JPH0481002B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、洪水等によりダム湖内に濁水現象が
生じても取水を効率よく浄化できる方法に関し、
更に詳しくは、水平方向に延びる開口部を備えた
シート状物をダム湖の取水口を取り囲むように垂
設し、前記開口部近傍に生じる湖水の急流を利用
して沈澱促進剤を局部的に拡散させ濁質の沈降に
より水質改善を図るようにしたダム濁水の浄化方
法に関するものである。

〔従来の技術〕

我国の河川は急流が多く短いため洪水等による
濁りは数日を待たずして流下し元の清流に復す
る。しかし一度ダムが構築されると、粘度鉱物等
数ミクロン以下の微粒子で構成される濁質は沈降
が極端に遅いため、濁水がダム湖に貯溜されてい
る期間内に沈降せず、また流量が制御されて放流
されるため河川の濁りが長期化することは避け難
い。ダム濁水は、河川景観や淡水漁業等の環境に
対して、またそれを取水して利用する農業、生活
用水あるいは工業用水等に大きな経済的影響を与
える。

しかしすべてのダムが濁水現象を起こすわけで
はなく、地形や地質、植生等の自然環境、開発行
為等の社会環境による集水域の地表の性状に左右
されるし、またダムの規模にもよる。経験的には
ダム湖水の年間交換回数指数α（＝年間総流入
量／貯水池総容量）が30以上では濁水の問題が生
じないとされている。この指数αはダム湖が成層
型（温度躍層）であるか否かの指標でもあり、α
が小さいと（特に10以下では）成層型（温度躍
層）ダム湖となる。温度躍層は夏期に湖水面の温
度が上昇し水の密度が小さくなることにより成形
されるものであるが、この形成期に洪水等により
濁水が流入すると、洪水の温度は一般的に湖面水
より低く且つ濁質を含むので密度がほぼ躍層位置
の密度に等しくなり、濁水はこの位置にもぐり込
む形で湖内に流入する。このように安定した成層
に濁水が浸入すると稀釈拡散されにくくなり濁質
の沈降が妨げられる。もし、この躍層の位置から
取水しているダムであればこの層の水が排出され
尽くすまで濁水が長期化することになる。

ダム湖の濁水対策の一つに選択取水法がある。
これは取水レベルを調節して、濁度の高い部分を
避けて、できるだけ湖内を撹拌しないように取水
する方法である。

その他、集水域の植生によつてダム濁水の発生
する方法や、ダム湖全体に沈澱促進剤を混入する
方法、更には上流に複ダムを作り洪水時の濁水を
それに一旦貯溜し、水量を調節して下流にトンネ
ルで放流するといつた方法等も考えられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

選択取水法は現時点において最も有効な濁水防
止対策であるが、取水口を機械的に昇降しなけれ
ばならないから既設ダムについては設備の変更が
困難な場合が多く、根本的な解決法とはなりえな
い。その上、洪水の規模が大きくなると温度躍層
の上方全体が濁水となつてしまうため、選択取水
の効果はない。温度躍層下で取水を行うと水温が
低くなり農作物に悪影響を与えてしまうからであ
る。植生による防御や防砂設備の設置等はある程
度有効ではあるが、地滑りや崩壊等がある場合に
は不可能だし、我国においては山地で濁質を完全
におさえることは困難な面が多い。また沈澱促進
剤を湖水全体に混入しようとしても非常に高価と
なるばかりでなく混合撹拌が不可能であり、実施
不能である。上流に複ダムを作る方法は大土木工
事となり、経済的に不利であるばかりでなく複ダ
ムが作れない地形の場合は実施できない。

このように従来技術にはそれぞれ解決すべき
様々な問題があり、現時点では選択取水法以外の
対策は採られていない。

本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点
を解消し、比較的簡単な設備によつて濁水が発生
したときに効率的に放流水のみを浄化することが
でき、また選択取水機能をももたせうるような経
済的な方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記のような目的を達成することのできる本発
明は、湖水の流れを規制する前記シート状物が水
平方向に延びる開口部を備え、ダム湖の取水口ま
たは放水口を囲むように取水または放水レベルよ
りも上方から温度躍層下まで垂設され、沈澱促進
剤が前記開口部に沿つて水平方向に配設されてい
る放散手段から湖水中に放散するように構成した
ことを特徴とするものであり、それによつて前記
開口部近傍で湖水の局所的急流を作り、湖水と沈
澱促進剤を混合撹拌させ、濁質粒子の会合を促進
して沈澱させ、放流水を浄化するようにしたダム
濁水の浄化方法である。

