(57)【要約】【課題】水中の表層側と底層側との鉛直方向の混合を促進することができる水流制御構造物を提供する。【解決手段】流れＦのある水中に設置される水流制御構造物１０であって、内部が中空であり且つ少なくとも上面１４及び水流の上流側並びに下流側の端面１２，１３に開口部２８，３１，３２を有する構造物本体１１と、上流側の開口部３１の上部側を閉塞する上閉塞板３４と、下流側の開口部３２の下部側を閉塞する下閉塞板３５と、を備える。好ましくは、下閉塞板３５を、上端が上流側に位置し且つ下端が下流側に位置するように傾斜して配置する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れのある水中に設置される水流制御構造物であって、内部が中空であり且つ少なくとも上面と水流の上流側及び下流側の端面とに開口部を有する構造物本体と、上流側の開口部の上部側を閉塞する上閉塞板と、下流側の開口部の下部側を閉塞する下閉塞板と、を備えていることを特徴とする水流制御構造物。
【請求項２】
前記下閉塞板は、上端が上流側に位置し且つ下端が下流側に位置するように傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の水流制御構造物。
【請求項３】
前記上閉塞板は、上端が下流側に位置し且つ下端が上流側に位置するように傾斜していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の水流制御構造物。
【請求項４】
前記構造物本体は、水深の６割以上の高さを有していることを特徴とする、請求項１記載の水流制御構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水流制御構造物、例えば、河川の河口付近の海洋域に設置される水流制御構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、河川からの淡水が流入する海洋域では、淡水と海水との密度差によって表層側の淡水層と底層側の海水層とが形成される。この場合、表層側の淡水が、例えば、海苔の養殖場等に直接当たると、適正な栄養塩環境が損なわれ、生長に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００３】
一方、海水交換が少ない閉鎖性の内湾部に河川の淡水が流入すると、淡水に含まれる栄養源により表層側にプランクトンが増大し、このプランクトン等が死滅して底層に沈降すると、バクテリア等が活発に分解することによって底層側で貧酸素状態に陥る。通常、海水は、潮汐や風によって撹拌されるが、夏期のように表層と低層との温度差が大きい時期には密度差も大きくなるので、表層と底層との間で適切に混合撹拌がなされなくなる。そのため、底層側の貧酸素状態はより深刻なものとなり、周辺海域の水質悪化や生物生息環境に多大な被害を与える結果となっている。
【０００４】
なお、海水の表層側と底層側とを混合させうる技術として、下記特許文献１には、海域深層水を衝立型壁体構造物によって人工的に上昇させる技術が開示されている。しかし、この技術は、平面視Ｖ字型の構造物を海底に設置しただけのものであるため、十分な混合、撹拌を行うのは実質的に困難である。
【特許文献１】特開平２−２９９５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、水中の表層側と底層側との鉛直方向の混合（鉛直混合）を促進することができる水流制御構造物、例えば、河川の淡水が流入する河口付近の海洋域（河川と海洋の境界付近）に設置することによって、海中の表層と底層との鉛直混合を促進し、水質や生物生息環境の悪化を軽減することができる、水流制御構造物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】
【０００６】
本発明は、流れのある水中に設置される水流制御構造物であって、内部が中空であり且つ少なくとも上面と水流の上流側及び下流側の端面とに開口部を有する構造物本体と、上流側の開口部の上部側を閉塞する上閉塞板と、下流側の開口部の下部側を閉塞する下閉塞板と、を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
これによれば、水流制御構造物よりも上流側から流れてくる水流は、上流側開口部から構造物本体の内部に入る流れと、上閉塞板により遮られて構造物本体の上方へ向かう流れに分かれ、構造物本体の上方へ向かう流れによって渦流が形成される。更に、構造物本体の内部に入った水流は、構造物本体の上面開口部に向かう流れと下流側開口部に向かう流れとに分かれ、上面開口部に向かう流れは、構造物本体の上方に形成された前記渦流をさらに成長させる。下流側開口部側へ向かう水流は、下閉塞板に衝突することによって渦流を作りつつ下流側開口部の上部側から流出し、下閉塞板の下流側に渦流を形成する。構造物本体の上方側に形成された渦流と、下閉塞板の下流側に形成された渦流とによって、最終的に鉛直（上下）方向に大きな渦流が形成され、鉛直混合が促進される。したがって、本発明の水流制御構造物を河川の淡水が流れ込む海洋域に設置すると、表層と底層との鉛直混合が促進され、水質や生物生息環境の悪化を軽減することができる。
