(57)【要約】【課題】  本発明は、大規模基礎工事が不要であり、工期の短縮、工事費の低減が図れると共に、維持放流設備がある既設ダムにおいては、同設備の呑口に送水管を直接接続することにより、容易に選択取水機能を付加できる浮体式選択取水設備、および、堆積物排出機能をも備えた、浮体式選択取水設備を提案するものであり、一年を通じて活用できる稼動率の高い浮体式選択取水設備を提供することを目的とする。【解決手段】  浮体（１）の喫水線下に取水管（２）の基端部を軸止して傾倒可能に設けると共に、前記取水管（２）の先端部に水平方向に開口する取水口（３）を設け、前記取水管（１）を傾倒して管路を満水状態とし、前記取水口（３）を取水高さに引上げることにより取水を行うことを特徴とする浮体式選択取水設備。【選択図】            図１
2006112139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体の喫水線下に取水管の基端部を軸止して傾倒可能に設けると共に、前記取水管の先端部に水平方向に開口する取水口を設け、前記取水管を傾倒して管路を満水状態とし、前記取水口を取水高さに引上げることにより取水を行うことを特徴とする浮体式選択取水設備。
【請求項２】
前記取水管の先端部に前記取水口が、水平軸により回転可能に設けられていると共に、前記取水口にフロートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の浮体式選択取水設備。
【請求項３】
浮体の喫水線下に取水管の基端部を軸止して傾倒可能に設け、前記取水管の先端部に取水口を有する取水ヘッドを水平軸により回転可能に設けると共に、前記取水ヘッドに水中堆積物を撹拌する撹拌装置を設け、前記取水管を傾倒して管路を満水状態とし、前記取水口を取水高さに引上げることにより取水する取水機能と、前記取水口を水底位置に近接して水中堆積物を排出する排出機能とを有すことを特徴とする浮体式選択取水設備。
【請求項４】
前記撹拌装置が水中堆積物を掻き揚げるレーキであることを特徴とする請求項３に記載の浮体式選択取水設備。
【請求項５】
前記取水ヘッドに、注排水機能を備えるフロートを付設することを特徴とする請求項３に記載の浮体式選択取水設備。
【請求項６】
前記浮体が双胴型の浮体であって、前記取水管が前記浮体の双胴凹部間に設置され、前記取水管の傾倒回転軸が前記浮体の長手方向の一端側に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の浮体式選択取水設備。
【請求項７】
前記取水口に連通する水平流路が、取水方向に狭まる取水盤により形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の浮体式選択取水設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダム湖などの水を取水する浮体式選択取水設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の選択取水設備として、ヒンジパイプ式の選択取水設備が提案されている。この選択取水設備は、取水管の基端がダムの湖底部にヒンジにより倒伏可能に支持され、倒伏角度を可変して、取水管の呑口部を取水する水深に合わせて取水するものであった。
また、ダムや湖、貯水池、湾内等の底砂を除去排出する排砂設備としては、吸込みポンプやサイフォン効果を用いた排砂設備がある。例えば、サイフォン効果を用いた堆積物排出機構として、ダム湖などの貯水場所における土砂等の堆積物が堆積した水底面に向けて鉛直管を設置し、鉛直管に連通する排出管を貯水場所の水位よりも低い位置に位置せしめ、鉛直管全体を上下動してその先端を堆積物に接離し、脈動する吸込み流により堆積物を排出する堆積物排出機構が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、上記前者の選択取水設備は、下記（ａ）〜（ｄ）の不具合があった。
（ａ）機能面で重要な部位である取水管基端部のヒンジは常時水中にあるため、管継手の水密や回転作動などの点検、整備作業が困難である。
（ｂ）ダムの設置場所や設備の設置場所によっては、ダム湖に流入する土砂より、前記ヒンジが埋設することで作動が阻害される不具合があった。
（ｃ）既設ダムに設置する場合には、取水管の基礎工事や本体組立が水中作業となり、経済性や施工性に難がある。
（ｄ）取水管は下部のヒンジで湖底に定着され水平移動ができないため、何らかの方法で堆積物を収集しない限り、堆積物の排出は困難である。
【０００４】
