(57)【要約】【課題】ランニングコストを抑えつつ、貯水池内での水温躍層および富栄養化現象の発生を効果的に防止可能とする。【解決手段】貯水池の水底部に圧気を吹き込んで曝気することで富栄養化現象の発生を防止する曝気循環装置であって、曝気の作業に関する運転を制御する制御部と、貯水池の表層付近および水深３ｍ〜５ｍの位置に各々設置される水温計と、各水温計による水温情報に基づき、貯水池の表層水温勾配を算出する算出手段と、算出手段の算出結果と、各水温計による貯水池の水温と、が所定条件を満たした場合に、富栄養化現象の発生を警告する警告手段と、を備えている。そして、制御部は警告手段が作動することに起因して、曝気の作業に関する運転を開始する。【選択図】図２
2016131965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水池に設置され、当該貯水池の水底部に圧気を吹き込んで曝気することで富栄養化現象の発生を防止する曝気循環装置であって、
前記曝気の作業に関する運転を制御する制御部と、
前記貯水池の表層付近および所定の水深位置に各々設置される水温計と、
各前記水温計による水温情報に基づき、前記貯水池の表層水温勾配を算出する算出手段と、
前記算出手段の算出結果と、各前記水温計による前記貯水池の水温と、が所定条件を満たした場合に、前記富栄養化現象の発生を警告する警告手段と、を備え、
前記制御部は、前記警告手段が作動することに起因して、前記曝気の作業に関する運転を開始する
ことを特徴とする曝気循環装置。
【請求項２】
前記所定の水深位置は、水深３ｍ〜５ｍの位置である
ことを特徴とする請求項１に記載の曝気循環装置。
【請求項３】
前記警告手段は、
前記表層水温勾配が所定の温度勾配以上であり、かつ各前記水温計による前記貯水池の水温が所定の温度範囲となった場合に、前記富栄養化現象の発生を警告する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の曝気循環装置。
【請求項４】
前記所定の温度勾配は、０．５℃／ｍである
ことを特徴とする請求項３に記載の曝気循環装置。
【請求項５】
前記所定の温度範囲は、１５℃以上２５℃未満の範囲である
ことを特徴とする請求項３または４に記載の曝気循環装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記表層水温勾配または前記水温の少なくとも一方の値が、前記運転を継続するための運転継続条件から外れた場合に、前記運転を終了する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の曝気循環装置。
【請求項７】
前記制御部は、
一定時間運転後、再度、前記所定条件を確認し、当該所定条件が満たされていれば前記運転を継続する一方、当該所定条件が満たされていなければ前記運転を終了とする
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の曝気循環装置。
【請求項８】
貯水池に設置され、当該貯水池の水底部に圧気を吹き込んで曝気することで富栄養化現象の発生を防止する曝気循環装置の運用方法であって、
前記貯水池の表層付近および所定の水深位置に各々設置される水温計による水温情報と、
前記水温情報に基づき、算出手段によって算出される前記貯水池の表層水温勾配と、
が所定条件を満たした場合に、前記富栄養化現象の発生を警告する警告手段の作動に起因して、前記曝気の作業に関する運転を制御する制御部が当該運転を開始する
ことを特徴とする曝気循環装置の運用方法。
【請求項９】
前記所定の水深位置は、水深３ｍ〜５ｍの位置である
ことを特徴とする請求項８に記載の曝気循環装置の運用方法。
【請求項１０】
前記警告手段は、
前記表層水温勾配が所定の温度勾配以上であり、かつ各前記水温計による前記貯水池の水温が所定の温度範囲となった場合に、前記富栄養化現象の発生を警告する
ことを特徴とする請求項８または９に記載の曝気循環装置の運用方法。
【請求項１１】
前記所定の温度勾配は、０．５℃／ｍである
ことを特徴とする請求項１０に記載の曝気循環装置の運用方法。
【請求項１２】
前記所定の温度範囲は、１５℃以上２５℃未満の範囲である
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の曝気循環装置の運用方法。
