(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中の沈殿物、堆積物、または集積物の中に埋設されたパイプを通じて沈殿物、堆積物または集積物を吸引、流送する水中堆積物の流送方法であって、
パイプには、軸方向に沿って開設された複数の開口部が設けられているとともに、この開口部の下流では、パイプと、ポンプを備えた注水管とが接続しており、
パイプの上流開放端または上流部の開口部を、沈殿物、堆積物、または集積物の上方の水中に位置させることにより、上流開放端または上流部の水中にある開口部より入った水がパイプ内を流れるに伴い生じるパイプ内の負圧によって開口部周囲の沈殿物、堆積物または集積物がパイプ内に吸引されて流送されるとともに、注水管からの注水によってパイプ内の水圧を調節することを特徴とする静水圧を利用した水中堆積物の流送方法。
【請求項２】
パイプは、出口に排出水量を調節するバルブが設けられていることを特徴とする請求項１の水中堆積物の流送方法。
【請求項３】
水中の沈殿物、堆積物、または集積物の中に埋設されたパイプを通じて沈殿物、堆積物または集積物を吸引、流送する水中堆積物の流送設備であって、
パイプは、軸方向に沿って開設された複数の開口部が設けられているとともに、この開口部の下流では、パイプと、ポンプを備えた注水管とが接続しており、
パイプの上流開放端または上流部の開口部を、沈殿物、堆積物、または集積物の上方の水中に位置させることにより、上流開放端または上流部の水中にある開口部より入った水がパイプ内を流れるに伴い生じるパイプ内の負圧によって開口部周囲の沈殿物、堆積物または集積物がパイプ内に吸引されて流送可能とされているとともに、注水管からの注水によってパイプ内の水圧を調節可能とされていることを特徴とする水中堆積物の流送設備。
【請求項４】
パイプは、出口に排出水量を調節するバルブが設けられていることを特徴とする請求項３の水中堆積物の流送設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、静水圧を利用した水中堆積物の流送方法とこれに用いる開口付きパイプ、並びに水中堆積物の流送設備に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、タンク、浄水場および下水処理場の池、沈砂池、通常の池、溜め池、堆砂池、貯水池、ダム湖、湖、海、送水トンネル、送水路など液体を貯溜、流送する施設や場所に溜まった沈殿物、堆積物、集積物を容易に排出させることのできる静水圧を利用した水中堆積物の流送方法とこれに用いる開口付きパイプ、並びに流送設備に関するものである。なお、ここで、水とは液体一般を意味するものとする。
【０００２】
【従来の技術とその解決課題】
液体を貯溜する施設などでは、沈殿物、堆積物の排出作業が施設維持の効率上や、運営上欠かせないものとなっている。特に近年、ダムの堆砂問題は深刻であり、堆砂の効率的な処理がダムの利用容量の維持や、利用寿命を延ばすことからも必要となっている。
【０００３】
従来のダム堆砂問題の解決には、（１）時期を選んで貯溜されていた堆砂を放流するフラッシング排砂による方法、（２）一時的にダム推移を部分的に低下させ、露出した堆砂上を水が流れることにより中流域の堆砂をダム近傍の死水域へ移動させるダム湖内の移送およびダム湖外への排出を行う方法、（３）ダム上流部に貯砂ダムなどを造成し、土砂混じりの水を直接下流に放流するためのバイパストンネル排砂による方法、（４）浚渫船による掘削や、水位低下で露出した堆砂を直接掘削する方法などが行われている。
【０００４】