一方、上記後者の堆積物排出機構のものは、湖底堆積物を吸込排出するものであり、特定範囲の水層を取水する目的の選択取水には用いることができなかった。また、環境面配慮から、大雨等の出水で河川の濁度が高い時に堆積物の排出を行っているが、一般的には稼働時間が極めて少なく非効率な設備となっている不具合があった。
【０００５】
【特許文献１】特許第３２７７４８９号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記不具合などに鑑み、大規模基礎工事が不要であり、工期の短縮、工事費の低減が図れると共に、維持放流設備がある既設ダムにおいては、同設備の呑口に送水管を直接接続することにより、容易に選択取水機能を付加できる浮体式選択取水設備、および、堆積物排出機能をも備えた、浮体式選択取水設備を提案するものであり、一年を通じて活用できる稼動率の高い浮体式選択取水設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下（１）〜（７）の手段を提案する。
【０００８】
（１）第１の手段に係る浮体式選択取水設備は、浮体の喫水線下に取水管の基端部を軸止して傾倒可能に設けると共に、前記取水管の先端部に水平方向に開口する取水口を設け、前記取水管を傾倒して管路を満水状態とし、前記取水口を取水高さに引上げることにより取水を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
（２）第２の手段に係る浮体式選択取水設備は、第１の手段に係る浮体式選択取水設備において、前記取水管の先端部に前記取水口が、水平軸により回転可能に設けられていると共に、前記取水口にフロートが設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
（３）第３の手段に係る浮体式選択取水設備は、浮体の喫水線下に取水管の基端部を軸止して傾倒可能に設け、前記取水管の先端部に取水口を有する取水ヘッドを水平軸により回転可能に設けると共に、前記取水ヘッドに水中堆積物を撹拌する撹拌装置を設け、前記取水管を傾倒して管路を満水状態とし、前記取水口を取水高さに引上げることにより取水する取水機能と、前記取水口を水底位置に近接して水中堆積物を排出する排出機能とを有すことを特徴とするものである。
【００１１】
（４）第４の手段に係る浮体式選択取水設備は、第３の手段に係る浮体式選択取水設備において、前記撹拌装置が水中堆積物を掻き揚げるレーキであることを特徴とするものである。
【００１２】
（５）第５の手段に係る浮体式選択取水設備は、第３の手段に係る浮体式選択取水設備において、前記取水ヘッドに、注排水機能を備えるフロートを付設することを特徴とするものである。
【００１３】
（６）第６の手段に係る浮体式選択取水設備は、第１または第３の手段に係る浮体式選択取水設備において、前記浮体が双胴型の浮体であって、前記取水管が前記浮体の双胴凹部間に設置され、前記取水管の傾倒回転軸が前記浮体の長手方向の一端側に設けられていることを特徴とするものである。
なお、前記双胴型の浮体とは、浮体の左右舷に浮力体（浮力区画）を有するものであり、平面形状がコの字型の浮体をも含むものである。
【００１４】
（７）第７の手段に係る浮体式選択取水設備は、第１ないし第６の手段の何れかに係る浮体式選択取水設備において、前記取水口に連通する水平流路が、取水方向に狭まる取水盤により形成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
第１の手段よりなる請求項１に記載の浮体式選択取水設備によれば、次の作用効果を奏することができる。
（ａ）浮体および取水管は水位変動に追従し、無動力で表面取水機能が得られる。
（ｂ）ダム提体または河岸との固定部は取水管の基端側のみでよく、大規模基礎工事が不要であり、従来に比べ、工期の短縮、工事費の低減が図れる。
（ｃ）維持放流設備がある既設ダムにおいては、同設備の呑口に取水管の基端を直接接続することにより、容易に選択取水設備の機能を付加できる。
（ｄ）湖面上の浮体から傾倒して上下動する取水管であることから、土砂堆積が進行した既設ダムにおいても設置が容易である。
（ｅ）ダム湖上の任意の位置で取水可能であり、設置の自由度が高い。
（ｆ）取水口が水平方向に開口しているので、垂直方向取水に比べ、取水時に乱流が発生せず、濁りのない清浄水の取水が円滑に行い得る。
【００１６】
第２の手段よりなる請求項２に記載の浮体式選択取水設備は、上記第１の手段の作用効果を奏すると共に、フロートの浮力により取水口が水平軸周りに回転し、水位変動や強風環境下においても、取水口が常に水面下に位置するように設置されるので、確実に選択取水を行うことができる。
