(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流河川等と下流河川等の水流の間を渓流魚が上下に行き来できる垂直魚道において、可動部は基本丸形筒体の最底部の該筒体内に、自然水頭圧による噴出水により原動用水車が回転力を得て滑車を組み合わすことにより減速させ、該水車並びに減速機構の直近上部に該筒体の中心軸に直角に下部仕切壁を筒体内部全体に設け、該仕切壁を貫通する該筒体の中芯位置に設けた軸を回転軸とする仕切回転壁に動力を伝達し、該仕切回転壁は回転軸を基点として同一角度で放射状に複数設け該回転壁の個数分、独立した仕切回転移動魚室を成すとともに、該筒体の内側表面に近接する位置となるように構成され、更に該仕切回転壁の上部は該下部仕切壁と平行に上部仕切壁を配置し、該上部仕切壁の４分の１程度を扇状に開口し仕切水入口とし、該回転軸の軸芯を基点に該仕切水入口の反対方向の仕切回転移動魚室の外周を構成する筒体の一部を開口し垂直魚道筒体下部口とし該移動魚室内から外部へ放水することで、該仕切壁の回転移動により垂直魚道基本筒体内を流下する主要水流経路が構成され、其の水量は概ね仕切回転移動魚室が一方向に回転移動する度に該筒体下部口に面する該移動魚室内から放出される水量とし、該仕切回転壁の回転速度を減速比の調節をすることにより、並びに魚道筒体下部口の外部水位を調節することにより行き来する遊魚等に合わせ流速調整する事を可能とした垂直魚道。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川等における定期点検を必要とする取水口等の施設場所の段差における底泳を含む遊魚の遡上を可能にし、魚影の復活と繁殖促進に寄与する、河川の大小を問わず小スペースで短工期に各要素の効率がよく低コストと省メンテナンスで設置可能な垂直魚道に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
旧先行文献では、余りにも生息魚類に対し易しすぎる基準が設定され、如何に大仕掛けな見栄えのする魚道を経済波及効果を大きくする為に要所に各種多様な魚道と、その効果的な運用の為の魚道の前後設備が開発促進されてきたが、予算的配慮からその設置割合は少なく、また保守費用が高額になることから機能不全のまま放置される場合が多い。近年の地球温暖化対策による自然エネルギーの積極活用、自然環境の復活を推進するに当り障害となっていた生息魚類の保護並びに過去のダムや堰堤等の建設により河川の流れに段差が生じ生息する魚類が、年間を通して流量変化の少ない湧水等の割合の多い上流河川や支流に遡上し産卵することが出来ず減少してしまった。
【０００３】
民間による魚類に対する支障段差を生じさせた場合は漁業補償なる全く見当違いの手法と養殖魚の放流による僅かな気休め的手法が罷り通り、治山治水事業において発生させたものについては論外であった。魚影復活には、近年は有効な各種魚道の開発や研究改良が重ねられ改善されつつあるも、建設費用の増大並びに度重なる水災害を引起こす元である大自然が相手とあって安全管理や工期の調節が難しく、近年における取水設備建設時においても経済活動が優先され有効な魚道の建設促進にまで及ばず成行き任せの状態が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許出願公開 平９−２５６３５０
【特許文献２】特許出願公開 ２０００−２５７０５２
【特許文献３】特許出願公開 ２００４−４４２７３
【特許文献４】特許出願 ２０１０−０３５６４９
【特許文献５】特許出願 ２０１０−１９１５８４
【特許文献６】特許出願 ２０１０−２１７９８４
【特許文献６】特許  Ｐ３９１７４７５
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】鬼束幸樹  他著  「階段式魚道における隔壁の切り欠き率が遡上率に及ぼす影響」  水工学論文集２００８年第５２巻