【０００８】
前記下閉塞板は、上端が上流側に位置し且つ下端が下流側に位置するように傾斜していることが好ましい。これによって、水流が下閉塞板に衝突することによる渦流の生成をより促進することができる。
【０００９】
前記上閉塞板は、上端が下流側に位置し且つ下端が上流側に位置するように傾斜していることが好ましい。これによって、構造物本体の上方へ向かう水流を促進することができる。
【００１０】
前記構造物本体は、水深の６割以上の高さを有していることが好ましい。これによって、水中の底層から表層に亘って適切に撹拌・混合することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水中の鉛直混合を促進することができる。したがって、河川の淡水が流れ込む海洋域に本発明の水流制御構造物を設置した場合、表層と底層との鉛直混合を促進し、水質や生物生息環境の悪化を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る水流制御構造物１０を、例えば、河川の淡水が流入する海洋域に設置した状態を示す平面図である。図１において矢印Ｆは水流の方向である。図例では、２つ水流制御構造物１０が水流方向Ｆに直交する方向に並べられ、これを１組として複数の組が、水流方向Ｆ及び直交方向に離れて配置されている。各水流制御構造物１０は、水流の方向Ｆに応じて設置方向が設定されている。
【００１３】
図２は水流制御構造物１０の斜視図、図３は水流制御構造物１０の側面図（一部断面図）、図４は水流制御構造物１０の平面図、図５は図３のＶ矢視図、図６は図３のVI矢視図である。水流制御構造物１０は、複数の棒状の枠材１９〜２５によって枠形状に形成されたコンクリートブロックからなる構造物本体１１を備えている。構造物本体１１は、側面視（図３）で台形状に形成され、前後方向の端面１２，１３が約４５°の角度θで傾斜し、斜め上方に向いている。また、構造物本体１１は、平面視（図４）及び正面視（背面視）（図５、図６）で長方形状に形成されている。
【００１４】
図２に示すように、構造物本体１１は、内部が中空であり、上面１４、左右側面１５、前後端面１３，１２及び下面１６にそれぞれ開口部２８〜３２を有している。各開口部２８〜３２は中空の内部を介して互いに連通している。また、構造物本体１１は、その前後方向が水流方向Ｆに沿うように水底に設置されている。
【００１５】
以下、構造物本体１１のより詳細な構造について説明する。構造物本体１１は、図２に示すように、左右２つの分割構造体１７，１７をボルト等を用いて互いに連結することによって構成されている。
【００１６】
左右各分割構造体１７は、前後方向に延びる左右一対の下部縦枠材１９，１９と、左右の下部縦枠材１９，１９同士を、前端、後端及び前後方向中途部で互いに接続する複数（４本）の下部横枠材２０と、前後方向中途部の２本の下部横枠材２０Ｂ，２０Ｃと左右の下部縦枠材１９との接合部からそれぞれ上方に延びる４本の直立枠材２１と、前後に並ぶ各２本の直立枠材２１の頂部を互いに連結する左右一対の上部縦枠材２２と、左右に並ぶ各２本の直立枠材２１の頂部を互いに連結する前後一対の上部横枠材２３と、左右の下部縦枠材１９の後端部と後側の左右直立枠材２１の上端部とを連結する後側傾斜枠材２４と、左右の下部縦枠材１０の前端部と前側の左右直立枠材２１の上端部とを連結する前側傾斜枠材２５と、を備えている。
【００１７】
各分割構造体１７において、上部縦枠材２２と上部横枠材２３との間には、略四角形の上面開口部２８が形成されている。下部縦枠材１９と上部縦枠材２２と直立枠材２１との間には、略四角形の側面開口部２９が形成され、下部縦枠材１９と傾斜枠材２４，２５と直立枠材２１との間には、略３角形の側面開口部３０が形成されている。
【００１８】
分割構造体１７の後側において、下部横枠材２０と上部横枠材２３と左右の傾斜枠材２４との間には、略４角形の後面開口部３１が形成されている。また、図６に示すように、分割構造体１７の前側において、下部横枠材２０と上部横枠材２３と左右の傾斜枠材２５との間には、略４角形の前面開口部３２が形成されている。
【００１９】
図３に示すように、本発明の水流制御構造物１０は、前記構造物本体１１（分割構造体１７）に加えて、後面及び前面開口部３１，３２をそれぞれ閉塞する閉塞板３４，３５を有している。後面開口部３１に設けられた閉塞板（上閉塞板）３４は、当該後面開口部３１の上部側、具体的には略上半分を閉塞するものであり、上端が水流方向Ｆの下流側に位置し且つ下端が上流側に位置するように約４５°の角度で傾斜している。