【００１７】
第３の手段よりなる請求項３に記載の浮体式選択取水設備によれば、次の作用効果を奏することができる。
（ａ）一設備で選択取水と堆積物排出との、２つの機能を有するため、低コストで稼働率の高い設備が得られる。
（ｂ）ダム提体または河岸との固定部は取水管の基端側のみでよく、大規模基礎工事が不要であり、従来に比べ、工期の短縮、工事費の低減が図れる。
（ｃ）維持放流設備がある既設ダムにおいては、同設備の呑口に取水管の基端を直接接続することにより、容易に導入できる。
（ｄ）湖面上の浮体から傾倒して上下動する取水管であることから、土砂堆積が進行した既設ダムにおいても設置が容易である。
（ｅ）ダム湖上を移動できるため広範囲の堆積物搬出が可能で、また設置の自由度が高い。
【００１８】
第４の手段よりなる請求項４に記載の浮体式選択取水設備は、上記第３の手段の作用効果を奏すると共に、レーキにより水中堆積物が掻き揚げられ、堆積物の排出効率が高まる。
【００１９】
第５の手段よりなる請求項５に記載の浮体式選択取水設備は、上記第３の手段の作用効果を奏すると共に、フロートに注水することで取水ヘッドが沈み、堆積物の排出準備が迅速に行い得る。
【００２０】
第６の手段よりなる請求項６に記載の浮体式選択取水設備は、上記第１または第３の手段の作用効果を奏すると共に、比較的、長尺かつ重量が大きい取水管が、浮体の凹部間および浮体の一端側に設けられているので、浮体の安定性および操船性が向上する効果がある。
【００２１】
第７の手段よりなる請求項７に記載の浮体式選択取水設備は、上記第１ないし第６の手段の何れかの作用効果を奏すると共に、特に、選択取水時での取水が乱流を発生させずに円滑に取水できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明に係る浮体式選択取水設備を、図１ないし図７に示す実施例図に基づき説明する。
図１は浮体式選択取水設備の側面図、図２は浮体式選択取水設備の平面図、図３（ａ）は排出管系の側面図、（ｂ）は同左平面図、（ｃ）は（ｂ）のア−ア矢視断面図、図４は図１の取水ヘッドを示す側面図である。図５は第２事例の取水ヘッドを示す側面図である。図６は第３事例の取水ヘッドを示す正面図である。図７は第４事例の取水ヘッドを示す正面図である。
【００２３】
本実施例に係る浮体式選択取水設備を、図１ないし図７に基づき説明する。本浮体式選択取水設備は、図１、２に示すように、一対の浮力体１ａ、１ｂを甲板部１３により連結形成した双胴型の浮体１と、浮体１底部の双胴凹部１ｃ間に設置されている取水管２と、取水管２の先端部に水平軸５により設けられている取水ヘッド８とで構成されている。
取水管２の基端部は、浮体１の長手方向の一端部にヒンジ４により軸支持され、傾倒、回転可能に設けられている。ヒンジ４は浮体１の喫水線より下側（水面下）に設置されている。
【００２４】
また、図４に示すように、取水ヘッド８は、水平方向に開口する取水口３と、フロート６と、取水口３に連通する水平流路を取水方向に狭まるように形成されていて流入水深を規制する取水盤９と、塵芥の流入を防止するスクリーン１０とで構成されている。
スクリーン１０は取水口３の外周にヒンジにより回転可能に取り付けられている。取水枝管２ａ、２ｂはヒンジ２１により、取水管２の先端部に回転可能に設けられている。取水口３は取水枝管２ａ、２ｂを介して取水管２と連通されている。
フロート６は取水ヘッド８の頂部に設置され、取水管２の傾斜にかかわらず水平軸５回りに回転することにより取水ヘッド８、取水口３の水平を保持できることと、可動部分の自重で水中に没水できることの浮力要件を満足したものとなっている。
取水ヘッド８の取水口３を取水する水深に合わせるために、取水管２の中間部をワイヤロープ１７により吊下げ支持し、転向シーブ１９を介してウインチ１６の操作により取水管２が倒伏できる構造となっている。
【００２５】
風圧力、湖面流れ、波浪等による浮体１と管２４の位置変化を吸収するために、図３に示すように、ヒンジ４と管２４は可撓管２３で接合されている。管２４は管フロート２６で支持されるが、管フロート２６は管２４の管内充水で管外径が完全に水没する浮力要件を備えたものとなっている。管２４は管継手２５と交互に配列され、風圧力、湖面流れ、波浪等による位置変化を吸収できるものとしている。
管２４の反浮体側端末はダム湖面の水面変化に追従できるように可撓管２３に連通され、取水作業時の水位よりも低い所に設けられているダム提体Ａの導水管２８に接合されている。つまり、取水管２の基端は可撓管２３、管２４、第２の可撓管２３およびダム提体Ａの導水管２８の順に連通されていて、それらの配管系は全て湖水Ｃの水面下となるように配置されている。
