁１６を閉塞し、第１貯水部７ａでの河川水の貯水を停止するとともに、給水管１９から浄水場６への河川水の給水を継続する。尚、水位計２４が第１貯水部７ａ内の水位を一定以下として検知すると、制御部２８は、第１水中電磁弁１２、第２水中電磁弁１６を解放することで第１貯水部７ａでの河川水の貯水を再開する。

更に尚、本実施例では、前述のように水位計２４が第１貯水部７ａ内の水位が一定以上と検知することで、第１貯水部７ａにおける第１水中電磁弁１２及び第２水中電磁弁１６を閉塞し、第１貯水部７ａでの河川水の貯水を停止したが、第１貯水部７ａにおける第１水中電磁弁１２及び第２水中電磁弁１６を閉塞すると同時に、第２貯水部７ｂにおける第１水中電磁弁１２及び第２水中電磁弁１６を解放することで、河川水の貯水を第２貯水部７ｂに切り替えるようにしてもよい。

この場合は、河川水の貯水を第２貯水部７ｂによる貯水に切り替えた後に、第１貯水部７ａにおける第３水中電磁弁２０を開放することで、第１貯水部７ａ内から給水管１９を介して浄水槽２６に河川水を給水する。更に、第１貯水部７ａ内がほぼ空になった状態で、前述したようにマンホール２５から作業員等が第１貯水部７ａ内に立ち入り、第１貯水部７ａ内の清掃及び保守作業等を行うことができる。

以上、本実施例における取水装置にあっては、制御部２８が第１水中電磁弁１２及び第２水中電磁弁１６を閉塞することで、濾過部５にて、河川水から分離した濾物を濾過部５から剥離させる逆洗作用を生じさせるので、河川水を濾過部５にて濾過することで濾過部５に濾物が残留しても、制御部２８が第１水中電磁弁１２及び第２水中電磁弁１６を閉塞させて第１貯水部７ａまたは第２貯水部７ｂへの河川水の貯水を停止することで、逆洗作用として濾過部５から河川水を濾物とともに噴出させ、噴出した濾物を河川２の水流によって河川２の下流に流すことができるので、濾過部５における河川水の濾過能力をメンテナンス等によらず回復させ、貯水槽７を長期間にわたってメンテナンス等を介さずに使用することができる。

また、河川２における貯水槽７よりも上流側にて河川水の水質を検知する第２水質計９を備え、制御部２８は、第２水質計９で検知されている河川水の水質が許容基準値を超えると第１水中電磁弁１２及び第２水中電磁弁１６を閉塞するので、制御部２８は、河川２の上流から流れてくる河川水の水質が許容基準値を越えていることを第２水質計９から検知することで貯水槽７内に水質が許容基準値を超えた河川水が侵入しないよう第１水中電磁弁及び第２水中電磁弁１６を閉塞し、河川２の水流によってこれら水質が許容基準値を超えた河川水を下流に流すことで、貯水槽７に集水される河川水の水質を一定基準に保つことができる。

また、集水部は、貯水槽７の上部に配置された第１集水管１０と、貯水槽７の側部に配置された第２集水管１４と、から構成されているので、第１集水管１０による貯水槽７の上方で濾過された河川水のみならず、第２集水管１４による貯水槽７の側方で濾過された河川水も集水することで、貯水槽７に効率的に河川水を貯水することができる。

また、濾過部５は、上部の自然石層５ａ、洗砂層５ｂ、荒砂層５ｃ及び下部の豆砂利層５ｄ、玉砂利層５ｅとから構成され、河川水は、濾過部５の下部に配置された多数の細孔１０ａ，１４ａを介して貯水槽７に貯水されるので、濾過部５の自然石層５ａ、洗砂層５ｂ、荒砂層５ｃ及び豆砂利層５ｄ、玉砂利層５ｅ、そして第１集水管１０及び第２集水管１４における細孔１０ａ，１４ａの３段階の濾過により水質のよい河川水を貯水槽７に貯水することができる。

また、貯水槽７は、河川２に設けられたダム１よりも上流側で埋設されているので、土砂等が混じった状態でダム１に貯水されている河川水を貯水槽７に貯水することが無いので、より確実に水質のよい河川水を貯水槽７に貯水することができる。

