(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
港湾等の内水域と該内水域の外側に位置する外水域との境界線に沿って水流制御体を設置した水域浄化システムであって、
前記水流制御体は水面に浮く浮体であり、この浮体の水面下の部分に、前記内水域側と前記外水域側とを連通する水路が形成され、この水路に、前記内水域側から前記外水域側への水の流れを許容し、その逆向きの流れを阻止する水流切替手段が設けられていることを特徴とする水域浄化システム。
【請求項２】
港湾等の内水域と該内水域の外側に位置する外水域との境界線に沿って昇降自在な水流制御体を設置し、該水流制御体の上昇時には前記内水域と前記外水域との底層連通及び表層遮断が行われ、下降時には底層遮断及び表層連通が行われるようになっていることを特徴とする水域浄化システム。
【請求項３】
前記水流制御体を中空体からなる浮体で構成するとともに該中空体内への注水及び排水を行うことができるように構成した請求項２記載の水域浄化システム。
【請求項４】
前記水流制御体を所定の開閉ゲートで構成した請求項２記載の水域浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として港湾入口に設置される水域浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、湾内において人工島建設や埋立造成といったウォータフロント開発が盛んに行われており、それに伴って水際での良好なアメニティ空間を形成していこうというニーズも強い。
【０００３】
一方、港湾内の内水域は、外水域との水交換が行われにくいため、どうしても海水が停滞しやすい。
【０００４】
そのため、水中の汚濁物質が沈降して底質内の有機物含有量が多くなり、海水への栄養塩類の溶出ひいては内部負荷が高くなるとともに、かかる富栄養化によって植物プランクトンが大量発生し、その死骸が沈降してやはり底質内の有機物含有量が増加する原因となる。
【０００５】
そして、このような内部負荷の増加によって水質汚濁がさらに進行するといった悪循環が繰り返されるとともに、底層付近における有機物分解によって多量の酸素が消費されるため、水生生物の死滅を招くことにもつながる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、港湾における閉鎖性水域で生じる富栄養化は従来から大きな問題となっており、かかる問題を解決すべく、底泥の浚渫、底泥への覆砂といった対策がとられてきたが、前者の場合には、産業廃棄物である浚渫土をいかに処理するかといった二次的問題があらたに発生するとともに、後者の場合には、覆砂したとしても、内部負荷を長期的かつ十分に抑制することは困難であるという問題を生じていた。
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、港湾における閉鎖性水域の水質汚濁を防止可能な水域浄化システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る水域浄化システムは請求項１に記載したように、港湾等の内水域と該内水域の外側に位置する外水域との境界線に沿って水流制御体を設置した水域浄化システムであって、前記水流制御体は水面に浮く浮体であり、この浮体の水面下の部分に、前記内水域側と前記外水域側とを連通する水路が形成され、この水路に、前記内水域側から前記外水域側への水の流れを許容し、その逆向きの流れを阻止する水流切替手段が設けられているものである。
【００１０】
また、本発明に係る水域浄化システムは、港湾等の内水域と該内水域の外側に位置する外水域との境界線に沿って昇降自在な水流制御体を設置し、該水流制御体の上昇時には前記内水域と前記外水域との底層連通及び表層遮断が行われ、下降時には底層遮断及び表層連通が行われるようになっているものである。
【００１１】
また、本発明に係る水域浄化システムは、前記水流制御体を中空体からなる浮体で構成するとともに該中空体内への注水及び排水を行うことができるように構成したものである。
【００１２】
また、本発明に係る水域浄化システムは、前記水流制御体を所定の開閉ゲートで構成したものである。
【００１３】
請求項１の発明に係る水域浄化システムにおいては、港湾等の内水域と該内水域の外側に位置する外水域との境界線に沿って水流制御体を設置した水域浄化システムであって、前記水流制御体は水面に浮く浮体であり、この浮体の水面下の部分に、前記内水域側と前記外水域側とを連通する水路が形成され、この水路に、前記内水域側から前記外水域側への水の流れを許容し、その逆向きの流れを阻止する水流切替手段が設けられている。
