(57)【要約】【課題】感潮河川の底部の水質を改善することができる安価な河川の水質改善システムおよび方法を提供する。【解決手段】感潮河川２の水質を改善する水質改善システム１０であって、河川２の上流側に設けた上下に開閉可能な水門１２と、水門１２の上流側と下流側底部４とを連通し、その連通を開閉可能な導水路１４と、満潮時に水門１２および導水路１４を閉状態として水門１２の上流側の水位を上昇させた後、干潮時に導水路１４を開状態として水門１２の上流側の水を水門１２の下流側底部に導水する制御手段１６とを備えるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
感潮河川の水質を改善する水質改善システムであって、
前記河川の上流側に設けた上下に開閉可能な水門と、
前記水門の上流側と下流側底部とを連通し、その連通を開閉可能な導水路と、
満潮時に前記水門および前記導水路を閉状態として前記水門の上流側の水位を上昇させた後、干潮時に前記導水路を開状態として前記水門の上流側の水を前記水門の下流側底部に導水する制御手段とを備えることを特徴とする河川の水質改善システム。
【請求項２】
前記導水路の下流側の連通口を上方に向けて配したことを特徴とする請求項１に記載の河川の水質改善システム。
【請求項３】
前記制御手段は、上げ潮時から満潮時に至るまで前記水門を開状態とすることを特徴とする請求項１または２に記載の河川の水質改善システム。
【請求項４】
前記水門の下流側底部の溶存酸素濃度を改善することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の河川の水質改善システム。
【請求項５】
前記導水路の下流側の連通口に旋回翼を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の河川の水質改善システム。
【請求項６】
前記導水路の下流側の連通口に多孔管を設け、前記多孔管を河川底面に広く設置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の河川の水質改善システム。
【請求項７】
感潮河川の水質を改善する水質改善方法であって、
前記河川の上流側に上下に開閉可能な水門と、
前記水門の上流側と下流側底部とを連通し、その連通を開閉可能な導水路とを設け、
満潮時に前記水門および前記導水路を閉状態として前記水門の上流側の水位を上昇させた後、干潮時に前記導水路を開状態として前記水門の上流側の水を前記水門の下流側底部に導水することを特徴とする河川の水質改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川の水質改善システムおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、図６に示す日本橋川のような都市部の低地で海に近い河川では、海の潮位変動に応じて流れが逆流したり、滞留したりするため、水の入れ替わりが制限される。その結果、河川底部付近は溶存酸素濃度が低く生物の生息に適さない水質になり、ヘドロ等が堆積しやすくなっていた。このような問題に対し、従来は、河川底部を浚渫することや別の河川から良質の水を合流させること等で対応してきたが、浚渫の場合には定期的に実施する必要があるなど、いずれも多大な労力とコストを必要としていた。
【０００３】
こうした海に近接した河川等の水域の水質浄化を図る既存技術として、水域の入口に水門を設置し、潮汐による水位差を利用して水域内に導水し、水域の水質浄化を図る方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１の方法は、水門から導水する水と水域内の底部の水との間に密度差がなければ水の混合は起こりにくい。
【０００４】
また、蝶番式水門を用いて河川下層に流れを起こし河川の水質を改善する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、感潮河川の場合、河川底部の凹部には密度の高い塩水が滞留しており、水門の開放操作のみによる掃流力では凹部の塩水の上層を滑るように流れ、効率的な水の入れ替えを起こすことは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２７４７０２号公報
【特許文献２】特開２００８−２７４７２８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】（株）日建設計シビル、［online］、［平成２２年２月２５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.nikken-civil.co.jp/developcase/contents/nihonbashigawa/nihonbashigawa.pdf＞
【非特許文献２】高坂他、日本橋川感潮域における水質変動特性、第３５回土木学会関東支部技術研究発表会要旨集、平成２０年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図７は、日本橋川の水質状態を示した縦断面図である。図７（ａ）は干潮時の塩分の分布を、図７（ｂ）は満潮時の塩分の分布を示している。この図７に示すように、河川の底部付近に塩水が滞留している領域が存在していることが判る。
【０００８】
図８は、干潮時から満潮時に至る上げ潮期間における深さ別の流動方向の分布を示している。観測点は常磐橋である。図８に示すように、河川の底部付近に逆流する領域が存在しており、これが塩水の滞留の原因となっていることが判る。
【０００９】