【非特許文献２】萬徳昌昭  他著  「砂防渓流における魚道の機能評価に関する検討」  平成２２年度砂防学会研究発表会資料
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
左近でのコンクリート製大型構築物に対する長期永続的経済効果並びに建設の実目的を見通した観点から、技術的並びに資金的投資に対する疑問の声が上り始め、温暖化防止対策の視点から発生した総合ライフサイクルアセスメント手法においても、同様疑問の声が上がっている。
【０００７】
自然エネルギーの積極活用の為の小水力発電プラント等の構築が中小河川が多い山国日本では大きな経済並びに温暖化対策で有効であるが、一方自然環境の破壊も伴う。破壊の程度を少なく、特に渓流に生息する魚類の生育環境を悪化させない事が重要である。取水用堰堤を建設するため水流に段差が出来遊魚の遡上を妨げるような場合その遊泳魚道が必要になる。
【０００８】
また過去に建設されたダムや堰堤により河川の流れに段差が生じ遮断された遊魚の遊泳路の復活も上述同様に配慮と共に推進しなければならない。年間を通して流量変化の少ない湧水等の割合の多い上流河川や支流に遡上し産卵することが出来ず減少してしまった魚影復活の為、如何に設置費用を掛けず小スペースで予測困難な自然相手でも容易に設置出来、保守運用に手間が掛らず、尚且つ河川底に棲む又は跳飛遡上の出来ない魚類も含め遊魚が好んで遡上出来る魚道の開発が課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第一点は、遊魚にとって支障となる段差は上下方向に生じてしまったものが問題であり上下の行来には水平方向に魚道を築造する必要はなく垂直方向に有効な魚道を確保すれば足りる。渓流を住みかとする魚類は段差の大きな垂直流下滝を除き殆どの複雑且つ過酷な自然渓流の流況の中で生息可能であるが底流に棲む魚類にも着目しなければならない。
【００１０】
第二点は、遊魚の動作限界並びに通常生息魚自身の繁殖生育の為の本能や性質と突進行動を正確に把握し過剰な設備を自粛し、谷深い山奥や落差の大きな既存の大型堰堤やダムにも容易に設置可能な軽量型のものや狭い場所にも設置可能な小型のものとし運搬作業と汎用性を備えた、全ての落差に対応可能なように１ブロック毎に水深圧力は１から２ｍ程度とし通過水量制御用小型回転ゲートを装備し遊泳魚に負担が罹らず、組立方式のものを開発し建設費の抑制と保守点検の容易性を確保しつつ可能な限り多くのあらゆる河川の遊魚の遡上ルートを確保する。
【００１１】
第三点は、本発明は小型軽量ながら効率よく遊魚の遡上ルートを確保ことを目的に開発されたもので大型流木や転石には無防備であり直接洪水のような水勢の強い時がある主流場所には設置不可能であるためこれらを回避出来るダムや堰堤等の越流袖部や、用水の取水と巧みに組み合せる等の配慮をし、水量の制限と粗塵芥排除機能を流入部に持たせた構成とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１はダムや堰堤の越流部より用水を取水する場合の本発明の垂直魚道筒を多段設置した一例を表す全体概要垂直断面図である。
【図２】図２は図１の垂直魚道筒の機構装置を明示した図６のＡ−ａ垂直断面詳細例図である。
【図３】図３は図２の原動機構装置内蔵室の最下に設ける原動水車部のＢ−ｂ水平断面詳細例図である。
【図４】図４は図２の原動機構装置内蔵室の中程に設ける減速滑車部のＣ−ｃ水平断面詳細例図である。
【図５】図５は図２の原動機構装置内蔵室の上に設ける主要な流水量制御用仕切回転壁により仕切られた回転魚室のＤ−ｄ詳細断面例図である。
【図６】図６は図２の回転魚室の上に配される垂直遊泳移動筒部と、そこに多段連結される上段垂直魚道筒の回転魚室部Ｅ−ｅ水平断面詳細例図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を最も活用できる形態は、既存のダムや堰堤の越流部より発電用水や灌漑用水を取水する場合に人間の経済欲ばかりでなく、この機会に機能していない又は全く配慮されていない遊魚遡上用魚道確保を低コストと省メンテナンスで実施出来る。