【請求項１３】
前記制御部は、
前記表層水温勾配または前記水温の少なくとも一方の値が、前記運転を継続するための運転継続条件から外れた場合に、前記運転を終了する
ことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載の曝気循環装置の運用方法。
【請求項１４】
前記制御部は、
一定時間運転後、再度、前記所定条件を確認し、当該所定条件が満たされていれば前記運転を継続する一方、当該所定条件が満たされていなければ前記運転を終了とする
ことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載の曝気循環装置の運用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダム湖、湖沼、池等の貯水池に富栄養化防止対策として設置される曝気循環装置およびその運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ダム湖等の貯水池内の水は表面付近では温かく、水深方向に向って冷たくなるなど、水深や場所によって温度が異なり、また河川等から流入する水の水質は天候等により変化する。また、貯水池にあっては、一般に、生活や農業に適した温度の清澄な水を下流地域に供給する機能を備えることが要求されているが、上記のように、水質や水温は均一ではないため、その用途に適した水を取水できる選択取水設備が備えられたものもある。
【０００３】
そして、この様な選択取水設備として、例えば、特許文献１にて提案されている取水装置が知られている。この取水装置は、ダム湖において水面から５ｍ程度の深さまでの範囲内で清廉な水を取水するための装置であって、帯状に形成されて両端がダム湖の周辺に取り付けられて貯水中に埋没される遮水部と、ダム湖に浮かんで当該帯状の遮水部を水面上から支持する浮水部と、この遮水部と浮水部との間に設けられて水面から５ｍ程度の深さまでの範囲内の貯水を通水する通水部とを備えて構成されている。
【０００４】
そして、この取水装置はダム湖の所定位置に配設されて、当該ダム湖内を取水口側の領域と反取水口側の領域とに仕切り、通水部を通じて反取水口側領域から取水口側領域へと清廉な表層水を流して取水口へと流動させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４１３１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、貯水池内の水は、河川等からの流入水質の悪化および貯水池での滞留が原因となって富栄養化現象が生じることがある。そして、このような富栄養化現象が生じると、貯水池の表層でプランクトンが異常繁殖し、アオコや淡水赤潮が発生して、貯水池の景観悪化や上水道のろ過障害（ひいては、水道水として取水した場合の黴臭の原因）ともなる。
【０００７】
そして、かかる富栄養化現象は、貯水池に流入する河川等の水温が高くなること、および貯水池内に水温躍層が生じることによることから特に夏季に生じ易いと考えられているものの、必ずしも夏季に発生するとは限らず、また毎年必ず発生するとも限らない。
【０００８】
ここで、水温躍層とは貯水上層の表層温度が高く、貯水下層の底層温度が低くなっている状態を言い、その温度差に伴う密度差により底層で貯水が滞留してしまう。そして、底層で滞留した水は貧酸素状態となり、底泥から栄養塩が溶出する状態となる。
【０００９】
従って、上述の従来例のような取水装置であると、表層部に設けられた通水部から絶えず表層水を通水して取水口へと流動させているので、上記水温躍層を十分に除去することができない。
【００１０】
そこで、例えば空気ポンプ等による曝気循環装置を設けて、ダム湖内の水底部に圧気を吹き込んで曝気したりすることで、水温躍層を破壊しその富栄養化現象の発生を抑制することが行われている。
しかしながら、このような曝気循環装置を設ける場合、その設備費が嵩むため効果的な運用が望まれるものの、当該装置を効果的に運用するため指標がないことから、運転のためのランニングコストを多く費やすといった課題があった。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ランニングコストを抑えつつ、貯水池内での水温躍層および富栄養化現象の発生を効果的に防止可能とする曝気循環装置およびその運用方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る曝気循環装置は、