【００２０】
前面開口部３２に設けられた閉塞板（下閉塞板）３５は、前面開口部３２の下部側、具体的には略下半分を閉塞するものであり、上端が水流方向Ｆの上流側に位置し且つ下端が下流側に位置するように約４５°の角度で傾斜している。
【００２１】
上下閉塞板３４，３５は、分割構成体１７の傾斜枠材２４，２５と一体に形成されており、したがって、傾斜枠材２４，２５と各閉塞板３４，３５との境界は外面に現れない。しかし、図２，図４〜図６においては、各枠材２０，２３〜２５によって画成される後面及び前面開口部３１，３２の範囲を解りやすくするため、当該境界を仮想線Ｌで示している。
【００２２】
図７は、水流制御構造物１０を図３の矢視Ｖ方向から見た場合の、後面及び前面開口部３１，３２に占める上下の閉塞板３４，３５の範囲を説明する図である。図７（Ａ）は、閉塞板３４がない場合の後面及び前面開口部３１，３２の範囲を点線のハッチングで示したものである。これに対して、図７（Ｂ）は、上下閉塞板３４，３５が占める範囲を実線のハッチングで示したものである。本実施形態では、後面及び前面開口部３１，３２に面積に対する上下閉塞板３４，３５の面積の割合が、７０％（上下閉塞板３４，３５の間に形成される隙間Ｓが３０％の状態）から１００％（隙間Ｓが無い状態）の間に設定されている。
【００２３】
〔本実施形態の作用〕
図８は、水流制御構造物１０によって水流がどのように変化するかを示した水流制御構造物１０の側面断面図である。水流制御構造物１０は高さＴを有し、該高さＴよりも深い水深Ｈを有する水中の底４０に設置されている。該高さＴは、水深Ｈに対して、Ｔ≧０．６Ｈを満たすように設定されている。
【００２４】
水流Ｆは、まず、後面開口部３１から水流制御構造物１０内に流入する流れｆ１と、後面開口部３１の上閉塞板３４によって遮られ、上閉塞板３４に沿って上方へ押し上げられる流れｆ２とに分かれる。流れｆ２は、上閉塞板３４の上端を通過することによってｓ１で示す小さい渦流（反時計回りの渦）を形成し、さらに下流側へ流れる。
【００２５】
水流制御構造物１０内に流入した流れｆ１は、更に上面開口部２８から上方へ抜ける流れｆ３と、前面開口部３２へ向かう流れｆ４とに分かれる。上面開口部２８から抜ける流れｆ３は、水流制御構造物１０の上側に形成された渦流ｓ１を押し上げながら渦流ｓ２へと大きく成長させる。
【００２６】
前面開口部３２に向かう流れｆ４は、底層側において下閉塞板３５に衝突し、下向きに回る渦流ｓ３を形成する。渦流ｓ３は、前面開口部３２から流出し、下閉塞板３５のすぐ下流側に大きな反時計回りの渦流ｓ４を形成する。ここでは、渦流ｓ４が形成される領域ｈを反流域と称する。
【００２７】
その後、渦流ｓ２と渦流ｓ４とは、水流制御構造物１０の下流側で合流し、さらに大きな反時計回りの渦流（撹拌渦）ｓ５を形成する。この渦流ｓ５は、上下方向に広範囲に広がり、水中の表層側と底層側とを鉛直方向に撹拌、混合する。
【００２８】
図９、図１０は、水の流れの様子を平面的に見た平面図である。図９は、図１において水流方向Ｆに直交する方向に隣接する２つの水流制御構造物１０Ａ，１０Ｂを拡大して示している。各水流制御構造物１０の間を通過する流れＦ’は非常に速い流れとなっているのに対して、水流制御構造物１０の内部を通過する流れは、比較的遅い流れとなっている。各水流制御構造物１０の角部は、せん断力の強い箇所となり、流れが通過することによって渦流ｓ６を発生させる。
【００２９】
また、水流制御構造物１０のすぐ下流側（２つの仮想線Ｌ１，Ｌ２で挟まれた領域）には、非常に流れの遅い領域Ａ１が形成される。この領域Ａ１において、図８で示した渦流ｓ４が形成される。
【００３０】
図１０は、図１において水流方向Ｆにずれた関係で隣接する２つの水流構造物１０Ｂ，１０Ｃを拡大して示している。各水流制御構造物１０の間を通過する流れＦ”は蛇行しながらも非常に速い流れとなり、これに対して、水流制御構造物１０の内部を通過する流れは、比較的遅い流れとなっている。各水流制御構造物１０の角部は、せん断力の強い箇所となり、流れが通過することによって渦ｓ７を発生させる。
【００３１】
〔本実施形態の効果〕
（１）上記のように、水流制御構造物１０は、内部が中空であり且つ少なくとも上面及び前後端面に開口部２８，３２，３１を備えた構造物本体１１と、後面開口部３１の上部側を閉塞する上閉塞板３４と、前面開口部３２の下部側を閉塞する下閉塞板３２とを備えているので、水流制御構造物１０の前後方向を水流方向Ｆに沿わせた状態で水中に設置することによって、水中の表層と底層とを適切に鉛直混合することができる。
【００３２】