以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施例では、濾過部５を、上部の自然石層５ａ、洗砂層５ｂ、荒砂層５ｃ及び下部の豆砂利層５ｄ、玉砂利層５ｅとから構成したが、貯水槽７が埋設される河川２の河川水の濁度、色度、臭気等に応じては、濾過部５を構成するこれら自然石層５ａ、洗砂層５ｂ、荒砂層５ｃ、豆砂利層５ｄ及び玉砂利層５ｅをより薄層または厚層として濾過部５の濾過能力を調整してもよい。

また、前記実施例では、送水管１１に、送水管１１の開閉を選択可能な第１水中電磁弁１２と送水管１１の開度を調整可能な調整弁１３とを設け、送水管１５に、送水管１５の開閉を選択可能な第２水中電磁弁１６と送水管１５の開度を調整可能な調整弁１７を設け、給水管１９に、給水管１９の開閉を選択可能な第３電磁弁２０と給水管１９の開度を調整可能な調整弁２１を設け、これら第１水中電磁弁１２，第２水中電磁弁１７，第３水中電磁弁２０を制御部２８にて開閉制御することで貯水槽７における河川水の貯水と、貯水槽７から浄水槽２６への河川水の給水を行ったが、各送水管１１，１５及び給水管１９に、水中電磁弁１２，１６，２０と調整弁１３，１７，２１とに替えて、制御部２８が開閉量を自在に調整可能な水中電動弁を取り付け、貯水槽７における河川水の貯水と、貯水槽７から浄水槽２６への河川水の給水をより細かく制御するようにしてもよい。

また、前記実施例では、第１水質計８と第２水質計９との少なくともいずれか一方で河川を流れている河川水の水質が許容基準値を越えていることを検知すると、制御部２８が各貯水部７ａ，７ｂの第１水中電磁弁１２、第２水中電磁弁１６及び第３水中電磁弁２０を閉塞し、逆洗作用により濾過部５に残留した濾物を河川２の下流に流したが、配水タンク３１に一般家庭等に配水する飲料水が十分に余裕を持って貯水されている場合には、例えば、第１水質計８及び第２水質計９で検知される水質に拘らず、夜間等の水の使用量が少ない時間帯に各貯水部７ａ，７ｂの第３水中電磁弁２０を閉塞して各貯水部７ａ，７ｂ内を満水とし、各貯水部７ａ，７ｂに貯水しきれなかった濾過部５に浸透している河川水を利用して濾過槽５に逆洗作用を生じさせるようにしてもよい。

１ ダム
２ 河川
４ 河川底
５ 濾過部
５ａ 自然石層
５ｂ 洗砂層
５ｃ 荒砂層
５ｄ 豆砂利層
５ｅ 玉砂利層
７ 貯水槽
９ 第２水質計（検知部）
１０ 第１集水管（第１集水部）
１０ａ 細孔
１２ 第１水中電磁弁（弁体）
１４ 第２集水管（第２集水部）
１４ａ 細孔
１６ 第２水中電磁弁（弁体）
１９ 給水管
２０ 第３水中電磁弁
２６ 浄水槽
２８ 制御部

Claims (5)

1. 河川底に埋設される貯水槽と、該貯水槽の周囲に設けられるとともに、河川水を浸透させることで河川水から濾物を分離して濾過する濾過部と、該濾過部で濾過された河川水を前記貯水槽に貯水する集水部と、前記集水部から前記貯水槽への河川水の流れの開閉を行う弁体と、該弁体の開閉制御を行う制御部と、を備え、
   前記制御部が前記弁体を閉塞することで、前記濾過部にて、河川水から分離した濾物を前記濾過部から剥離させる逆洗作用を生じさせることを特徴とする河川における取水装置。
2. 前記河川における前記貯水槽よりも上流側に河川水の水質を検知する検知部を備え、前記制御部は、前記検知部で検知されている河川水の水質が許容基準値を超えると前記弁体を閉塞することを特徴とする請求項１に記載の河川における取水装置。
3. 前記集水部は、前記貯水槽の上部に配置された第１集水部と、前記貯水槽の側部に配置された第２集水部と、から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の河川における取水装置。
4. 前記濾過部は、上部の砂層及び下部の砂利層とから構成され、河川水は、前記濾過部の下部に配置された多数の細孔を介して前記貯水槽に貯水されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の河川における取水装置。
5. 前記貯水槽は、河川に設けられたダムよりも上流側で埋設されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の河川における取水装置。

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