図９は、日本橋川の水質状態を示した縦断面図である。図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ河川縦断面における深さ別の溶存酸素濃度（ＤＯ）、塩分および水温の分布を示している。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、河川の底部付近に存在する塩水の滞留領域は溶存酸素濃度が低い領域（図９（ａ）中丸印で図示する貧酸素の領域）となっており、潮位変動の影響を受ける感潮河川では水質が悪化する原因となっていることが伺える。また、図９（ｃ）の水温分布に示すように、上記の領域は、水温も低くなっている。
【００１０】
また、このような河川では上記の非特許文献１に紹介されているように、河川底部にスラッジが蓄積し、夏の期間中に剥離して水面に図１０に示すようなスカムとして浮かび出てきて、河川の景観を著しく悪化させるといった問題もある。
【００１１】
このため、このような感潮河川の水質の悪化や底部のスラッジ等の堆積を防止することができる安価な技術の開発が求められていた。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、感潮河川の底部の水質を改善することができる安価な河川の水質改善システムおよび方法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】
【００１３】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る河川の水質改善システムは、感潮河川の水質を改善する水質改善システムであって、前記河川の上流側に設けた上下に開閉可能な水門と、前記水門の上流側と下流側底部とを連通し、その連通を開閉可能な導水路と、満潮時に前記水門および前記導水路を閉状態として前記水門の上流側の水位を上昇させた後、干潮時に前記導水路を開状態として前記水門の上流側の水を前記水門の下流側底部に導水する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係る河川の水質改善システムは、上述した請求項１において、前記導水路の下流側の連通口を上方に向けて配したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項３に係る河川の水質改善システムは、上述した請求項１または２において、前記制御手段は、上げ潮時から満潮時に至るまで前記水門を開状態とすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項４に係る河川の水質改善システムは、上述した請求項１〜３のいずれか一つにおいて、前記水門の下流側底部の溶存酸素濃度を改善することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項５に係る河川の水質改善システムは、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記導水路の下流側の連通口に旋回翼を設けたことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の請求項６に係る河川の水質改善システムは、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、前記導水路の下流側の連通口に多孔管を設け、前記多孔管を河川底面に広く設置したことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の請求項７に係る河川の水質改善方法は、感潮河川の水質を改善する水質改善方法であって、前記河川の上流側に上下に開閉可能な水門と、前記水門の上流側と下流側底部とを連通し、その連通を開閉可能な導水路とを設け、満潮時に前記水門および前記導水路を閉状態として前記水門の上流側の水位を上昇させた後、干潮時に前記導水路を開状態として前記水門の上流側の水を前記水門の下流側底部に導水することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、感潮河川の水質を改善する水質改善システムであって、前記河川の上流側に設けた上下に開閉可能な水門と、前記水門の上流側と下流側底部とを連通し、その連通を開閉可能な導水路と、満潮時に前記水門および前記導水路を閉状態として前記水門の上流側の水位を上昇させた後、干潮時に前記導水路を開状態として前記水門の上流側の水を前記水門の下流側底部に導水する制御手段とを備えるので、水門の上下流間に形成した水頭差で上流側の水を下流側底部に導水し、この水流と底部の河川水との密度差や温度差により鉛直混合を発生させ、底部に滞留する水を入れ替えることにより、感潮河川の底部の水質を安価に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明に係る河川の水質改善システムの上げ潮時の状態を示す河川縦断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る河川の水質改善システムの満潮時の状態を示す河川縦断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る河川の水質改善システムの下げ潮時の状態を示す河川縦断面図である。
【図４】図４は、導水管の下流側出口の構造の一例を示す図である。
【図５】図５は、日本橋川の水位変化を示す図である。
【図６】図６は、海に近い河川の例としての日本橋川の位置図である。
【図７】図７は、日本橋川の水質状態を示す縦断面図である。
【図８】図８は、日本橋川の流動方向の時間変化を示す図である。
【図９】図９は、日本橋川の水質状態を示す縦断面図である。
