(57)【要約】【課題】簡略な構成で効率よく貯水池の水質を改善する気泡噴流装置および貯水池の水質改善方法を提供する。【解決手段】深水域に配置される複数の送気管に間隔をもってバルブを備える複数の気泡孔を設けるとともに、浅水域であって気泡孔各々の近傍に複数の水温計を配置し、水温計各々が検知した水温に基づいて水温計の近傍に位置する前記気泡孔に備えたバルブの開放および閉鎖を制御する【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水池内にて気泡を噴流させ、該気泡にて貯水池の浅水域の水を深水域の水と循環混合させる貯水池の気泡噴流装置であって、
前記深水域に間隔を有して配置される複数の送気管と、
該送気管に間隔をもって形成されたバルブを備える複数の気泡孔と、
前記送気管に空気を供給する空気圧送装置と、
前記浅水域であって前記気泡孔各々の近傍に配置される複数の水温計と、を備えることを特徴とする気泡噴流装置。
【請求項２】
請求項１に記載の気泡噴流装置を用いた貯水池の水質改善方法であって、
前記気泡噴流装置における複数の気泡孔のうち任意に選択した気泡孔のバルブを開放し、該気泡孔の近傍位置する水温計が検知した水温に基づいてバルブを閉鎖する工程を、複数の気泡孔に対して交互に実施することを特徴とする貯水池の水質改善方法。
【請求項３】
請求項１に記載の気泡噴流装置を用いた貯水池の水質改善方法であって、
複数の前記水温計を監視し、該水温計各々が検知した水温に基づいて水温計の近傍に位置する前記気泡孔に備えたバルブの開放および閉鎖を制御することを特徴とする貯水池の水質改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯水池における浅水域の水を深水域の水と循環混合して水質を改善するための気泡噴流装置および貯水池の水質改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水深が深く水の滞留時間が長い貯水池において、貯水池表面が日光等により温められると、水温が高く密度が小さい浅水域と水温が低く密度が大きい深水域が形成される。これら密度差の異なる浅水域の水と深水域の水は混合しにくいため、両者にはそれぞれ水質的に異なる環境が作り出される。そして、浅水域では水温が上昇しやすいことによりアオコ等の藻類が発生しやすく、水質が悪化しやすい。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１では、気泡の上昇浮力により揚水を生じさせる揚水筒を複数備えた水質改善装置を貯水池の水底に並列に配置するとともに、複数の揚水筒に対して交互に圧縮空気を供給することにより、貯水池における水温の高い浅水域の水と水温の低い深水域の水とを混合及び循環させる方法が開示されている。この方法は、浅水域にて発生した藻類を深水域に移動させることにより衰弱させて、藻類が水質に悪影響を及ぼさなくなるようにするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６５９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述するような方法では、１つの揚水筒により水質を改善できる範囲に限界があることから貯水池が広大な場合には揚水筒を大量に配置する必要があるため、大掛かりな設備が必要になるとともに水質質改善作業全体のコストも膨大となる。
【０００６】