【００１４】
このようにすると、満ち潮時には、水流制御体による遮断作用により、表層水は内水域に流入せず、底層では、水流制御体で何ら遮断されることなく底層水がスムーズに内水域へと流入する。一方、引き潮時には、水流制御体による連通作用により、表層水は内水域から外水域へと流出し、底層では、水流制御体で何ら遮断されることなく底層水がスムーズに外水域へと流出する。
【００１５】
このように満ち潮時においては、底層でのみ外水域から内水域に海水が流入するという、水流圧がいわばアンバランスな状態となるため、内水域では循環流が発生し、酸素をたっぷり含んだ表層水が底層に送り込まれるとともに、底泥の有機物分解によって貧酸素状態になった底層水が表層に浮上し酸素が補給される。
【００１６】
一方、引き潮時においては、内水域の表層水が外水域へと流出するため、内水域表層に過度に滞留している植物プランクトンや上述した循環流で浮上させられた底泥やそれに含まれている有機物が外水域へと放出される。
【００１７】
また、このような潮の干満に応じて、貧酸素状態にある内水域の底層水の一部は、酸素量が比較的多い外水域の底層水に定期的に交換される。
【００１８】
請求項２の発明に係る水域浄化システムにおいては、港湾等の内水域と該内水域の外側に位置する外水域との境界線に沿って昇降自在な水流制御体を設置し、該水流制御体の上昇時には前記内水域と前記外水域との底層連通及び表層遮断が行われ、下降時には底層遮断及び表層連通が行われるように構成してあり、満ち潮時には水流制御体を上昇させ、引き潮時には水流制御体を下降させる。
【００１９】
このようにすると、満ち潮時には、水流制御体による表層遮断作用により、表層水は内水域に流入せず、底層では、水流制御体で何ら遮断されることなく底層水がスムーズに内水域へと流入する。一方、引き潮時には、水流制御体による底層遮断作用により、底層水は外水域に流出せず、表層では、水流制御体で何ら遮断されることなく表層水がスムーズに外水域へと流出する。
【００２０】
このように満ち潮時においては、底層でのみ外水域から内水域に海水が流入するという、水流圧がいわばアンバランスな状態となるため、内水域では循環流が発生し、酸素をたっぷり含んだ表層水が底層に送り込まれるとともに、底泥の有機物分解によって貧酸素状態になった底層水が表層に浮上し酸素が補給される。
【００２１】
一方、引き潮時においては、内水域の表層水が外水域へと流出するため、内水域表層に過度に滞留している植物プランクトンや上述した循環流で浮上させられた底泥やそれに含まれている有機物が外水域へと放出される。
【００２２】
請求項１及び請求項２に係る発明において、内水域と外水域とを隔てる境界線はあくまで人為的あるいは仮想的な線であって、地形的に特段の特徴を有していることを要件とするものではない。すなわち、湾内の内水域と湾外の外水域との境界線をどのように設定するかは地形とは関係なく、任意である。
【００２３】
港湾等の内水域は、主として海に面した港湾を対象とするが、汐の干満が発生する閉鎖性水域であればすべて本発明を適用することができる。例えば、海につながっている淡水湖なども本発明で言うところの内水域に包含される。
【００２４】
水流制御体は、該水流制御体の設置箇所以外では内水域と外水域とが十分な程度に離隔されるように設置すればよく、例えば港湾の規模が小さい場合であれば、その湾口の対岸同士をつなぐように設置してもよいし、港湾の規模が大きい場合であれば、互いに対向する湾口の所定位置から一対の護岸をそれぞれ向かい合うように構築し、該一対の護岸の先端に挟まれる空間に設置するようにしてもよい。
【００２６】
ここで、請求項１における水流切替手段については、表層の連通及び遮断を切り替えることができるようになっておればどのような構成でもよく、切替えについても例えば干満による潮汐その他の自然力を利用するように構成してもよいし、手動又は機械的動力で行うようにしてもかまわない。例えば内水域から外水域への一方のみの流れを許容する逆止め弁で構成すれば、電気等の人工エネルギーを消費することなく、自然のエネルギーで水流の切替えを行うことができる。
【００２７】
一方、請求項２に係る水流制御体については、上昇時には前記内水域と前記外水域との底層連通及び表層遮断が行われ、下降時には底層遮断及び表層連通が行われるようになっているのであれば、どのような構成とするかは任意である。
【００２８】
