(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する波浪を砕波させることにより波浪進行方向への越流を発生させる潜堤と、この潜堤の波浪進行方向側に設置された水質浄化手段とを備え、前記潜堤が、波浪進行方向に対して所定間隔で、かつ波浪進行方向側ほど天端の水深が浅くなるように複数段設置されたことを特徴とする波浪エネルギを利用した水質浄化施設。
【請求項２】
水質浄化手段が、透水性を有すると共に、濾過、沈降又は吸着作用による汚濁物質除去機能を有する水質浄化構造体であって、潜堤が、この水質浄化構造体からなることを特徴とする請求項１に記載の波浪エネルギを利用した水質浄化施設。
【請求項３】
水質浄化構造体が、礫、砕石、貝殻、又は貝殻粉砕物をかご又はネットに中詰めした多孔質構造をなすことを特徴とする請求項２に記載の波浪エネルギを利用した水質浄化施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋、湖沼、ため池などの水域における水質浄化を図るための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、海洋や湖沼、ため池などの水域における水質を浄化する技術としては、
(1)干潟の造成や植生の確保などによる自然浄化能を利用した浄化工法  
(2)汚濁した底泥を浚渫して汚濁物質を除去する浚渫法  
(3)底泥の表層に対して汚濁物質を含有しない海砂、川砂又は山砂等で覆砂して、汚濁物質の溶出を抑制し、底泥の酸素消化速度を低減する覆砂法  
(4)水質浄化施設や浄化装置を設置し、ポンプにより強制的に循環流を発生させることで水質循環を図り水質を浄化する方法
などが挙げられる。
【０００３】
このうち、(1)の干潟の造成や植生による自然浄化能を利用した浄化工法が、近年、数多く提案されている（例えば特許文献１，２参照）。この浄化技術は、動植物がもつ栄養塩吸収能力や有機物分解能力を活用したもので、電力などのエネルギや化学物質などを使用しないため二次的な環境負荷が小さく、環境問題を解決する上では優れた方法である。
【０００４】
しかし、強制的に未浄化水を供給したり既浄化水を施設外へ排水する機能がないため、たとえ浄化能力に余裕があったとしても、自然の水交換だけではその能力を十分に発揮できない場合も考えられる。また、干潟は潮汐により干出を繰り返すような地形であるため、設置場所が沿岸付近に限られるという問題が指摘される。
【０００５】
また、(2)の浚渫による浄化工法（例えば特許文献３参照）によれば、浚渫した底泥の処分場所の確保が困難であり、底泥の運搬・処理方法（脱水、薬品固化等）に高度な技術と膨大な処理費用が必要になる問題がある。また、浚渫跡に窪地ができるため、汚濁物質が堆積しやすくなったり水の交換が行われにくくなって、底層の溶存酸素濃度が低くなりやすく、生物の生息が困難になったり、堆積した汚濁物質から栄養塩類が溶出しやすくなる問題も指摘される。
【０００６】
また、(3)の覆砂法（例えば特許文献４，５参照）では、石炭灰などの廃棄物を覆砂として利用した場合、低コストではあるが、天然のものではないため、生態系への悪影響が懸念される。
【０００７】
更に、(4)の浄化工法（例えば特許文献６，７参照）は、未浄化水の供給及び既浄化水の排出のために、ポンプで揚水したり、攪拌させて浄化装置への循環流を発生させるため、電力を要するとともに設備の設置費や保守点検管理費がかかるといった問題が指摘される。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−００１２８５
【特許文献２】特開２００３−２６８７４５
【特許文献３】特開平７−３１３９９６
【特許文献４】特開２００４−３０５９７１
【特許文献５】特開２００４−１１３８８５
【特許文献６】特開２００４−１８１４４０
【特許文献７】特開２００３−１７５３９４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題とするところは、電力などの人工エネルギを用いることなく、浄化手段を通過する強制循環流を惹起させ、水質の浄化を効率良く行うことのできる水質浄化施設を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る波浪エネルギを利用した水質浄化施設は、入射する波浪を砕波させることにより波浪進行方向への越流を発生させる潜堤と、この潜堤の波浪進行方向側に設置された水質浄化手段とを備え、前記潜堤が、波浪進行方向に対して所定間隔で、かつ波浪進行方向側ほど天端の水深が浅くなるように複数段設置されたものである。