また、水質改善装置の運転を開始するタイミングや運転時間等に規定が設けられていないため、貯水池の管理者は、日常的な水温の監視や気象情報等の状況把握に基づいて、水質改善装置の運転や停止に係る判断を個々に行うこととなる。そうすると、貯水池における水質の改善度合いは管理者の熟練度に頼るところが大きいためバラツキが生じやすいだけでなく、貯水池の管理が煩雑で多大な労力が必要となる。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、簡略な構成で効率よく貯水池の水質を一様に改善することの可能な気泡噴流装置および気泡噴流装置を用いた貯水池の水質改善方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため本発明の気泡噴流装置は、貯水池内にて気泡を噴流させ、該気泡にて貯水池の浅水域の水を深水域の水と循環混合させる貯水池の気泡噴流装置であって、前記深水域に間隔を有して配置される複数の送気管と、該送気管に間隔をもって形成されたバルブを備える複数の気泡孔と、前記送気管に空気を供給する空気圧送装置と、前記浅水域であって前記気泡孔各々の近傍に配置される複数の水温計と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記の気泡噴流装置によれば、複数の気泡孔各々にバルブが設けられているから、広大な貯水池の一部分のみにおいて浅水域が高温となった場合にも、当該一部分に対してのみ前記気泡孔より気泡を噴流させることが可能となる。これにより、大掛かりな装置を用いることなく、広い貯水池のいずれの位置にも局所的に気泡の噴流作業を行うことができるため、簡略な操作で効率よくかつ経済的に貯水池の水質を改善することが可能となる。
【００１０】
また、浅水域であって複数の気泡孔各々の近傍に水温計が配置されているから、気泡孔各々の近傍に位置する浅水域の水温を正確に確認することが可能となる。これにより、広い貯水池であっても局所的な水質の悪化状況や気泡の噴流作業後における水質の改善状態を正確に把握することが可能となる。
【００１１】
本発明の貯水池の水質改善方法は、気泡噴流装置における複数の気泡孔のうち任意に選択した気泡孔のバルブを開放し、該気泡孔の近傍位置する水温計が検知した水温に基づいてバルブを閉鎖する工程を、複数の気泡孔に対して交互に実施することを特徴とする。
【００１２】
上記の水質改善方法によれば、気泡を噴流する工程を複数の気泡孔に対して交互に実施する。これにより、水質改善作業を実施する貯水池が広大であるために気泡噴流装置の送気管及び気泡孔の数量が大量となった場合にも、すべての気泡孔より一斉に気泡を噴流する場合と比較して高圧力な空気圧送装置を用いる必要がない。このため、貯水池が広大であっても、簡略な装置で経済的に水質改善作業実施することが可能となる。
【００１３】
また、前記気泡孔におけるバルブの閉鎖は、気泡孔各々の近傍に配置された水温計にて検知した水温に基づいてそれぞれ制御される。これにより、水質改善作業を実施する貯水池が広大であるために局所的に浅水域の水温が異なる場合であっても、前記気泡孔各々において最適な運転時間にて水質改善作業を実施することが可能となる。
【００１４】
本発明の貯水池の水質改善方法は、複数の前記水温計を監視し、該水温計各々が検知した水温に基づいて水温計の近傍に位置する前記気泡孔に備えたバルブの開放および閉鎖を制御することを特徴とする。
【００１５】
上記の水質改善方法によれば、前記気泡孔に備えたバルブの開閉を水温計が検出した水温に基づいて制御する。これにより、気泡孔のバルブを開放する水温及び閉鎖する水温それぞれを予め設定しておけば、気泡噴流措置の運転開始のタイミングや運転時間を自動制御できるため、貯水池の管理が容易であるとともに、水質改善作業の効率化を図ることが可能となる。また、管理者の熟練度に頼ることなく気泡噴流装置を用いた水質改善作業を実施できるため、常に安定した精度で貯水池の水質を維持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、気泡噴流装置に備えた複数の気泡孔各々にバルブを設けるとともに、気泡孔の上方における浅水域に水温計を設けるのみの簡略な構成で、管理者の熟練度に頼ることなく、効率的でかつ経済的に貯水池の水質を一様に改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】気泡噴流装置の全体を示す図である。