例えば、かかる水流制御体を中空体からなる浮体で構成するとともに該中空体内への注水及び排水を行うことができるように構成した場合においては、満ち潮の際、中空体内の水を排水することによって水流制御体を浮上させ、その下方領域、すなわち底層を連通可能とし、引き潮時においては、中空体内への注水を行うことによって水流制御体を水底に沈め、その上方領域、すなわち表層を連通可能とすればよい。
【００２９】
また、水流制御体を所定の開閉ゲートで構成することも考えられる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水域浄化システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
（第１実施形態）
【００３２】
図１は、本実施形態に係る水域浄化システムを示した図であり、(a)は配置図、(b)はＡ―Ａ線方向から見た矢視図である。
【００３３】
本実施形態に係る水域浄化システムは、港湾１の内水域２と該内水域の外側に位置する外水域３との境界線、ここでは湾口４の対岸同士をつなぐ直線に沿って水流制御体５を設置してなる。
【００３４】
ここで、水流制御体５は、同図(b)でよくわかるように、浮体としてのコンクリート製中空体６で構成してあり、コンクリート製中空体６の底面から海底までの深さＨ2までの底層における内水域２と外水域３との常時連通を確保できるようになっている。
【００３５】
水流制御体５は、ワイヤーやドルフィンで適宜係留し、その移動を拘束しておけばよい。
【００３６】
一方、水流制御体５には図２でよくわかるように、コンクリート製中空体６の内水域側に形成された開口８と外水域側に形成された開口９とを中空鋼管等からなる貫通スリーブ７でつないで水路１０を形成してあるとともに、外水域側の開口９には、該開口を塞ぐようにして板状の逆止め弁１１を設けてある。
【００３７】
ここで、逆止め弁１１は、その上端をコンクリート製中空体６の側面にヒンジ接合してなり、内水域２から外水域３への流れは許容するが、逆方向の流れは阻止するようになっている。すなわち、逆止め弁１１は、満ち潮時においては、コンクリート製中空体６の側面とともに、海水面から深さＨ1までの表層における内水域２と外水域３との連通を遮断してその海水移動を阻止するが、引き潮時においては、内水域２の表層水が外水域３に流出するのを許容するようになっており、表層の連通及び遮断を切替自在な水流切替手段として機能する。
【００３８】
かかる逆止め弁１１は、例えば鋼製プレートで構成することができる。
【００３９】
本実施形態に係る水域浄化システムにおいては、上述したように、港湾１の内水域２と該内水域の外側に位置する外水域３との湾口４に、内水域２と外水域３との底層の常時連通を確保する水流制御体５を設置するとともに、該水流制御体に表層の連通及び遮断を切替自在な水流切替手段として機能する逆止め弁１１を設けてある。
【００４０】
そのため、満ち潮時においては、図３(a)に示すように外水域３から内水域２に水が流れ込もうとすると、表層では、逆止め弁１１が閉じることと水流制御体５の側面による遮断作用のために、表層水は内水域２に流入しないのに対し、底層では、水流制御体５で何ら遮断されることなく底層水がスムーズに内水域２へと流入する。
【００４１】
このように満ち潮時においては、底層でのみ外水域３から内水域２に海水が流入するという、水流圧がいわばアンバランスな状態となるため、内水域２では同図(a)に示すような半時計回りの循環流が発生し、底泥の有機物分解によって貧酸素状態になった底層水が表層に浮上し酸素が補給されるとともに、酸素をたっぷり含んだ表層水が底層に送り込まれることとなる。
【００４２】
一方、引き潮時においては、同図(b)に示すように内水域２から外水域３に水が流れ出そうとすると、底層では、満ち潮時と同様、水流制御体５で何ら遮断されることなく底層水がスムーズに外水域３へと流出するが、表層においても、逆止め弁１１が開くことにより、表層水は外水域３へと流出するため、内水域表層に過度に滞留している植物プランクトンや上述した循環流で浮上させられた底泥やそれに含まれている有機物が外水域へと放出される。
【００４３】
また、このような潮の干満に応じて、貧酸素状態にある内水域２の底層水の一部は、酸素量が比較的多い外水域の底層水３に定期的に交換される。
【００４４】
なお、一定期間にわたる上述した浄化作用によって内水域２が浄化されたならば、水流制御体５を適宜撤去し、別の港湾に転用することも可能である。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態に係る水域浄化システムによれば、満ち潮時における底層水の流入によって内水域２で循環流が発生し、かかる循環流によって底層に酸素補給が行われることとなり、底層付近が貧酸素状態となるのを未然に防止するとともに該底層付近を好気性状態に維持することが可能となる。