しかし、上記（１）のフラッシング排砂では、実施時期を選べない、大量の水を消費する、フラッシング期間中、都市用水、農業用水、発電用水などの本来の水利用ができないなどの問題がある。また、（２）の一時的にダム水位を部分低下させる場合も、実施時期を選べない、大量の水を消費する、本来の水利用に使用する水の水質が悪化する問題があり、（３）のバイパストンネルによる排砂の方法も、排出できる範囲は排出口近傍に限られる、初期設備の投資額が非常に大きくなる等の問題がある。さらに、（４）の浚渫による方法でも、ダム湖への浚渫用の大型機械の分解搬送に加え、浚渫後の土砂輸送や水切り揚土が必要となり、処理費用が嵩むのに加え、濁水が発生するなどの問題がある。
【０００５】
この出願の発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、大型機械のダム湖への分解搬送を行うことなく、広範囲の堆砂の掘削排出が可能であって、堆砂の流送に理想的なヘテロジーニアス流を実現し、管材の摩耗の低減に加え、何ら制御装置を用いることなく混泥率を効率的に高めた排砂が可能であり、しかも、貯水池の濁流発生を抑えるとともに、低コスト化を図ることもできる、新しい技術手段を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、前記の課題を解決するものとして、第１には、水中の沈殿物、堆積物、または集積物の中に開口部付きのパイプを埋設し、上流端または上流部の開口部を水中に位置させることにより、上流端または上流部の水中にある開口部より入った水が管路内を流れるに伴い生じる管路内の負圧により開口部周囲の沈殿物、堆積物または集積物を吸引させて流送する流送法を提供し、第２には、開口部付きパイプのスリットのある部分、または開口部のない部分に注水管、または注水管とポンプを取り付け、パイプ内の水圧を調節することにより、流送の調整、パイプの閉塞の予防、パイプの詰まりなどの偶発的事故に対処できるようにした流送方法をも提供する。
【０００７】
また、この出願の発明は、第３には、パイプの表面に軸方向に沿って開設された複数の開口を有し、上流端または上流部の開口部が水中に位置ようにして水中の沈殿物、堆積物、または集積物の中に埋設され、上流端または上流部の水中にある開口部より入った水が管路内を流れるに伴い生じる管路内の負圧により開口部周囲の沈殿物、堆積物または集積物を吸引して流送する開口付きパイプを提供し、第４には、パイプの出口に排出水量を調節するバルブを備えている開口付きパイプを提供する。
【０００８】
そして、この出願の発明は、第５には、パイプの表面に軸方向に沿って開設された複数の開口を有し、上流端または上流部の開口部が水中に位置するように、水中の沈殿物、堆積物、または集積物の中に埋設される前記の開口付きパイプと、開口付きパイプのスリットのある部分または開口部のない部分に注水管または注水管とポンプを備える水中堆積物の流送設備を提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は、前記のとおりの特徴をもつものであるが、以下のその実施の形態について説明する。
【００１０】
前記のとおりのこの出願の発明においては、開口付きパイプの埋設に際して、ダム湖の堆砂を溝状に浚渫するか、水位低下時に河道となり侵食掘削された溝を利用して、その溝の底部に前記の開口付きパイプを敷設する。また、新設ダムにおいては、ダム湖湖底に開口部付きパイプを敷設する。いずれの場合にも、その後の堆砂によりパイプは埋設状態になる。
【００１１】
このパイプの上流開放端または上流部の水中にある開口部は、堆砂で埋まることがない位置で、水中に維持されることが必要である。
【００１２】
パイプ内に流水を流すことで、上流開放端または上流部の水中にある開口部より流体を吸い込み始めるが、パイプ内が周囲の静流体圧に比べて低圧となるために、開放端または開口部からパイプ周囲の堆砂を流体とともに吸い込み排出する。
【００１３】
この排出はパイプの開口部に沿って順次発生し、開口部付きパイプ長に対応した広範囲の堆積物を排出する。
【００１４】