【図２】気泡噴流装置をダムに設置した状態を示す図である。
【図３】気泡孔より噴流する気泡の影響範囲を示す図である。
【図４】気泡噴流装置を用いたダムの水質改善方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の気泡噴流装置１及び気泡噴流装置１を用いた水質改善方法を図１〜図４を用いて説明する。
【００１９】
本発明の気泡噴流装置１は、水の滞留時間が長くまた水温躍層が形成される環境におかれた池やダム貯水池の水質改善に効果を発揮する装置である。本実施の形態では、図２に示すように、気泡噴流装置１をダム貯水池１０に採用する場合を例にとり詳述する。
【００２０】
ダム貯水池１０内に設置される気泡噴流装置１は、図１に示すように、複数の送気管２と、複数の送気管２各々に空気を圧送する空気圧送装置３と、前記送気管２に間隔を有して配置された複数の気泡孔４と、該気泡孔４各々に対応するバルブ５と、複数の前記気泡孔４各々の近傍であって浅水域１１に位置する複数の水温計６を備えている。
【００２１】
送気管２は、一つの平面を形成するように複数が並列に配置されており、これら複数の送気管２により形成される平面がほぼ水平面を形成するようダム貯水池１０内に設置される。
【００２２】
本実施の形態では、連結部材２１を介して複数の送気管２を連結し、格子状の平面を形成しているが、必ずしもこれに限定されるものではない。ダム貯水池１０内に設置した際に、複数の送気管２をほぼ同じ深度に設置できるよう構成されていれば、その手段はいずれを用いてもよい。また、送気管２の数量及び配置形態も、例えば、送気管２を放射状に配置する、もしくは数量を増減する等、気泡噴流装置１を設置するダム貯水池１０の面積や平面形状に応じて適宜調整すればよい。
【００２３】
送気管２各々の一端には接続パイプ７が接続され、接続パイプ７はそれぞれが１台の空気圧送装置３に接続されており、該空気圧送装置３より接続パイプ７を介して各送気管２に空気が圧送される。
【００２４】
また、送気管２各々には空気圧送装置３より供給された空気が噴流する気泡孔４が複数設けられており、気泡孔４にはそれぞれバルブ５が備えられている。本実施の形態では、送気管２の側面に間隔を有して複数の突出管４１を設け、突出管４１各々に気泡孔４とこれに対応するバルブ５を配置している。なお、気泡孔４およびバルブ５の設置構造は、１つ気泡孔４に１つのバルブ５が対応する構造を有していれば、いずれの設置構造を採用してもよい。
【００２５】
これにより、バルブ５の開放および閉鎖を適宜操作することにより、一つの気泡孔４のみから気泡を噴流させる、もしくは複数の気泡孔４から同時に気泡を噴流させる等、様々な方法でダム貯水池１０内に気泡を噴流させることが可能となっている。そして、気泡孔４から噴流される気泡は、図２に示すように、深水域１２の水を伴って浅水域１１に向かって上昇した後、水平方向に拡がりながら浅水域１１の水を深水域１２の水と循環混合するものである。
【００２６】
そこで本実施の形態では、図２に示すように、１つの気泡孔４から噴流された気泡によって浅水域１１の水が深水域１２の水と循環混合される平面領域の直径Ｄを予め算定しておき、直径Ｄの間隔をもって複数の気泡孔４を送気管２に配置している。
【００２７】
したがって、例えば図３に示すように、隣り合う送気管２の配置間隔も同様の間隔Ｄに設定するとともに、平面視で複数の気泡孔４を千鳥状に配置すると、一つの気泡孔４から噴流される気泡によって撹拌される平面視領域それぞれが接するように隣り合ってダム貯水池１０の平面視全体を覆うこととなる。こうすると、ダム貯水池１０の全域に対して一様に、送気管２から気泡を噴流して浅水域１１の水を深水域１２の水と循環混合することが可能となる。
【００２８】
気泡噴流装置１にはさらに、図２に示すように、浅水域１１の水温を検出する水温計６を複数備えている。水温計６は図示しないフロートが備えられており、一端を気泡孔４の近傍に接続されたロープ８の他端に接続されている。ロープ８は水温計６が浅水域１１内に位置するよう予めその長さを調節されており、ダム貯水池１０内に配置すると、複数の水温計６は浅水域１１であって気泡孔４各々の近傍に配置される。