【００４６】
そのため、内水域２における内部負荷、すなわち底泥からの栄養塩の溶出を減少させて水質汚濁の進行を止めることが可能となり、閉鎖性水域ゆえに水質汚濁が進行しがちな内水域２を、人工的なエネルギーを何ら消費することなく自然に浄化することが可能となる。
【００４７】
なお、底層付近が好気性に変化することにより、底泥の有機物分解が促進されるとともに水生生物の棲息に適した環境となることや、循環流によって浮上した底泥内の有機物が酸素の豊富な表層近傍で効率よく分解されることは言うまでもない。
【００４８】
一方、引き潮時においては、逆止め弁１１が開くことによって表層水が外水域３へと流出することとなり、内水域表層に過度に滞留している植物プランクトンや上述した循環流で浮上させられた底泥あるいはそれに含まれている有機物を外水域３へと放出することが可能となる。
【００４９】
また、本実施形態に係る水域浄化システムによれば、水流切替手段を逆止め弁１１で構成したので、水流切替えについても、潮汐を利用した自然エネルギーで行うことが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態に係る水域浄化システムによれば、水流制御体５を浮体としてのコンクリート製中空体６で構成したので、設置及び撤去をきわめて容易に行うことができる。
【００５１】
本実施形態では、水流切替手段を逆止め弁で構成したが、これに代えて図４に示すように、外水域側の開口９に水流切替ゲート１２を設け、満ち潮時には水流切替ゲート１２を降ろして表層連通を遮断し、引き潮時にはこれを引き上げて表層連通を確保するようにしてもよい。
【００５２】
（第２実施形態）
【００５３】
次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５４】
図５は、本実施形態に係る水域浄化システムを示した図であり、(a)は配置図、(b)はＣ―Ｃ線方向から見た矢視図である。
【００５５】
本実施形態に係る水域浄化システムは、第１実施形態同様、港湾１の内水域２と該内水域の外側に位置する外水域３との境界線、ここでは湾口４の対岸同士をつなぐ直線に沿って水流制御体２５を設置してあり、同図(b)でよくわかるように、浮体としてのコンクリート製中空体２６で構成してある。
【００５６】
ここで、水流制御体２５は、コンクリート製中空体２６の内部に注水し又は内部から排水することによって浮上沈下できるよう、換言すれば昇降自在となるように構成してある。
【００５７】
すなわち、水流制御体２５は、その中空内部に水中ポンプ２７を設置してあり、該水中ポンプを駆動してコンクリート製中空体２６内に注水することによって海底に沈めることができる一方、コンクリート製中空体２６内の水を排水することによって海面近傍に浮上させることができるようになっており、浮上時すなわち上昇時には、コンクリート製中空体２６の底面から海面までの深さの範囲で内水域２と外水域３との表層遮断を行うとともにその下方空間にて底層連通を行い、沈下時すなわち下降時には、コンクリート製中空体２６の上面から海底までの深さの範囲で底層遮断を行うとともにその上方空間にて表層連通を行うようになっている。
【００５８】
水流制御体２５は、浮上沈下を可能にしつつ、波浪等による側方移動を拘束できるように、ワイヤーやドルフィンで適宜係留しておくのがよい。
【００５９】
本実施形態に係る水域浄化システムにおいては、満ち潮の際、水中ポンプ２７を駆動してコンクリート製中空体２６内に注水することによって水流制御体２５を海底に沈める。一方、引き潮時には、コンクリート製中空体２６内に注水し、海面近傍に浮上させる。
【００６０】
このようにすると、満ち潮時には、図６(a)に示すように水流制御体２５による表層遮断作用により、表層水は内水域２に流入せず、底層では、水流制御体２５で何ら遮断されることなく底層水がスムーズに内水域へと流入する。一方、引き潮時には、同図(b)に示すように水流制御体２５による底層遮断作用により、底層水は外水域に流出せず、表層では、水流制御体２５で何ら遮断されることなく表層水がスムーズに外水域３へと流出する。
【００６１】
このように満ち潮時においては、底層でのみ外水域３から内水域２に海水が流入するという、水流圧がいわばアンバランスな状態となるため、内水域２では循環流が発生し、酸素をたっぷり含んだ表層水が底層に送り込まれるとともに、底泥の有機物分解によって貧酸素状態になった底層水が表層に浮上し酸素が補給される。