濃度が濃くなるに伴い管路の抵抗が増し、流速が落ち、吸引力が低下し、結果的に希釈が起る。逆に、濃度が低い時には流速が速く、吸引力が大きいことから、これにともなって濃度が増大することになる。従って、何らの制御装置を用いることなく、上流端または上流部の水中にある開口部を水中に位置させることにより、開口部付き管路の全長に亘り吸引力が自動調節されることを特徴とする流送方法が実現される。
【００１５】
開口付きパイプ内に水の流れを発生させるためのエネルギーとして、湖内外の水頭差を利用することもできるが、他の外部エネルギー、たとえば、ポンプおよびポンプからの水流を利用してパイプ内に流れを作ることもできる。
【００１６】
このとき使用される開口付きパイプの形状は、円形、角型のほかどのような形状でも良く、また開口部の形状も、連続した開口、円形、角型、楕円形などが間欠的に連続したものでもよい。
【００１７】
開口部の数、開口部の位置には限定は無いが水中にある状態の開口部を除いては、排出させる堆積物に開口部が対向するようにし、堆積物の範囲を含む上流側に分布させる必要がある。なお、パイプの長さには限定はない。
【００１８】
また敷設形状は直線に限らず、任意に蛇行させることができる。Ｊ字型形状に屈曲させて、屈曲部に設けた開口部を利用し、堆積面上部よりの溝状や凹状の掘削も可能である。この時、パイプ先端の移動は水上からの船、台船からでも、水中の遠隔移動車などや、ダイバーなどの人力でも行うことができる。
【００１９】
パイプは途中で分岐させ、複数本数を敷設することで、幅広い貯水池に対応することができる。これは、また、あるパイプが詰まった時、メンテナンス時、残ったパイプを利用しての排砂にも活用できる。
【００２０】
パイプ材料には、鋼管、ライニング鋼管、鋳鉄管などの金属、塩化ビニールや高密度ポリエチレンなどの各種の高分子材料が使用できる。
【００２１】
【実施例】
ダム等、液体を貯溜し、堆積物等の排出作業を必要とする貯溜施設が、図１に例示される。
【００２２】
地盤（４）に建設されたダム（３）に水（８）が水位（９）をなして貯蔵されている。地盤（４）の元地盤線（５）上には堆積物（６）が現湖底線（７）をなして堆積されている。そして、堆積物（６）には排出しようとする部分に開口（１ａ）の付いたパイプが埋設されている。なお、符号（１０）は排出範囲にある堆積物（６）を示す。
【００２３】
開口（１ａ）付きパイプ（１）の敷設に当たって、ダム湖の堆砂を溝状に浚渫した溝か、水位低下時に河道となり侵食された溝又は掘削した溝を形成し、その溝の底部に開口（１ａ）付きパイプ（１）を敷設する。また、新設ダムにおいては、ダム湖湖底に開口付きパイプ（１）を敷設する。
【００２４】
パイプ（１）の開口（１ａ）は、堆積物（６）に面した状態で敷設され、また、パイプ（１）の上流開放端（１ｂ）は、堆砂で埋まることがない位置で、水中に維持する状態に設置される。なお、この上流開設端（１ｂ）が閉鎖された状態にあって、パイプ（１）の上流側の開口（１ａ）が水中にあってるようにしてもよい。
【００２５】
その後の堆砂によりパイプは埋設状態になる。
【００２６】
パイプ（１）のダム（３）を貫通して外部に位置する出口パイプ（１ｃ）にはバルブ（２）が配設されている。
【００２７】
なお、この上流開放端（１ｂ）が閉鎖された状態にあって、パイプ（１）上の上流側の開口（１ａ）が水中にあるようにしてもよい。
【００２８】
また、パイプ（１）の開口部（１ａ）の存在しない箇所に注水管（１１）が接続され、また、注水管（１１）にはポンプ（１２）が取り付けられている。
【００２９】
この発明の開口付きパイプによる堆積物排出方法は、図１に示すように、実施手順の目安として、たとえば、以下の＜ａ＞から＜ｄ＞の手順で実行するものが例示される。
【００３０】
＜ａ＞堆積物（６）の堆積前に、開口（１ａ）付きパイプ（１）を敷設する。
【００３１】