【実施例】
【００１４】
詳細実施例を各図並びに数式により説明する。数１の水理作用と仕切壁回転速では、本発明の基本的構成要素である垂直魚道筒体を流れ下る水量を重力の加速度による落下速度で過剰に成らないよう仕切回転壁２で制限し、川底に棲む魚類も含め最大突進速度の高くない遊魚等も遊泳移動を容易にする為の回転速度を重力の加速度下における原動用水車の理論最大回転数をエネルギー保存の法則並びにベルヌーイの定理を元に、複雑多議にわたる流水抵抗等を取敢えず考慮せず理論値にて計算し、仕切回転移動室の回転数を減速滑車機構で減速し想定総合動力負荷変換効率を乗ずる事により垂直筒状魚道全体の流速を多くの遊魚等が移動可能なものにするよう調節すべく理論計算したものである。
【００１５】
【数１】
0005773304.tif 000002
【００１６】
数１内、図（ａ）において単位垂直筒状魚道水頭圧Ｈにより該単位ブロック内の最小水流断面積部に設定された原動用水車４に設けられた原動用水噴出口４ｆから噴出する水速Ｓｗはエネルギーの保存の法則並びにベルヌーイの定理により最高速が理論値で計算でき、Ｈ＝１．８ｍにおける理論値は約６ｍ／ｓで水車４の回転数は６回／ｓ程度となり（ｂ）の減速滑車機構の減速比１０分の１並びに変換効率０．５程度を考慮すると（ｃ）の仕切回転移動魚室２ｒの回転数は３から５秒で１回程度に調節され遊泳魚が容易に回転移動魚室２ｒ内に入ることが出来る。
【００１７】
次に遊魚の遊泳通路部における流速が最大となる場所は該本魚道の構成上、流水断面積が最小となる仕切水入口３ｉ部であり原動用水噴出口４ｆの総断面積の１０倍以上を確保する事で噴出口水流の１０分の１以下の０．６ｍ／ｓより遅くなるように抑制することで最大突進速度がこれより大きい底泳魚を含む多くの遊魚が遡上可能である。
【００１８】
図１は落差５ｍ程度の堰堤の越流部等より用水を取水する場合に遊魚の魚道確保の為に本発明の垂直魚道を現場状況に合わせ垂直魚道基本筒体１を組み合せ構築した垂直魚道の全体概要垂直断面図であり遊魚が昼光時に暗闇を嫌う性質がある事から遊泳通路部は透明又は半透明な構成材料で製作する。下流河川等９ｂに生息する遊魚１１は、連絡する下部河川連絡路８を遊泳し本魚道の垂直魚道筒体下部口１ｂを通り抜け、上部は上部仕切壁３ａにより水平方向に仕切回転壁２で仕切られた回転移動魚室２ｒに到着する。該魚室２ｒは緩やかに回転しており基本筒体１の中心軸の反対側迄移動した処で上部仕切壁３ａは仕切水入口３ｉにより開放されており基本水頭圧による流水の進入口と遊魚が遡上と流下移動をする開閉門を兼用する構成になっており遊魚１１は自由に仕切回転壁２の動きに合わせ往来可能である。仕切水入口３ｉの上部は基本筒体１内の基本筒体主貯溜水１０ｔ部で垂直段差距離を確保し水流は緩やかに降下しており遊魚は餌を採り休憩する事が出来る。基本筒体最上面は垂直魚道筒体水頭圧調整管１ｈが接続された蓋がされており流水は筒体１の上部に設けられた垂直魚道筒体上部口１ａより流入し、勿論遊魚もその流水の中を自由に往来出来る。
【００１９】
多段接続する場合は垂直魚道多段連結路６により上段設置の基本筒体下部口１ｂに接続することで容易に多段連結が可能である。多段連結最上部への流水供給は上流河川等９ａのダムや堰堤等の越流部に設置した取水設備や魚道専用バイパス経路の要所に用水塵芥粗除去櫛刃スクリーン等７ｓ等を刃先は下流側に向けられ大中の塵芥はそこに留まる事無く水勢により下流側に導き排出され、用水側にはスクリーンの隙間を通り抜けた４ｃｍ程度以下の小さいもののみが混入した用水を取水出来るようにする。垂直魚道への魚道用水は本垂直魚道内部に機械構成要素を持ち支障となる為、特に出水時の大量の流石や流砂を排除するよう遊魚が誤って進入し難いよう放出先の光が見えないよう大曲り部を形成する泥流排除塵芥放出口７ｄを設け当該魚道部には大量の泥水の進入を阻止する。塵芥の多くを除去した垂直魚道用水は前述垂直魚道筒体上部口１ａよりに流入するよう水路を構成する。