貯水池に設置され、当該貯水池の水底部に圧気を吹き込んで曝気することで富栄養化現象の発生を防止する曝気循環装置であって、
前記曝気の作業に関する運転を制御する制御部と、
前記貯水池の表層付近および所定の水深位置に各々設置される水温計と、
各前記水温計による水温情報に基づき、前記貯水池の表層水温勾配を算出する算出手段と、
前記算出手段の算出結果と、各前記水温計による前記貯水池の水温と、が所定条件を満たした場合に、前記富栄養化現象の発生を警告する警告手段と、を備え、
前記制御部は、前記警告手段が作動することに起因して、前記曝気の作業に関する運転を開始する。
【００１３】
本発明によれば、貯水池の表層付近および所定の水深位置に各々水温計を設置し、これら水温計による水温情報に基づき、算出された貯水池の表層水温勾配と、各水温計による貯水池の水温と、が所定条件を満たした場合に、富栄養化現象の発生を警告する警告手段が作動し、当該作動に起因して、曝気の作業に関する運転を開始することで、運転状態を適宜切換できるため、ランニングコストを抑えつつ、貯水池内での水温躍層および富栄養化現象の発生を効果的に防止できる。
【００１４】
なお、前記所定の水深位置は、水深３ｍ〜５ｍの位置であることが好ましい。
【００１５】
このとき、前記警告手段は、
前記表層水温勾配が所定の温度勾配以上であり、かつ各前記水温計による前記貯水池の水温が所定の温度範囲となった場合に、前記富栄養化現象の発生を警告する
こととしてもよい。
【００１６】
なお、前記所定の温度勾配は、０．５℃／ｍであることが好ましく、前記所定の温度範囲は、１５℃以上２５℃未満の範囲であることが好ましい。
【００１７】
また、前記制御部は、
前記表層水温勾配または前記水温の少なくとも一方の値が、前記運転を継続するための運転継続条件から外れた場合に、前記運転を終了する
こととしてもよい。
【００１８】
さらに、前記制御部は、
一定時間運転後、再度、前記所定条件を確認し、当該所定条件が満たされていれば前記運転を継続する一方、当該所定条件が満たされていなければ前記運転を終了とする
こととしてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る曝気循環装置の運用方法は、
貯水池に設置され、当該貯水池の水底部に圧気を吹き込んで曝気することで富栄養化現象の発生を防止する曝気循環装置の運用方法であって、
前記貯水池の表層付近および所定の水深位置に各々設置される水温計による水温情報と、
前記水温情報に基づき、算出手段によって算出される前記貯水池の表層水温勾配と、
が所定条件を満たした場合に、前記富栄養化現象の発生を警告する警告手段の作動に起因して、前記曝気の作業に関する運転を制御する制御部が当該運転を開始する。
【００２０】
本発明によれば、貯水池の表層付近および所定の水深位置に各々水温計を設置し、これら水温計による水温情報に基づき、算出された貯水池の表層水温勾配と、各水温計による貯水池の水温と、が所定条件を満たした場合に、富栄養化現象の発生を警告する警告手段が作動し、当該作動に起因して、曝気の作業に関する運転を開始することで、運転状態を適宜切換できるため、ランニングコストを抑えつつ、貯水池内での水温躍層および富栄養化現象の発生を効果的に防止できる。
【００２１】
なお、前記所定の水深位置は、水深３ｍ〜５ｍの位置であることが好ましい。
【００２２】
このとき、前記警告手段は、
前記表層水温勾配が所定の温度勾配以上であり、かつ各前記水温計による前記貯水池の水温が所定の温度範囲となった場合に、前記富栄養化現象の発生を警告する
こととしてもよい。
【００２３】
なお、前記所定の温度勾配は、０．５℃／ｍであることが好ましく、前記所定の温度範囲は、１５℃以上２５℃未満の範囲であることが好ましい。
【００２４】
また、前記制御部は、
前記表層水温勾配または前記水温の少なくとも一方の値が、前記運転を継続するための運転継続条件から外れた場合に、前記運転を終了する
こととしてもよい。
【００２５】
さらに、前記制御部は、
一定時間運転後、再度、前記所定条件を確認し、当該所定条件が満たされていれば前記運転を継続する一方、当該所定条件が満たされていなければ前記運転を終了とする