＜ｂ＞パイプ（１）をダムや堰堤を貫通させるか、またはサイフォンでダムや堰堤を乗り越えさせて、池外にまでバルブ（２）を付けて延長する。
【００３２】
＜ｃ＞バルブ（２）を開いて、流体（８）を排出する。
【００３３】
＜ｄ＞堆積物（６）は、開口（１ａ）を通して吸い込まれて水（８）と共に池外に排出される。
【００３４】
排出時の作用は、上流開放端（１ｂ）より流体を吸い込み始めるが、図２に示すように、パイプ（１）内が周囲の静流体圧に比べて低圧（ｖ）となるため、開口部（１ａ）からパイプ周囲の堆砂（６）を水（８）とともに吸い込み排出する。
【００３５】
この排出はパイプ（１）の開口（１ａ）に沿って順次発生し、開口（１ａ）付きのパイプ（１）のパイプ長に対応した広範囲の堆積物（６）を排出する。
【００３６】
濃度が濃くなるに伴い管路の抵抗が増し、流速が落ち、吸引力が低下し、結果的に希釈が起こる。因って、何らの制御装置を用いることなく、上流端を水中に位置させることにより、開口部付き管路の全長に亘り吸引力が自動調節される。この出願の発明による流送方法は、これを特徴としている。
【００３７】
なお、図２の例では、パイプ（１）の出口パイプ（１ｃ）の連結部ではその径を絞っているが、これは同じであってもよい。
【００３８】
ただ、実際的には若干絞るのが好ましい。
【００３９】
上記の例では、排出に池内外の水頭差を利用しているが、排出するために、通常使われるポンプ、インジェクションポンプや、インダクションポンプなども適宜に利用されてよい。
【００４０】
さらに、開口部は、木片、岩塊などによる閉鎖を避けるために、網や格子などの防御物が用意できる。また、開口部近くに水ジェットなどを取り付けて、閉塞物の除去のための用意を施すことも可能である。
【００４１】
開口付きパイプは、流失に対する防御のために、コンクリートブロック、コンクリートライニング、鉄枠、鉄カバー等で防御される。
【００４２】
利用形態としては、単独で利用した上述の例に限らず、既存の他の方法と組み合わせて使用することもできる。たとえば、従来工法（浚渫、陸上機械による掘削）で掘削したものをこの発明の方法で流送する。この発明の方法で排出したものを、従来方法で運搬する。この発明の方法を複数回縦に繰り返し使用する。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この出願の発明による排出方法では、池内外の水頭差を利用すれば、新たなエネルギーを使わないで、沈澱物、堆積物を排出できる。このとき最適な排出状況となり小さな水頭損失で排出できるために、排出のための使用流体の量を少なく、排出距離を長く、また管摩耗を小さくすることができる。このことは、非常に安いコストでの排出を可能にする。
【００４４】
また、吸い込み口では、濁流体を発生させないために、排出と同時に他の取水口からの上水、農業用水、工業用水、発電用水などの利用が平行的にできる。
【００４５】
新設のタンクなどの場合、沈澱物、堆積物の排出が随時可能であるため、これによって、沈澱物、堆積物の堆積許容量を減らすことができる。したがって、貯水池の総容量を減らし、ダムの高さなどの規模を縮小することができ、この縮小規模のダムによっても従来と同様の効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に係る模式図である。
【図２】開口付きパイプの部分的な破断面を示す図である。
【符号の説明】
１  開口付きパイプ
１ａ  開口
１ｂ  上流開放端
１ｃ  出口パイプ
２  バルブ
３  ダム
４  地盤
５  元地盤線
６  堆積物全体
７  現湖底線
８  水
９  水位
１０  排出範囲の堆積物
１１  注水管
１２  ポンプ
【図１】
0004663145.tif 000002
【図２】
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