【００６２】
一方、引き潮時においては、内水域２の表層水が外水域３へと流出するため、内水域表層に過度に滞留している植物プランクトンや上述した循環流で浮上させられた底泥やそれに含まれている有機物が外水域へと放出される。
【００６３】
なお、一定期間にわたる上述した浄化作用によって内水域２が浄化されたならば、水流制御体２５を適宜撤去し、別の港湾に転用することも可能である。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態に係る水域浄化システムによれば、満ち潮時における底層水の流入によって内水域２で循環流が発生し、かかる循環流によって底層に酸素補給が行われることとなり、底層付近が貧酸素状態となるのを未然に防止するとともに該底層付近を好気性状態に維持することが可能となる。
【００６５】
そのため、内水域２における内部負荷、すなわち底泥からの栄養塩の溶出を減少させて水質汚濁の進行を止めることが可能となり、閉鎖性水域ゆえに水質汚濁が進行しがちな内水域２を、人工的なエネルギーを何ら消費することなく自然に浄化することが可能となる。
【００６６】
なお、底層付近が好気性に変化することにより、底泥の有機物分解が促進されるとともに水生生物の棲息に適した環境となることや、循環流によって浮上した底泥内の有機物が酸素の豊富な表層近傍で効率よく分解されることは言うまでもない。
【００６７】
一方、引き潮時においては、表層水が外水域３へと流出することとなり、内水域表層に過度に滞留している植物プランクトンや上述した循環流で浮上させられた底泥あるいはそれに含まれている有機物を外水域３へと放出することが可能となる。
【００６８】
また、本実施形態に係る水域浄化システムによれば、水流制御体２５を浮体としてのコンクリート製中空体２６で構成したので、設置及び撤去をきわめて容易に行うことができる。
【００６９】
本実施形態では、水流制御体を浮体であるコンクリート製中空体２６で構成したが、これに代えて図７に示すように、昇降自在な開閉ゲート３１で構成してもよい。
【００７０】
かかる構成においては、開閉ゲート３１を昇降させることにより、同図に示すような水流となり、上述したと同様の作用効果が得られる。
【００７１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る水域浄化システムによれば、満ち潮時における底層水の流入によって内水域で循環流が発生し、かかる循環流によって底層に酸素補給が行われることとなり、底層付近が貧酸素状態となるのを未然に防止するとともに該底層付近を好気性状態に維持することが可能となる。そのため、内水域における内部負荷、すなわち底泥からの栄養塩の溶出を減少させて水質汚濁の進行を止めることが可能となり、閉鎖性水域ゆえに水質汚濁が進行しがちな内水域を、人工的なエネルギーを何ら消費することなく自然に浄化することが可能となる。
【００７２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る水域浄化システムの図であり、(a)は配置図、(b)はＡ―Ａ線方向から見た矢視図。
【図２】本実施形態に係る水域浄化システムを図１のＢ―Ｂ線に沿う断面で示した図。
【図３】本実施形態に係る水域浄化システムの作用を示した図。
【図４】変形例に係る水域浄化システムの断面図。
【図５】第２実施形態に係る水域浄化システムの図であり、(a)は配置図、(b)はＣ―Ｃ線方向から見た矢視図。
【図６】本実施形態に係る水域浄化システムの作用を示した図。
【図７】変形例に係る水域浄化システムの図。
【符号の説明】
２                          内水域
３                          外水域
５、２５                    水流制御体
６、２６                    コンクリート製中空体（浮体）
１１                        逆止め弁（水流切替手段）
１２                        水流切替ゲート（水流切替手段）
３１                        開閉ゲート
【図１】
0004461600.tif 000002
【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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