ダムの取水口または放水口を囲む態様として
は、シート状物のみによつてそれらを取り囲んで
もよいし、ダム湖岸やダムそのものを利用し両岸
間にシート状物を張設して囲むようにしてもよ
い。

ダム湖からの放流量は貯溜量によつて調節され
るが、これらの量の変動に対して本発明の効果を
更に一層増大させる方法としては、開口部の面積
を調節することである。それによつて該開口部を
通る湖水の流速、カルマン渦の強さを調節し、沈
澱促進剤の湖水中への混合を最も効率のよい状態
にすることができる。

〔作用〕

ダム湖の流速はその大きさにもよるが通常毎秒
数mm程度と非常に小さいが、前記シート状物によ
つてダム湖の流れが規制され開口部のみが水路と
なるため、該開口部近傍での湖水の流れは局所的
にかなり速くなり、沈澱促進剤の混合に有効なカ
ルマン渦が発生する。その開口部に沈澱促進剤の
放散手段が設けられると、前記開口部近傍で生じ
る湖水の局部的急流によつて沈澱促進剤は混合撹
拌されるから、濁質粒子の会合が促進され少量の
沈澱促進剤で効率よく浄化することが可能とな
る。

またダム湖は大きな表面積を有するから、沈澱
促進剤の放散手段を備えたシート状物の設置位置
を調整することによつて沈澱促進剤と接触し大き
な粒径に成長した濁質が沈降に要するに十分な滞
留時間を与えることができ、それによつて取水口
あるいは放水口から放流される湖水は濁質粒子を
含まないきれいなものとなる。

〔実施例〕

以下、図面に基づき本発明について更に詳しく
説明する。第１図は本発明を適用したダム濁水の
浄化方法を示すダム湖の説明図、第２図はその断
面図である。ダム湖１０は河川１２からの流水を
ダム１４によつて塞き止め一旦貯溜するものであ
り、貯溜した水は取水口１６から下流に放流され
る。

さて本発明においては第１図および第２図に示
すように、ダム湖１０の取水口１６の上流側で湖
水の流れを規制するように濁水防止フエンス１８
が設けられる。この濁水防止フエンス１８は、本
実施例では水平方向に延びる開口部を備えたシー
ト状物を両湖岸間にかけて取水レベルの上方から
温度躍層Ｔの下方まで垂設され、前記開口部近傍
に沈澱促進剤の放散手段が設けられる。

本発明で用いられる濁水防止フエンスの一例を
第３図に示す。この例は、上部に浮き２０が取り
付けられ、下端に重り２２を有するシート状物２
４が一方の湖岸から他方の湖岸に至るように延設
される構成である。このシート２４は、水平方向
に延びる開口部２６が複数個形成されたものであ
り、各開口部２６に沿つて薬液注入パイプ２８が
水平方向に設けられる。該薬液注入パイプ２８は
多数のノズル３０を備え、上端で送液パイプ３３
に連結される。各薬液注入パイプ２８はそれぞれ
支持ワイヤー３２によつて所定の位置に設置され
るとともに、開口部２６の上下両端にもそれぞれ
ワイヤー３４あるいはシートと同じ材質の補強材
が渡設されて、過度に開かないようになつてい
る。送液パイプ３３から送られてくる液状の沈澱
促進剤は、各薬液注入パイプ２８を通りノズル３
０から湖水中に加圧放散されることになる。