【００２９】
これにより水温計６は、風や水流等の影響を受けて移動してもその範囲が拘束されるため、気泡孔４各々の近傍における浅水域１１の水温を検出することが可能になるとともに、１つの気泡孔４から噴流された気泡によって循環混合される平面視領域ごとの浅水域１１の水温を正確に検出することが可能となる。
【００３０】
なお、水温計６の設置手段はかならずしも上記の手段に限定されるものではなく、気泡孔４各々の上方であって浅水域１１に位置するよう構成されていれば、いずれの手段を用いてもよい。
【００３１】
上述する構成の気泡噴流装置１は、図２に示すように、複数の送気管２をダム貯水池１０の深水域１２に配置するとともに水温計６を浅水域１１に配置する。
【００３２】
そして、例えばダム貯水池１０に対して局所的に水質改善を実施したい場合には、空気圧送装置３より空気を圧送し、水質改善を実施したい領域近傍に位置する気泡孔４のバルブ５を開放状態とする。すると、バルブ５が開放状態となっている気泡孔４のみから気泡が噴流するが、この気泡は深水域１２の水を伴って上昇し、水温躍層１３を超えて浅水域１１に達するとともに水平方向に拡がる。このため、密度差の異なる浅水域の温かい水は深水域の冷たい水と循環混合されて、ダム貯水池１０内の水の水質が改善されるものである。
【００３３】
なお、本実施の形態では、気泡噴流装置１の送気管４をダム貯水池１０の水底に配置したが必ずしもこれに限定されるものではない。あらかじめ、ダム貯水池１０内に生じる水温躍層１３の水深を算定しておき、水温躍層１３が形成されたときに送気管２が水温躍層１３より深く位置していれば、いずれの深さでもよい。このとき、水温躍層１３に最も近い深さに送気管２を配置しておくと、空気圧送装置３が空気を圧送する際の負担を最小限に抑制することができるため、経済的であることは言うまでもない。
【００３４】
また、気泡を噴流させる際にバルブ５を同時に開放する気泡孔４の数量は、空気圧送装置３の能力に応じていくつに設定してもよく、一つの気泡孔４のみバルブ５を開放して気泡を噴流させてもよいし、二以上の気泡孔４のバルブ５を同時に開放して二以上の気泡孔４から同時に気泡を噴流させてもよい。
【００３５】
ところで、本発明の気泡噴流装置１は、潜水士が手動にてバルブ５の操作をしてもよいが、本実施の形態では、ダム管理事務所等に設置される管理者端末９にて操作が可能な構成としている。
【００３６】
図１に示すように管理者端末９は、情報処理装置９１、入力装置９２および出力装置９３を少なくとも備えるいわゆるパソコンであり、情報処理装置９１は演算処理装置及び記憶装置等のハードウェアと、該ハードウェア上で動作するソフトウェアとで構成されている。
【００３７】
そして、管理者端末９は、空気圧送装置３、複数のバルブ５及び水温計６各々と通信接続されているとともに、バルブ５と水温計６にはそれぞれ固体番号が付与されている。そして、バルブ５の固体番号と、該バルブ５に対応する気泡孔４のダム貯水池１０内における位置情報および気泡孔４近傍の水温計６の固体番号が関連付けられて、情報処理装置９１に格納されている。なお、この場合には、バルブ５に電磁バルブを採用している。
【００３８】
また、管理者端末９の情報処理装置９１には、水温計６にて検出されるダム貯水池１０の浅水域１１における水温を監視する水温監視手段９１１とバルブの開閉を操作するバルブ制御手段９１２が備えられている。
【００３９】
水温監視手段９１１は、複数の水温計６各々にて検出される水温すべてを常にモニタリングし、リアルタイムで各水温計６の水温実測値ｓを出力装置に出力するものである。また、あらかじめ設定したダム貯水池１０の浅水域１１における上限水温ｔ１と下限水温ｔ２が格納されており、水温実測値ｓが上限水温ｔ１に達した場合、出力装置１３に水温計６の固体番号及びこれと関連付けたバルブ５の固体番号とともに警告信号を出力する。