したがって、河川の淡水が流入する海洋域に、本実施形態の水流制御構造物１０を設置してやれば、表層側の淡水と底層側の海水とを好適に撹拌、混合することができ、例えば、海苔養殖場に淡水が直接当たることに起因する海苔の生長阻害を防止することができる。また、底層において貧酸素状態になるような環境においても、本実施形態の水流制御構造物１０を設置することによって、表層と低層との鉛直混合が可能となり、水質や生物生息環境の悪化を軽減することができる。
【００３３】
（２）図８に示すように、水流制御構造物１０の下閉塞板３５は、上端が水流方向Ｆの上流側に位置し且つ下端が下流側に位置するように傾斜しているので、渦流ｓ３の生成を促進し、その結果、反流域ｈにおける渦流ｓ４や、その後の撹拌渦ｓ５の生成を促進することができる。
【００３４】
（３）図８に示すように、水流制御構造物１０の上閉塞板３４は、上端が水流方向Ｆの下流側に位置し且つ下端が上流側に位置するように傾斜しているので、流れｆ２を作りやすくなり、渦流ｓ１の生成を促進することができる。
【００３５】
（４）図７に示すように、後面及び前面開口部３１，３２の面積に対する上下閉塞板３４，３５の面積の割合が、７０％〜１００％に設定されているので、図８に示す各渦流ｓ１〜ｓ５を好適に生成し、鉛直混合を促進することができる。
【００３６】
（５）水流制御構造物１０の高さＴは、水深Ｈに対して６割以上に設定されている（Ｔ≧０．６Ｈ）ので、水中の表層から底層の略全体に亘って鉛直混合を促進することができる。
【００３７】
（６）本実施形態の水流制御構造物１０は、魚介類の生息環境を形成する魚礁としても使用することができる。この場合、下流側の下閉塞板３５の下流側に流れの遅い領域Ａ１（図９）が形成され、当該領域Ａ１に魚介類の餌となるプランクトン等を滞留させることができるので、魚礁として好適である。
【００３８】
〔他の実施形態〕
（１）水流制御構造物１０における詳細な構造は適宜変更可能である。例えば、高さＴに対する前後長又は左右幅の比率や、枠材１９〜２５及び各開口部２８〜３２の数、形状等は、適宜変更可能である。
【００３９】
（２）上閉塞板３４や下閉塞板３５の傾斜角度は４５°に限定されるものではなく、適宜変更可能であり、図１１に示すように、傾斜させずに垂直姿勢とすることも可能である。ただ、上下閉塞板３４，３５の傾斜角度があまり小さすぎると、後面及び前面開口部３１，３２の面積に対する上下閉塞板３４，３５の面積の割合を大きくした場合に閉塞板３４，３５が拡大化するため、４５°〜９０°の範囲で設定するのが好ましい。
【００４０】
（３）水流制御構造物１０の左右側面は、側面開口部２９，３０の一部又は全部を省略して、閉じた壁とすることができる。
【００４１】
（４）水流制御構造物１０の高さＴが、水深Ｈに対して所定以上に設定できない場合は、水流制御構造物１０を他のブロック等を用いて嵩上げして設置することも可能である。
【００４２】
（５）上記実施形態では、上下閉塞板３４，３５は、構造物本体１１と一体に形成されているが、別体の板材を構造物本体１１に固定してもよい。
【００４３】
（６）上記実施形態では、構造物本体１１として２つの分割構成体１７を連結することによって構成しているが、３以上の分割構成体１７を連結して構成することもできるし、分割構成体による連結構造ではなく、全体を一体的に形成した構造とすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、河川の淡水が流れ込む海洋域や閉鎖性の内湾部等に設置して利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る水流制御構造物を、例えば、河川の淡水が流入する海洋域に設置した状態を示す平面図である。
【図２】水流制御構造物の斜視図である。
【図３】水流制御構造物の側面図（一部断面図）である。
【図４】水流制御構造物の平面図である。
【図５】図４のＶ矢視図である。
【図６】図４のVI矢視図である。
【図７】後面及び前面開口部に占める上下の閉塞板の範囲を説明する図である。
【図８】水流制御構造物によって水流がどのように変化するかを示した水流制御構造物の側面断面図である。
【図９】水流の様子を平面的に見た平面図である。
【図１０】水流の様子を平面的に見た平面図である。
【図１１】他の実施形態を示す側面断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  水流制御構造物
１１  構造物本体
１２  後端面
１３  前端面
１４  上面
２８  上面開口部
３１  後面開口部（上流側開口部）
３２  前面開口部（下流側開口部）
３４  上閉塞板
３５  下閉塞板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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