【００２６】
管路が抜水された状態からの取水操作では、まず、導水管２８に通常設けられているゲートやバルブ等の流量調節設備を全閉にする。取水管２のヒンジ４の上端は浮体１の水面下に位置することから、ウインチ１６でワイヤロープ１７を繰り出し、取水管２を水平付近で完全に水没させると、取水ヘッド８の取水口３から流入した水は低位に位置する導水管２８を満水にし、さらに、可撓管２３とそれに連なる管２４と管継手２５を満水にして、湖上管路は管フロート２６の浮力により水面下に保持される。
管路の空気は最高位のヒンジ４近傍の空気弁１５から放出され、全管路の充水がなされる。この後、任意の取水水深に取水ヘッド８の高さを合わせ、流量調節設備を開操作することにより取水が開始される。
取水を停止する場合には、流量調節設備を全閉にし、取水ヘッド８が水の流入しない高さになるようウインチ１６でワイヤロープ１７を繰り込む。さらに、管路全体の内部を抜水する場合には、この状態から流量調節設備の開操作を行う。
【００２７】
本実施例によれば、機能的に重要な部分は浮体若しくは水面付近にあり、比較的容易に点検が行える。また、管フロート２６で支持された管２４は湖岸に揚陸設備等を設けることにより、陸上にて点検整備が可能となる。導水管２８と可撓管２３の接合部は常時湖面下となるが、点検整備を要する部分ではないため特段支障はない。
流入土砂により可撓管２３の埋没の恐れはあるが、埋没していない部分での可撓性により、水位変化に対する追従性は維持することができる。
既設ダムに設置する場合には導水管との接続は水中作業となるが、本体は陸上および湖面で組立できるため、経済性、施工性は従来に比べて向上する。
【００２８】
図１、２に示す取水管２の先端に設ける取水ヘッドの第２事例を図５に基づき説明する。この取水ヘッド８は、図４に示す取水ヘッドに比べて、フロート６を設けていない点で相違する。取水管２の先端に左右一対の取水枝管２ａ、２ｂ（図２参照方）がヒンジ２１を介して取り付けられており、取水枝管２ａ、２ｂの先端部間に設けられている水平軸５により取水ヘッド８が回転可能に支持されている。取水ヘッド８は、流入水深を規制するための取水盤９と、塵芥の流入を防止するスクリーン１０とで構成されている。
取水ヘッド８の重心は水平軸５の回転中心より下方にあり、取平ヘッド８の水平が保持でき、取水ヘッド８はその自重で常に下方に位置せしめられ、取水口３は常に水平方向に開口していて、乱流を発生させずに取水が可能となっている。
また、上記取水盤９は、取水流路を水平方向とし、流路奥に向けて流路面積を絞るように形成している。
【００２９】
ダム水面の表層を取水する場合には、取水管２のヒンジ４を頂点として管路の一部が水面上に露出するが、全管路を没水させて管路内を満水状態から取水高さに引き上げすればサイフォン効果により取水が可能となる。
なお、図４の取水ヘッド８のフロート６の浮力や、図４、５でのワイヤロープ１７の巻き上げを調節して、取水ヘッド８の取水口３の取水高さ位置を調節してもよい。
【００３０】
図１、２に示す取水管２の先端に設ける取水ヘッドの第３事例を図６に基づき説明する。この取水ヘッド８は、取水ヘッド８の水平を維持するためのフロート６、流入水深を規制するための取水盤９、塵芥の流入を防止するスクリーン１０、湖底堆積物を掻き揚げるレーキ７がヒンジ回転可能なように取り付けられている。フロータ６は取水ヘッド８の頂部に設置され、図１に示す取水管２の傾斜にかかわらず水平軸５で回転することにより取水ヘッド８の水平を保持できることと、可動部分の自重で水中に没水できることの浮力要件を満足したものとなっている。
図６中、１１はフロート６の浮力を調節するための注排水弁であり、注排水弁１１より注水することで浮力を減じ、取水ヘッド８を湖底に没水せしめる。また、注排水弁１１より排水することにより浮力を増し、取水ヘッド８を水面に浮上せしめればよい。
【００３１】
図１、２に示す取水管２の先端に設ける取水ヘッドの第４事例を図７に基づき説明する。この取水ヘッド８は、水平全周方向に開口する取水口３と、流入水深を規制するための取水盤９と、取水口３の外周囲に等間隔おいて設けられていて塵芥の流入を防止するスクリーン１０とで構成されている。
取水ヘッド８全体は水平軸５で回転可能なように、図１などに示す取水管２の先端に取り付けられている。取水ヘッド８の重心は水平軸５の回転中心より下方にあり、取水ヘッド８の水平が常に保持できるものとなっている。
【００３２】