この構成によれば、潜堤を波浪エネルギが発生しやすい水域内に設置することによって、例えば沖側から入射する波浪が砕波され、砕波によって、波浪のエネルギが流れのエネルギに変換されて、潜堤の上を波浪進行方向（例えば岸側）へ向かう越流を誘発する。しかも潜堤が、波浪進行方向に対して所定間隔で、かつ波浪進行方向側ほど天端の水深が浅くなるように複数段設置されたため、広域にわたって波浪進行方向への流れを惹起することができる。そしてこれによって、死水域の解消を図ると共に、潜堤の波浪進行方向側（例えば岸側）の水位を上昇させ、その水位差により水質浄化手段を通る流れを発生させると共に、自然のもつ浄化機能を手助けすることができる。さらに、施設内に静穏域を創出することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明に係る波浪エネルギを利用した水質浄化施設は、請求項１に記載の構成において、水質浄化手段が、透水性を有すると共に、濾過、沈降又は吸着作用による汚濁物質除去機能を有する水質浄化構造体であって、潜堤が、この水質浄化構造体からなるものである。
【００１３】
また、請求項３の発明に係る波浪エネルギを利用した水質浄化施設は、請求項２に記載の構成において、水質浄化構造体が、礫、砕石、貝殻、又は貝殻粉砕物をかご又はネットに中詰めした多孔質構造をなすものである。この構成によれば、礫や砕石に付着して生息する生物のもつ栄養塩吸収能力や有機物分解能力を利用して、あるいは貝殻又は貝殻粉砕物によるリン、アンモニア態窒素、硫化物イオン、あるいは重金属に対する吸着能力によって、水中の浮遊物質や汚濁物質を有効に濾過、吸着あるいは沈降させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１〜３の発明に係る波浪エネルギを利用した水質浄化施設によれば、波浪のエネルギを流れのエネルギに変換することによって、電力などの人工エネルギや化学物質を用いることなく、浄化構造体を通過する流れを発生させるものであるため、浄化構造体による水質浄化を効率良く行うと共に水質の循環を行い、しかも砕波によって水中に空気が取り込まれるので、曝気効果による浄化作用も期待できる。また、潜堤の消波機能によって、静穏水域を創出することができるので、懸濁物質の沈降による水質浄化も期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る波浪エネルギを利用した水質浄化施設の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態による水質浄化施設の平面配置図、図２は、図１におけるII−II断面図、図３は、図２における越流潜堤１の作用を、水面よりも高い堤体１’と比較して示す説明図、図４は、高水位時の状態を図１におけるII−II線で切断して示す断面図である。
【００１６】
まず図１及び図２において、参照符号Ｇは水域の底部地盤、参照符号１，２（２１〜２４）は底部地盤Ｇ上に設置された潜堤である。これらの潜堤１，２（２１〜２４）は、天端の高さが、通常の水位の変動において最も低水位となった時の水面より低いものとなっている。
【００１７】
潜堤１，２（２１〜２４）のうち、最も沖側に位置する潜堤１（以下、越流潜堤という）は、好ましくは石積みや、蛇かご、あるいはコンクリート構造物などからなるものであって、沖側から移動して来る波浪Ｗを強制的に砕波Ｗ１させ、波浪エネルギを、流れのエネルギに変換して越流潜堤１上の岸向きの越流Ｆａ１を発生させる作用を有する。
【００１８】
ここで、図３（Ｂ）に示されるように、波浪Ｗが最も大きい沖側に、透水性がなく天端が水面上に露出した堤体１’を設置した場合は、波浪Ｗを完全に反射してしまうので、衝撃が大きく、しかも堤体１’の前面側の地盤に洗掘Ｈを生じることによって不安定になるおそれもあるが、越流潜堤１は、図３（Ａ）に示されるように、波浪Ｗを完全に反射してしまうのではなく、施設内への越流及び（又は）透過を許容しているため、施設へ作用する波力を低減し、かつ洗掘を抑制することが可能である。
【００１９】
図１及び図２に示されるように、潜堤２１〜２４（以下、第一浄化潜堤という）は、越流潜堤１の岸側に位置して、岸側へ向けて所定間隔で複数段設けられている。このうち、最も沖側（一段目）の第一浄化潜堤２１は、天端の水深が越流潜堤１の天端の水深よりも浅く、二段目の第一浄化潜堤２２は、天端の水深が一段目の第一浄化潜堤２１の天端の水深よりも浅く、以下同様、相対的に岸側に位置するものほど、天端の水深が浅くなっている。そして、第一浄化潜堤２１〜２４のうち最も後段の潜堤２４は、図２に一点鎖線で示す通常の静水面ＷＬと略同等の高さとなっている。