濁水現象は、ダム湖の年間交換回数指数αが小
さい成層型（温度躍層）のダムで顕著に起こる。
温度躍層（第２図符号Ｔで示される範囲）は夏期
に湖水面の温度が上昇し水の密度が小さくなるこ
ととダム湖内の流速が小さいことによつて生じ
る。冬期は表層が冷やされるので密度が高くなり
降下し底部の水が上昇して大循環が起こる。濁水
の主要発生原因である洪水の発生期および渇水に
よるバツクウオータ部洗掘は夏から秋であり躍層
Ｔの発生期である。湖内に浸入する洪水塊は、小
規模洪水ではその水温と濁質の混入程度で決まる
比重によつて湖内同一密度の深度に浸入するし、
それより大きな規模になると躍層Ｔより上方全体
が混合撹拌される。湖内の水の流れは前述の密度
流の他に風の影響を受ける表層の流れ、取水によ
つて生じる取水口レベルの流れがある。このうち
取水によつて生じる流れが最も大きいが、その流
速は前記のように極めて小さく（毎秒数mm程度）、
その流れの速度分布は取水口レベルを頂点とする
ガウス分布曲線（第２図符号参照）と考えられ
る。

ところで、前記のように本発明によつて取水口
の上流側に濁水防止フエンス１８が設けられる
と、第４図からも明らかなようにシート２４によ
つて湖水の流れが阻害され、すべて前記開口部２
６を流過しようとするから（矢印Ａ参照）、その
部分での流速が局部的に増大する。前記の例では
シート２４は湖水の表層から温度躍層Ｔの下方ま
で懸垂されている。取水は湖底の冷水塊を取り入
れないように表層から躍層Ｔに至るまでの範囲内
に設定されるのが一般的で、取水レベルの流れは
このシート２４で十分阻害できる。シート２４を
躍層Ｔより下まで垂設すれば、その下方を流れよ
うとする水は密度の大きい冷水塊によつて受け止
められ流れが阻害されるため、結局湖水の流れは
開口部２６のみを通つて取水口１６に至るからで
ある。但し躍層Ｔ以下まで設けるべきシートの長
さは、躍層の上下の水温差および流れを阻害する
ことによつて生じる圧力（この圧力は流量と開口
部２６の面積によつて決まる）から計算により求
めることができる。これはそのダム湖固有の長さ
であり、ダム湖毎に最も厳しい条件のもとに求め
る必要がある。勿論、経済的に許容されれば湖底
まで達するシートを設けてもかまわない。シート
２４の上端は取水レベルの上方に位置させておけ
ばよいが、湖水表面に位置させる方が好ましい。

前記開口部２６に設けられている薬液注入パイ
プ２８のノズル３０から液状の沈澱促進剤が放散
されると（第４図矢印Ｂ参照）、前記開口部２６
の近傍に発生する局所的な急流、カルマン渦によ
つて沈澱促進剤が混合撹拌されるので濁水中の濁
質粒子の会合が促進され効果的に沈澱浄化できる
のである。

またこの濁水防止フエンスは、選択取水と同一
の効果を生じさせることができる。第５図におい
て取水口１６が選択取水機能の無い固定構造であ
るとする。今、濁水防止フエンス１８が仮想線で
示す位置にセツトされ、開口部２６が深度Lbに
位置しているとすると、この深度Lbを頂点とす
るようなガウス分布曲線Vbで示される流れが生
じている。

小規模洪水が生じて密度流がこの深度に浸入し
てきたとすると、濁水防止フエンス１８を巻き上
げて実線で示す位置に設定し、開口部２６を深度
Laに位置させる。すると湖水の流れは、この深
度Laを頂点とするようなガウス分布曲線Vaとな
り濁水の流過を防止できることになる。このよう
に、水平方向に開口部を有する濁水防止フエンス
を用いることによつて、選択取水と全く同一の効
果をもたせることができ、既設ダムへの選択取水
装置としての効果も大きい。

ところで、このような濁水防止フエンスにかか
る圧力は、静水圧、流動圧、波浪圧の３種に分類
して考えることができるが、このうち強風時に発
生する波浪圧が最も大きくフエンスの強度によつ
ては破壊する虞れもある。それに対処するために
は、浮き２０の中心部にユニバーサルジヨイント
により連結された軸芯を通し、それを湖岸からの
動力または浮き部に取り付けた動力等により回転
してシートを巻き上げれるようにするのが望まし
い。このような巻き上げ装置を付加することによ
つて上記の開口部の深度位置の調節も可能とな
る。その場合は、浮き２０をジヨイント毎に分離
すると同時に薬液注入パイプ２８への送液パイプ
３３の水平部分はボールジヨイント等を使用する
必要があり、垂直部分には巻き込み可能な可撓性
チユーブを用いる。