本取水ヘッド８は、図６の取水ヘッドのフロート６が不要で簡素化されたことから、経済性を高めることができる。また、取水口３がより湖底に近づくため、レーキ７により掻き揚げられた堆積物の排出は、図６のものよりも高濃度の堆積物排出が可能となる。
しかして、図６、７に示す取水ヘッド８において、ダム水面の表層を取水する場合には、取水管２の水平軸５を頂点として管路の一部が水面上に露出するが、全管路を没水させて管路内を満水状態から取水高さに引上げすればサイフォン効果により自然取水が可能となる。但し、取水ヘッド８の取水口３は空気が流入しないように完全に没水させておく必要がある。
【００３３】
図６、７の取水ヘッドを湖底の堆積物排出の用に供する場合には、取水ヘッド８が着底するまでワイヤロープ１７（図１参照方）を繰り出し、取水ヘッド８の下部に取り付けられたレーキ７を湖底面Ｂに貫入させる。そして、浮体１全体をタグボート（図示せず）により移動用ワイヤロープ２０（図２参照方）を介して引っ張り、浮体１の移動に伴い、レーキ７が湖底土を掻き上げることによって取水口３から湖底水とともに堆積物の排出が行われる。
【００３４】
なお、図１、２に示す浮体式選択取水設備の取水ヘッド８は、図４のものに代えて、図５ないし図７に示す取水ヘッドの何れかを採用しても良い。また、取水枝管２ａ、２ｂを設けずに、図４、５のヒンジ２１位置に直接、水平軸５を設ける構造としてもよい。
また、浮体１の移動は、その四隅に設置しているウインチと湖岸とのワイヤ引っ張り方式としてもよく、また、湖岸にウインチを設置することや、スクリュー推進等の移動でもよい。また、湖底土を掻き揚げるものとしては、上記レーキ７の他に、ジェット噴射流やプロペラによる撹拌装置を用いても良い。
【００３５】
上述の各事例のものは、次の作用効果を奏するものである。
（ａ）浮体１および取水管２は水位変動に追従し、無動力で表面取水機能が得られる。
（ｂ）ダム提体Ａまたは河岸との固定部は取水管２の基端側のみでよく、大規模基礎工事が不要であり、従来に比べ、工期の短縮、工事費の低減が図れる。
（ｃ）維持放流設備がある既設ダムにおいては、同設備の呑口に取水管２の基端を直接接続することにより、容易に選択取水設備の機能を付加できる。
（ｄ）湖面上の浮体１から傾倒して上下動する取水管２であることから、土砂堆積が進行した既設ダムにおいても設置が容易である。
（ｅ）ダム湖上の任意の位置で取水可能であり、設置の自由度が高い。
【００３６】
また、レーキ７を具えた取水ヘッド８においては、レーキ７により水中堆積物が掻き揚げられ、堆積物の排出効率が高まる。
また、注排水機能付のフロート６を具えた取水ヘッド８においては、フロート６に注排水することで、自重により取水ヘッド８が昇降し、選択取水および堆積物の排出準備が迅速に行い得る。
また、比較的、長尺かつ重量が大きい取水管２が、浮体１の双胴凹部１ｃ間および浮体１の長手方向の一端側に、軸支されているので、浮体１の安定性および操船性が向上する効果がある。
また、取水盤９を具えている取水ヘッド８においては、選択取水時での取水が乱流を発生させずに円滑に取水できる効果がある。
【００３７】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく必要に応じ、適宜設計変更し得るものである。また、上記実施例における各構成要素には、当業者が容易に想定できるものや、実質的に同一のものが含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施例に係る浮体式選択取水設備の側面図である。
【図２】本実施例に係る浮体式選択取水設備の平面図である。
【図３】（ａ）は本実施例に係る排出管系の側面図、（ｂ）は同左平面図、（ｃ）は（ｂ）のア−ア矢視断面図である。
【図４】図１の取水ヘッドを示す側面図である。
【図５】本実施例に係る第２事例の取水ヘッドを示す側面図である。
【図６】本実施例に係る第３事例の取水ヘッドを示す正面図である。
【図７】本実施例に係る第４事例の取水ヘッドを示す正面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    浮体
２    取水管
３    取水口
４    ヒンジ
５    水平軸
６    フロート
７    レーキ（撹拌装置）
８    取水ヘッド
９    取水盤
【図１】
2006112139.tif 000003
【図２】
2006112139.tif 000004
【図３】
2006112139.tif 000005
【図４】
2006112139.tif 000006
【図５】
2006112139.tif 000007
【図６】
2006112139.tif 000008
【図７】
2006112139.tif 000009