【００２０】
図２に垂直魚道基本筒体１の図６に記すＡ−ａ部の垂直断面詳細例図を示しており、垂直魚道基本筒体１の最底下部は迷込み砂の排出兼原動用水噴出水排出の水流室を設け垂直魚道筒体噴流経路１ｃを経て下部河川連絡路８に流下させる。上部は原動用水車４、その上部は減速滑車機構、更にその上部は垂直魚道基本筒体内の流水が水頭圧で自由落下をし高速落下移動する事を防止する目的と最高突進泳速が遅い川底に棲む遊魚でも遡上が可能なように配慮した回転移動魚室２ｒを配し、下部河川連絡路８に排出される水は該回転魚室の下端から上端付近まで広く開口とし流速を和らげ、進入水は軸の反対側上部に仕切水入口３ｉを設け塵芥ガイド３ｇを配置して塵芥も流水と共に下る遊泳魚と同じ経路で流下させることができる。
【００２１】
図３は図２に示すＢ−ｂ部の原動水車４の水平断面詳細例図で、垂直魚道基本筒体１の中心軸と同一軸で原動用水車噴出口４ｆより原動用水車噴出水Ｗｊの流速エネルギーの反動により原動水車４は噴出流とは逆方向に回転する。水理作用は数１にて既に述べた通りである。
【００２２】
図４は図２に示すＣ−ｃ部の減速滑車機構の水平断面詳細例図で、原動水車４に直結された減速第一滑車５ａに連結される減速第二滑車５ｂの軸は仕切壁回転駆動軸２ｐと共用し該滑車の軸に対し反対側は垂直魚道基本筒体１に固定された減速第三滑車５ｃにより減速機構を成している。故に原動水車４に直結された減速第一滑車５ａの回転により連結される減速第二滑車５ｂの回転軸と共用の仕切壁回転駆動軸２ｐを自転軸とし仕切壁回転軸２ｚを公転軸とする衛星回転運動をする事となる。各滑車の連結接触部は多少の砂等の噛み込みにも耐えられ自然排除可能なように柔軟性を持った機構としている。減速第一滑車５ａと仕切壁回転駆動軸２ｐの公転比率は第一滑の接面外形芯の直径に対し固定第三滑車の接面外形芯の直径の逆数の２分の１となり当該図による構成で約１０分の１となる。
【００２３】
図５は図２に示すＤ−ｄ部の仕切壁回転移動魚室２ｒの水平断面詳細例図で、仕切回転壁２により複数に仕切られた各部屋間は仕切回転移動魚室通過水流スクリーン２ｓの自動自然逆洗用水流確保の為設けられた小穴を通過する水流と垂直魚道基本筒体１と該回転壁２との隙間を流れる流水以外に流通が無く直接自由に水流が移動することが出来ないよう構成されており仕切壁回転移動魚室２ｒの底に配された該スクリーン２ｓを通過し塵芥を除去され減速機構部から原動用水車４に至り動力を伝達した水流は図３並びに図４と本図に示される垂直魚道筒体噴流経路１ｃを通過したものが主水流となり前述の隙間流との合計水流が下部河川連絡路８に流下する事となる。
【００２４】
図６は図２に示すＥ−ｅ部の流水上部入り口部の水平断面詳細例図で多段連結する場合の上段仕切壁回転移動魚室２ｒと垂直魚道多段連結路６にて連結した場合を図示している。垂直魚道筒体上部口１ａより供給された塵芥を含む水流は、垂直魚道基本筒体１の水柱体の中を緩やかに降下し塵芥ガイド３ｇ並びに上部仕切壁３ａにより仕切水入口３ｉに導かれ、前述の仕切壁回転移動魚室２ｒに注がれる。仕切水入口３ｉの場所と垂直魚道筒体下部口１ｂは筒体中心軸に対し仕切回転壁２を隔て反対側に位置している為少量の隙間水流のみ通過し水頭圧で直接大量に自然放出される事はない。垂直魚道多段連結路６にて連結する事で流入と流出が多段連結の場合の段落しによる流水作用の繰り返しを形成する。
【００２５】
再度全体を通し述べると、数１に示す制御により自動自然回転をしている回転移動魚室２ｒは設置河川に生息する魚類に適合する大きさとし、単位水頭圧Ｈによる水流は仕切水入口３ｉを上から下方向に緩やかに仕切回転移動魚室２ｒに進入し仕切回転移動魚室通過水流スクリーン２ｓにて塵芥を除かれ固定された下部仕切壁３ｂを通過し原動機構装置内蔵室まで到着して該室内の減速滑車機構の隙間或は滑車に設けられた流水孔を通過し原動用水車４の上面に設けられた流水孔から水車内の水溜り部に進む。原動用水車４内に貯えられた水頭圧エネルギーはその水量を制御すべく断面積を設定された原動用水噴出口４ｆより水車に反動回転エネルギーを与えるように原動用水車噴出水Ｗｊとなる。得られた回転エネルギーは仕切回転壁２を遊魚に対し適切な速度で回転移動する力を与える事となり、それに伴い区画された魚室に入室した遊魚も回転移動し垂直魚道筒体下部口１ｂと仕切水入口３ｉを自由往来することが可能となる。