こととしてもよい。
【００２６】
その他、本願が開示する課題、およびその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、および図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ランニングコストを抑えつつ、貯水池内での水温躍層および富栄養化現象の発生を効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】富栄養化の説明に供する珪藻・藍藻の光合成−水温曲線図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る曝気循環装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施形態に係る曝気循環装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う曝気循環装置もまた本発明の技術思想に含まれる。
【００３０】
図１は、富栄養化の説明に供する珪藻・藍藻の光合成−水温曲線図である。図２は、本発明の一実施形態として説明する曝気循環装置を示す図であり、富栄養化防止のために曝気循環装置が設置される貯水池の断面図である。ここで、貯水池としては、ダム貯水池、湖、沼、池、河川、港湾などが挙げられる。
【００３１】
図２に示すように、本実施形態の場合、貯水池１の周辺（すなわち、水際よりも陸地側）には、不図示の空気ポンプ等を搭載する曝気循環装置２が設置されている。そして、この曝気循環装置２によって貯水池１内の水底部に圧気を吹き込んで曝気することで、水温躍層を破壊し、その富栄養化現象、ひいてはアオコの発生を抑制するようになっている。
【００３２】
ここで、富栄養化現象（すなわち、アオコ）の発生の可能性について説明する。一般的に、貯水池１の水面（表層部）をＤ１，当該表層部Ｄ１における水温（表層水温）をＴ１，所定の水深位置（この場合、水深３ｍ〜５ｍ）の測定部をＤ２，当該測定部Ｄ２における水温をＴ２とした場合、次式１によって、貯水池１の表層部Ｄ１における水温の勾配（表層水温勾配）Ｋが求められる。
【数１】
2016131965.tif 000003
【００３３】
この式１から求められる表層水温勾配Ｋが所定の温度勾配（ここでは、０．５℃／ｍ）を超過した場合、藍藻類の細胞数が高くなり、アオコ発生の可能性が高くなることが確認されている（例えば、東北大学大学院工学研究科土木工学専攻、古屋哲志氏等の論文「貯水池内流動解析による曝気循環施設の設計計画手法に関する研究」参照）。そこで、かかる表層水温勾配Ｋが０．５℃／ｍを超過することを、富栄養化現象発生の可能性が高くなる一つ目の判断基準とする。
【００３４】
また、図１の曲線図から見てわかるように、藻類の光合成が活発となる(グラフの最大値）は、珪藻類が１５℃、藍藻類が２５℃であることから、これら水温１５℃〜２５℃の範囲を、アオコ発生の可能性が高くなる二つ目の判断基準とする。
【００３５】
そして、これら二つの判断基準を満足するような条件下においては、アオコ発生の可能性が極めて高くなると判断できる。例えば、水深０ｍである表層部Ｄ１の水温Ｔ１が２４℃、水深３ｍの測定部Ｄ２における水温Ｔ２が２１℃であり、である場合、上述した式１より表層水温勾配Ｋが１℃／ｍであることがわかる。従って、この場合、表層水温勾配Ｋが０．５℃／ｍ以上であり、かつ水温が１５℃以上２５℃未満である条件を満足するので、アオコ発生の可能性が高いと予測できる。
【００３６】
このため、本実施形態の曝気循環装置２では、表層部Ｄ１にその表層水温Ｔ１を測定するための水温計３を配置すると共に、水深３ｍ〜５ｍの測定部Ｄ２に当該測定部Ｄ２の水温Ｔ２を測定するための水温計４を配置した。
【００３７】
また、曝気循環装置２の本体２１には、当該曝気循環装置２の動作（すなわち、曝気の作業に関する運転）を制御する制御部５と、各水温計３，４による水温情報に基づき、貯水池１の表層水温勾配Ｋを算出する算出手段としての演算部６と、演算部６の算出結果および各水温計３，４による貯水池１の水温と、が所定条件を満たした場合に、アオコの発生を警告する表示部７１やスピーカー（不図示）等を有する警告手段としての警告部７と、が備えられている。そして、制御部５は、警告部７が作動することに起因して、曝気の作業に関する運転、すなわち、曝気循環装置２の電源をＯＮとし、運転を開始する。