第６図は本発明で用いられる汚濁防止フエンス
の他の例を示すものである。なお、図面を判り易
くするため沈澱促進剤の放散手段は描かれていな
いが、実際には第３図のように取り付けられてい
る。この実施例では開口部２６を有する２枚のシ
ート２４，４４が近接して配置され、それらの一
方もしくは両方を鉛直方向に相対的に移動するこ
とによつて湖水の流れの状況に応じて開口部２６
の面積を自由に調節できる。

これは放流水量に合わせて沈澱促進剤の最適な
混合状況を得るために工夫されたものであり、先
に述べた巻き上げ装置により行われる。

上記実施例ではシート状物を両岸間に張設し湖
岸とダムとを利用してダム取水口または放水口を
取り囲んでいるが、本発明にはシート状物のみに
よつて取り囲む実施態様も含まれる。特に後者の
ような構成とすると、ダム湖の水位が変化しても
シート状物の上縁はそれに追従して上下し、シー
ト状物を適切な位置で保持するのが容易となる点
で有利である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ダム湖の流れをシート状物に
よつて規制し開口部近傍に局所的に急流、カルマ
ン渦を形成して、該開口部から沈澱促進剤を拡散
するように構成しているので、沈澱促進剤と濁水
との混合撹拌効果が極めて高くなり、そのため濁
質粒子の会合が促進され速やかに湖底に沈澱させ
ることが可能となり、放流水を少量の沈澱促進剤
によつて経済的に浄化することが可能となる。

また本発明によれば、沈澱促進剤の放散手段付
きの濁水防止フエンスを垂設するだけだから、設
備的には他の方法に比して極めて簡単であり、既
設のダム湖にも対応できるし、また使用する沈澱
促進剤の量もダム湖全体に分散する場合に比べて
はるかに少なくてよく、下流に汚水が流下すると
きのみ、その濁水を放流量だけ処理することが可
能となり、極めて経済的である。

更にシート状物を巻き上げたり巻き下ろしたり
して水平開口部の位置を調節すれば選択取水の効
果が生じるから、たとえ選択取水機構を備えてい
ないダム湖であつても小規模洪水時の濁水防止を
より一層確実に行えるという効果がある。その
他、水道取水されているような場合、濁質粒子が
ダム湖内に沈降することになるので、取水後に処
理する場合に必要な汚泥処理施設が不要となる利
点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るダム湖の浄化方法を示す
平面図、第２図はその断面図、第３図は本発明方
法で用いるに好適な濁水防止フエンスの一例を示
す説明図、第４図はその動作説明図、第５図は濁
水防止フエンスの選択取水機能を示す説明図、第
６図は濁水防止フエンスの他の例を示す説明図で
ある。 １０…ダム湖、１２…河川、１４…ダム、１６
…取水口、１８…濁水防止フエンス、２０…浮
き、２２…重り、２４，４４…シート、２８…薬
液注入パイプ、３０…ノズル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水の流過部が形成されるようにシート状物を
   水中に垂設し、該シート状物の近傍から沈澱促進
   剤を放散して濁質粒子を沈澱させる濁水浄化方法
   において、湖水の流れを規制する前記シート状物
   は水平方向に延びる開口部を備え、ダム湖の取水
   口または放水口を囲むように取水または放水レベ
   ルよりも上方から温度躍層下まで垂設され、沈澱
   促進剤は前記開口部に沿つて水平方向に配設され
   ている放散手段から湖水中に放散されるようにし
   たことを特徴とするダム濁水の浄化方法。 ２ 開口部を備えたシート状物が２枚近接して設
   けられ、両者間の相対的な面方向移動によつて開
   口面積を調節自在とした特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ３ シート状物はダム湖の取水口または放水口の
   上流側でダム湖の両岸間に張設され、湖岸および
   ダムとともに取水口または放水口を取り囲む特許
   請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４ シート状物はそれ単独でダム湖の取水口また
   は放水口を取り囲むように浮設される特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の方法。