【００２０】
また、第一浄化潜堤２１〜２４は、礫、砕石、貝殻、又は貝殻粉砕物をかご又はネットに中詰めした多孔質構造の浄化構造体からなるものであって、礫や砕石に付着して生息する生物のもつ栄養塩吸収能力や有機物分解能力を利用して、あるいは貝殻又は貝殻粉砕物によるリン、アンモニア態窒素、硫化物イオン、あるいは重金属に対する吸着能力によって、水中の浮遊物質や汚濁物質を有効に濾過、吸着あるいは沈降させる機能を有する。
【００２１】
第一浄化潜堤２１〜２４の間には、これら第一浄化潜堤２１〜２４と直交する方向に延びる複数の第二浄化潜堤３が設置されている。この第二浄化潜堤３も、第一浄化潜堤２１〜２４と同様、礫、砕石、貝殻、又は貝殻粉砕物をかご又はネットに中詰めした多孔質構造の浄化構造体からなるものであって、その天端の水深は、第一浄化潜堤２１〜２４と対応して、岸側へ向けて徐々に浅くなっている。
【００２２】
第一浄化潜堤２１〜２４及び第二浄化潜堤３の設置領域の岸側には、堤体４が設置されている。この堤体４も、第一浄化潜堤２１〜２４及び第二浄化潜堤３と同様、礫、砕石、貝殻、又は貝殻粉砕物をかご又はネットに中詰めした多孔質構造の浄化構造体からなるものであって、その天端は、水面から常時露出する高さとなっている。また、この堤体４は、図１に示されるように、両端が越流潜堤１の両端と対向又は連続して構築されている。
【００２３】
更に、越流潜堤１と、その背後にある一段目の第一浄化潜堤２１の間には、底泥の巻き上げ防止や底泥からの汚濁物質溶出を抑制するための覆砂材５が敷設されている。この覆砂材５は、底部地盤Ｇ上に海砂、川砂、山砂、又は貝殻粉砕物などを適当な層厚で覆砂状に撒いて敷設したものである。
【００２４】
なお、越流潜堤１は、先に述べたように、基本的には石積みや、蛇かご、あるいはコンクリート構造物などからなるものとするが、波浪Ｗの衝突時の衝撃に対する安定性が確保できれば、第一浄化潜堤２１〜２４、第二浄化潜堤３及び堤体４と同様、礫、砕石、貝殻、又は貝殻粉砕物をかご又はネットに中詰めした多孔質構造の浄化構造体からなるものとしても良い。また、好ましくは、最も大きな波浪エネルギを受ける越流潜堤１の前面下部には、反射波による底泥の洗掘を防止するための布団かご６を設置する。布団かご６は、礫あるいは砕石などを金属かごに中詰めしたものである。
【００２５】
以上のように構成された水質浄化施設によれば、図２に示されるように、最も大きな波浪エネルギを受ける越流潜堤１において、砕波Ｗ１によってこの波浪エネルギの一部が流れのエネルギに変換されるので、波浪エネルギが減衰されると共に、越流潜堤１上の岸向きの越流Ｆａ１が発生する。そして、越流潜堤１の岸側には、この越流潜堤１よりも天端の水深が浅い第一浄化潜堤２１が設置されているので、越流潜堤１である程度減衰された波浪は、第一浄化潜堤２１において再び砕波Ｗ２される。したがって、ここでも波浪エネルギの一部が流れのエネルギに変換され、岸向きの越流Ｆａ２を発生する。その後段の第一浄化潜堤２２〜２４でも同様の作用によって、岸向きの越流Ｆａを発生する。
【００２６】
また、海洋の場合は潮汐によって、湖沼の場合は降雨などによって、静水面ＷＬが図２に示されるレベルより高くなった場合は、越流潜堤１の天端の水深が深くなってしまうので、この越流潜堤１では顕著な砕波が起こらなくなるが、その背後の第一浄化潜堤２２〜２４は、相対的に岸側に位置するものほど、天端の水深が浅くなっているので、図４に示されるように、何段目かで砕波Ｗ１され、ここで岸向きの越流Ｆａ１が発生する。そしてその後段に、更に天端の水深が浅い潜堤が存在する場合は、ここでも再び砕波Ｗ２され、岸向きの越流Ｆａ２を発生する。
【００２７】
このため、上述のような砕波が繰り返されることによって、水面付近では、岸向きの継続的な流れが発生し、沖側へ戻ろうとする流れが拘束されるので、図２又は図４に示される静水面ＷＬは、各潜堤１，２１，２２，・・・の岸側で上昇し、最も後段の第一浄化潜堤２４よりも高くなる。そして、このような水位上昇によって、各潜堤１，２１，２２，・・・を低水位側（沖側）へ向けて透過する流れＦｂが発生する。
【００２８】
一方、当該施設が設置されていない水域では、波浪Ｗは殆ど減衰しないため、水位の上昇や岸向きの流れは発生しない。したがって、施設内と施設外との間にも水位差ΔＷＬが発生するので、これによって、図１及び図２に示されるように、堤体４及びその付近の潜堤を、岸側へ向けて透過する流れＦｃが発生する。
【００２９】