【００３８】
ここで、貯水池１には、河川、用水路、下水道などにつながる不図示の流路等が接続しており、貯水池１にはこの流路を通じて、栄養塩（植物プランクトンやアオコ等の生物を増殖させる要因となる、ケイ酸塩、リン酸塩、硝酸塩、亜硝酸塩等）を含んだ水（農業用水、工業用水、下水道水等）が流入する。
【００３９】
そのため、本実施形態の曝気循環装置２では、以下のような運用方法を適用することで、ランニングコストの抑制化を図っている。すなわち、本実施形態の曝気循環装置２では、まず、貯水池１の表層部Ｄ１および水深３ｍ〜５ｍの測定部Ｄ２に各々設置される水温計３，４により、水温情報である表層水温Ｔ１および測定部Ｄ２の水温Ｔ２を検出する。
【００４０】
次に、水温計３，４によって得られた表層部Ｄ１の表層水温Ｔ１および測定部Ｄ２の水温Ｔ２に基づき、演算部６にて貯水池１の表層水温勾配Ｋを算出する。そして、算出された表層水温勾配Ｋが０．５℃／ｍ以上であり、かつ表層水温Ｔ１および測定部Ｄ２の水温Ｔ２が、１５℃以上２５℃未満の範囲である場合に、アオコ（富栄養化現象）の発生の可能性が高いと判断し、これを警告部７によって警告する。これにより、制御部５が、警告部７の作動に応じて、曝気循環装置２の電源をＯＮとし、運転を開始する。
【００４１】
このとき、警告部７による警告は、表示部７１によるアオコ発生警報の表示および／またはスピーカーからの警告音やアナウンスの出力等で行うことが好ましい。このようにして、本実施形態の曝気循環装置２では、従来のように、アオコの発生が多いとされる夏季において常時運転するのではなく、季節・時間等に関係なく、上述したように判断することで、所定条件を満たした場合にのみ、アオコの発生を予測して警告すると共に、曝気循環装置２の運転を開始する。
【００４２】
また、制御部５は、曝気循環装置２の運転中において、表層水温勾配Ｋまたは水温Ｔ１，Ｔ２の少なくとも一方の値が、当該曝気循環装置２の運転を継続するための運転継続条件（すなわち、上述した警告対象となる所定条件）から外れた場合に、この運転を終了する。但し、本発明はこれに限ることはなく、例えば、制御部５は、一定時間運転後、再度、所定条件を確認し、当該所定条件が満たされていれば曝気循環装置２の運転を継続する一方、当該所定条件が満たされていなければ曝気循環装置２の運転を終了とするようにしてもよい。
【００４３】
なお、以上に説明した手順（運用方法）は、作業員等が手動で行ってもよいし、情報処理装置を用いて自動的に行うようにしてもよい。後者の場合、例えば、貯水池１の上述した要所に水温計３，４に替えて電子水温計（温度センサ）を設置し、制御部５が、電子水温計で取得した温度に基づき、警告部７や曝気循環装置２の運転を制御するようにする。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の曝気循環装置２およびその運用方法によれば、貯水池１の表層部Ｄ１および水深３ｍ〜５ｍの位置Ｄ２に各々水温計３，４を設置し、これら水温計３，４による水温情報Ｔ１，Ｔ２に基づき、演算部６によって算出された貯水池１の表層水温勾配Ｋと、各水温計３，４による貯水池１の水温Ｔ１，Ｔ２と、が所定条件を満たした（つまり、表層水温勾配Ｋが０．５℃／ｍ以上であり、かつ表層水温Ｔ１および水深３ｍ〜５ｍの水温Ｔ２が、１５℃以上２５℃未満の範囲である）場合に、警告部７が作動して富栄養化現象であるアオコの発生を警告すると共に、当該警告部７の作動に起因して、曝気循環装置２の運転を開始することで、運転状態を適宜切換できるため、ランニングコストを抑えつつ、貯水池内での水温躍層および富栄養化現象の発生を効果的に防止できる。
【００４５】
以上に説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００４６】
１  貯水池
２  曝気循環装置
２１  本体
３，４  水温計
５  制御部
６  演算部（算出手段）
７  警告部（警告手段）
７１  表示部
Ｄ１  表層部
Ｄ２  測定部
Ｔ１  表層水温
Ｔ２  水温（測定部Ｄ２の水温）
Ｋ  表層水温勾配
【図１】
2016131965.tif 000004
【図２】
2016131965.tif 000005