【図１０】図１０は、河川の水面に浮かび出てきたスカムを示す写真図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る河川の水質改善システムおよび方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る河川の水質改善システム１０は、感潮河川２の水質を改善する水質改善システムであって、河川２の上流側に設けた上下に開閉可能な締切板からなる水門１２と、水門１２の上流側と下流側底部の凹部４とを連通し、その連通を開閉可能な導水管１４（導水路）と、水門１２および導水管１４の開閉状態を調整制御する制御手段１６とを備える。
【００２４】
図１に示すように、制御手段１６は、上げ潮時から満潮時に至るまでは水門１２を開状態とする制御を行う。
【００２５】
続いて、図２に示すように、満潮時に水門１２および導水管１４を閉状態として水門１２の上流側に貯水してその水位を上昇させる。下げ潮時から干潮時に至るまで水門１２および導水管１４を閉状態に維持すると水門１２の下流側の河川水位が低下して、水門１２の上下流側で水位差が生じる。このように、河川水の潮位変動によって水門１２の上流側の水位を上げ、位置エネルギーとして蓄える。
【００２６】
その後、図３に示すように、干潮時に水門１２を閉状態に維持しつつ導水管１４を開状態とする制御を行う。この制御により、水門１２の上流側の水を水頭差で水門１２の下流側底部の凹部４に導水する。こうして導水された水流と凹部４の河川水との密度差および温度差により導水地点に鉛直混合を発生させる。そうすると、凹部４に滞留する水と上層の河川水の密度差が少なくなり、河川掃流力による水の入れ替えが容易となる。こうすることで、河川底部の溶存酸素濃度などの水質を改善することができる。
【００２７】
このように、制御手段１６による水門１２の開閉時期は、満潮時に閉状態とし、干潮時に開状態とする。なお、河川増水時は開状態とするのが好適である。また、制御手段１６による導水管１４の開閉時期は、満潮から１時間程度以降に開状態とし、干潮時に閉状態とするのが好ましい。この理由は、満潮から１時間程度経過すると水門１２の下流側の水位が十分に低下して水門１２の上流側との水位差が大きくなり効率よく水質改善できるようになるからである。
【００２８】
導水管１４から河川２に導水する方法としては、図４（ａ）に示すように、導水管１４から鉛直上方に向けて１箇所に導水する方法、図４（ｂ）に示すように、導水管１４の下流側連通口１４ａを斜め上方に向けて、河川下流側に放水する方法、図４（ｃ）に示すように、導水管１４の下流側連通口１４ａに多孔管１８を設け、多孔管１８を河川底面に広く設置して面で導水する方法、図４（ｄ）に示すように、導水管１４の下流側連通口１４ａに旋回翼２０を設けて撹拌して導水する方法などを利用することができる。
【００２９】
なお、導水管１４の上流側連通口の位置は、下流側の凹部４よりも相対的に水質が良好な位置とする必要がある。この上流側連通口の位置としては、例えば、川底凸部や川底よりも比較的高い位置（ある範囲の川底凹凸の最大凸部より高い位置）、あるいは、河川の上層〜中層などの位置とすることが考えられる。
【００３０】
図５は、日本橋川の常磐橋における水位変化の一例を示した図である（非特許文献２「高坂他、日本橋川感潮域における水質変動特性、第３５回土木学会関東支部技術研究発表会要旨集、平成２０年３月」を参照）。
【００３１】
図５および図６に示すように、観測点の常磐橋は河口から２ｋｍ上流の地点であるが、潮位変化の影響が顕著であり、図５では約１．５ｍの潮位変化が見られ、大潮の時期には約２ｍの潮位変化が観測されている。また、直接海に面しているわが国の海岸、港湾、運河においては、大潮の時期で最大４．５ｍ程度、小潮の時期でも０．１ｍ程度の潮位変化量がある。
【００３２】
したがって、こうした潮位変動による再生可能エネルギーを利用して河川底部付近の水質改善を安価に行うことができる。つまり、満潮時の水位上昇を利用して水門１２の上流側に貯水する一方、下げ潮時の水位低下を利用して水門１２の上下流側に水位差を形成する。そして、この水頭差で水門１２の上流側の水を下流側の底部に導水し、この水流と密度差や温度差によって導水地点に鉛直混合を起こさせる。こうすることで、河川底部付近の水質を安価に改善することができる。
【００３３】
以上説明したように、本発明によれば、感潮河川の水質を改善する水質改善システムであって、前記河川の上流側に設けた上下に開閉可能な水門と、前記水門の上流側と下流側底部とを連通し、その連通を開閉可能な導水路と、満潮時に前記水門および前記導水路を閉状態として前記水門の上流側の水位を上昇させた後、干潮時に前記導水路を開状態として前記水門の上流側の水を前記水門の下流側底部に導水する制御手段とを備えるので、水門の上下流間に形成した水頭差で上流側の水を下流側底部に導水し、この水流と底部の河川水との密度差や温度差により鉛直混合を発生させ、底部に滞留する水を入れ替えることにより、感潮河川の底部の水質を安価に改善することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明に係る河川の水質改善システムおよび方法は、感潮河川の底部の水質改善に有用であり、特に、塩水が滞留しやすい底部付近の凹部の水質改善に適している。
【符号の説明】
【００３５】
２  河川
４  凹部
１０  河川の水質改善システム
１２  水門
１４  導水管（導水路）
１６  制御手段
１８  多孔管
２０  旋回翼
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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【図１０】
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