以上のような作用によって、施設内と施設外との間で、水の交換が行われる。しかもこのような流れの過程で、水が、第一浄化潜堤２２〜２４、第二浄化潜堤３及び堤体４を透過するので、礫や砕石に付着して生息する生物のもつ栄養塩吸収能力や有機物分解能力によって、あるいは貝殻又は貝殻粉砕物によるリン、アンモニア態窒素、硫化物イオン、あるいは重金属に対する吸着能力によって、水質が有効に浄化される。そして、浄化された水は岸側へ向けて排出（流れＦｃ）されるため、電力などの人工エネルギを用いることなく、水質の循環（交換）を行うことができる。
【００３０】
また、これら越流潜堤１、第一浄化潜堤２２〜２４、第二浄化潜堤３及び堤体４が、離岸堤や人工リーフのように消波機能を奏するので、施設内および施設背後に、静穏域を創出することができ、懸濁物質などの沈降による水質浄化も期待できる。
【００３１】
なお第一浄化潜堤２１〜２４、第二浄化潜堤３、堤体４を構成する浄化構造体としては、上述の形態で説明したような礫、砕石、貝殻、又は貝殻粉砕物をかご又はネットに中詰めした多孔質構造に限定されるものではなく、植生浮島や石積みなどの他の浄化手段に代えても良い。
【００３２】
また、通常、海の沿岸では波浪は沖側から入射するため、基本的には図示の形態のように構成することが好ましいが、本発明ではこれには限定しない。すなわち、波浪の進行方向は風向によっても異なるため、波浪の進行が岸向き以外の方向へ卓越している場合は、潜堤及び水質浄化手段を前記卓越方向と対応して設置しても良い。
【実施例】
【００３３】
図５は、水深1.3m程度の汚濁した調整池に本発明を適用した実施例を示す平面図、図６は、図５におけるVI−VI線で切断して示す断面図、図７は、解析結果を示す説明図である。
【００３４】
この実施例においては、図５及び図６に示されるように、調整池内に全長Ｌ１＝31ｍ、幅Ｌ２＝10ｍの領域に、最も沖側の越流潜堤１と、二段の第一浄化潜堤２と、最も岸側の堤体４と、これら越流潜堤１、第一浄化潜堤２及び堤体４の幅方向両端間の第二浄化潜堤３からなる浄化施設を設置した。越流潜堤１、第一浄化潜堤２、第二浄化潜堤３及び堤体４は、すべて、カキ殻を金属かごに中詰めしたカキ殻フィルタによって構築した。
【００３５】
越流潜堤１の厚さｔ１＝3ｍ、第一浄化潜堤２の厚さｔ２＝1ｍ、越流潜堤１、第一浄化潜堤２及び堤体４の設置間隔Ｐ＝10ｍとした。越流潜堤１の天端は、静水面ＷＬからの水深Ｄ１＝0.2ｍとし、入射波浪を強制的に砕波させるようにした。また、その前面の5ｍ程度の領域に、布団かご６を敷設した。
【００３６】
越流潜堤１の背後に配置された一段目の第一浄化潜堤２の天端は、静水面ＷＬからの水深Ｄ１＝0.1ｍとし、すなわち越流潜堤１より天端の水深を浅くすることで波高が減衰しても連続的に砕波を発生するようにした。更にその背後に配置された二段目の第一浄化潜堤２の天端は、静水面ＷＬと同じ高さ（底部地盤Ｇから1.3ｍ）として、一段目の第一浄化潜堤２での砕波・越流による水位の上昇に対応できるようにした。また、最も岸側の堤体４は、静水面ＷＬからの突出高さｈを0.3ｍとした。
【００３７】
上述のように、越流潜堤１と、一段目及び二段目の第一浄化潜堤２と、堤体４に、岸側ほど高くなるように互いに段差を設けた。この実施例において、波浪の周期を2秒、波高を0.3ｍとして解析した結果、浄化施設内で5ｃｍ程度の水位上昇があり、図７に示されるような水流が発生することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る波浪エネルギを利用した水質浄化施設の好ましい実施の形態を示す平面配置図である。
【図２】図１におけるII−II線で切断して示す断面図である。
【図３】図２における越流潜堤１の作用を、水面よりも高い堤体１’と比較して示す説明図である。
【図４】高水位時の作用を図１におけるII−II線で切断して示す断面図である。
【図５】水深1.3m程度の汚濁した調整池に本発明を適用した実施例を示す平面図である。
【図６】図５におけるVI−VI線で切断して示す断面図である。
【図７】実施例による解析結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    越流潜堤（潜堤）
２（２１〜２４）    第一浄化潜堤（潜堤）
３    第二浄化潜堤３（潜堤）
４    堤体
５    覆砂材
６    布団かご
【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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