【００２６】
さて、主題の遊魚の遡上であるが、図１の最下部に示す下流河川等９ｂは、実状はダムや堰堤等の越流水の水叩き淵になることが多いのでその部分から述べる。魚道の無い場合上流を求め遡上してきた遊魚はその淵でどこかに上流に繋がる流れがある筈と淵の周囲を遊泳し続けていた。魚類の遡上本能は、流れのある場合無理をしないように奥へ奥へ又は上へ上へと進路を執る為、水叩き淵が堰堤に沿って直線の場合は水勢の一番大きい中程並びに両端に集り易く、その部分に生息遊魚の耐久遊泳速度以下の流速０．７ｍ／ｓ以下となるような勾配と内面形状で下部河川連絡路８を接続し遊魚を垂直魚道まで誘導する。先に述べた垂直魚道筒体下部口１ｂの奥は順次仕切回転壁２が通過しており進入魚の行き止り部は仕切回転移動魚室２ｒとなり自動自然回転しているので一呼吸する間に上部が開放された仕切水入口３ｉが現れ水流の進入方向に遊泳するだけで上部の緩やかに降下する基本筒体主貯溜水１０ｔ部の中に進入し上下自由に往来し餌を取り休憩することが可能となる。降下する場合も水流に合わせ該流水柱体の中を降下し仕切水入口３ｉに進入すると前述同様に仕切回転移動魚室２ｒの自動移動により垂直魚道筒体下部口１ｂの開口部に到着し下部河川連絡路８を経由して下流河川等９ｂに至ることが出来る。故に遊魚は往来不可能な段差に設けられた本垂直魚道をバイパス経路として上流河川等と下流河川等を安全に自由に往来する事が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、河川等のダムや堰堤、並びに自然滝等で流れに段差又は高速流となり遊魚の遡上が遮断されている場所又は小水力発電プラント建設や潅漑用の取水堰の構築等で遮断されそうな場合に容易に低コスト省メンテナンスで跳飛遡上が苦手な河川底に棲む魚類も含め遊泳魚に対し良好な魚道を提供出来る画期的なもので、好産卵場所を求め遡上する遊魚や魚影が多くなり自然回復が飛躍的に望める。また図１に示す遊魚経路を透明な素材で製作した場合は遊泳遡上する遊魚の様子が外部から容易に観察出来、自然回復の学習効果も大きく期待できる。
【符号の説明】
【００２８】
１      垂直魚道基本筒体
１ａ    垂直魚道筒体上部口
１ｂ    垂直魚道筒体下部口
１ｃ    垂直魚道筒体噴流径路
１ｈ    垂直魚道筒体水頭調節管
２      仕切回転壁
２ｇ    仕切回転移動魚室噴流ガイド
２ｒ    仕切回転移動魚室
２ｓ    仕切回転移動魚室通過水流スクリーン
２ｐ    仕切壁回転駆動軸
３ａ    上部仕切壁
３ｂ    下部仕切壁
３ｇ    塵芥ガイド
３ｉ    仕切水入口
４      原動用水車
４ｆ    原動用水噴出口
４ｎ    原動用水排出口
５ａ    減速第一滑車
５ｂ    減速第ニ滑車
５ｃ    減速第三滑車
６      垂直魚道多段連結路
７      上部用水路等
７ｄ    泥流排除放出口
７ｓ    塵芥粗除去櫛刃スクリーン等
８      下部河川連絡路
８ｖ    連絡路流量調節具
９ａ    上流河川等
９ｂ    下流河川等
１０    流水
１０ｔ  基本筒体主貯溜水
１１    遊魚
１１ｅ  緩やかな下降流に向い餌の捕食と休憩をする遊魚
１２    塵芥
Ｈ      単位水頭圧
Ｗｊ    原動用水車噴出水
【図１】
0005773304.tif 000003
【図２】
0005773304.tif 000004
【図３】
0005773304.tif 000005
【図４】
0005773304.tif 000006
【図５】
0005773304.tif 000007
【図６】
0005773304.tif 000008