【００４０】
同様に、水温監視手段９１１は警告信号を発した固体番号の水温計６について、水温実測値が下限水温ｔ２にまで低下した場合、再度出力装置１３に水温計６の固体番号及びこれと関連付けたバルブ５の固体番号とともに停止信号を出力する。
【００４１】
なお、上限水温ｔ１は、浅水域１１にアオコ等の藻類が発生する可能性のある下限水温であり、一般的には約２５°とされている。浅水域１１の水温が上限水温ｔ１に達した時点で、藻類の発生を抑制し水質汚染を抑制することができるものである。また、下限水温ｔ２は、浅水域１１の水質を良好に保持するための目標温度であり、その温度は管理者が水質汚濁に係る知見に基づき適宜決定すればよい。
【００４２】
バルブ制御手段９１２は、ダム水温監視手段１１２が出力した警告信号を検出すると、出力装置９３よりバルブ５の固体番号を検出し、このバルブ５を開放状態となるように操作する。一方、水温監視手段９１１が出力した停止信号を検出すると、出力装置９３よりバルブ５の固体番号を検出し、このバルブ５を閉鎖状態となるように操作する。なお、これらバルブ５の開閉状態はリアルタイムでバルブ制御手段９１２によって出力装置９３に出力される。
【００４３】
したがって、ダム管理者は管理者端末９における出力装置９３の一つである出力モニタを介して、水温計６にて検出された水温、及び複数の気泡孔４各々に設けたバルブ５の開閉状態を視認することができるとともに、水温により制御された気泡噴流装置１によるダム貯水池１０の水質改善作業をモニタリングすることが可能となる。
【００４４】
本発明の気泡噴流装置１は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【００４５】
例えば、バルブ制御手段９１２は、複数の水温計６が同時に上限水温に達した場合には、これら水温計６と関連付けられた複数のバルブ５を同時に開状態に操作するよう設定してもよいし、複数のバルブ５のうち１つを任意に選択するよう設定してもよい。その数量は、空気圧送装置３の能力に応じて適宜設定すればよい。
【００４６】
また、バルブ５の開閉操作は、必ずしもバルブ制御手段９１２にて行う必要はなく、例えば、ダム管理者が管理端末９の入力装置９２を介して、バルブ５を操作することも可能である。
【００４７】
以下に、上記の気泡噴流装置１を用いた水質改善方法を示す。
まず、水質を改善しようとするダム貯水池１０に対して平面視で一様に気泡孔４が配置されるように、送気管２の長さおよび数量等を調整した気泡噴流装置１を組み立て、ダム貯水池１０内に設置する。
【００４８】
次に、気泡噴流装置１に備えた複数の水温計６より検出される水温を管理者端末９に備えた出力装置９３に出力し、常時モニタリングする。
【００４９】
複数の水温計６のうちいずれかの水温計６にて水温が上限水温ｔ１に達すると、水温監視手段９１１は、水温が上限水温ｔ１に達した水温計６の固体番号とこれと関連付けされたバルブ５の固体番号、警告信号を出力装置に出力する。すると、バルブ制御手段９１２が出力装置９３に出力された警告信号を検知し、出力された固体番号のバルブ５を開放状態に操作する。
【００５０】
この後、バルブ５を開放状態にされた気泡孔４の上方において、気泡の噴流によって浅水位１１の水が深水域１２の水と循環混合されて、気泡が噴流している気泡孔４の近傍における浅水位１１の水温が下限水温ｔ２に達すると、水温監視手段９１１は、水温が下限水温ｔ２に達した水温計６の固体番号とこれと関連付けされたバルブ５の固体番号、及び停止信号を出力装置９３に出力する。そして、バルブ制御手段９１２が出力装置９３を介して停止信号を検知すると、開放状態となっているバルブ５を閉鎖状態に操作する。
【００５１】
上記の作業の後、新たに上限水温ｔ１に達した水温計６が検出されれば、その都度上記の作業を繰り返す。なお、例えば複数の水温計６のうち二つの水温計６が同時に上限水温ｔ２に達した場合、バルブ制御手段９１２にて開放状態とするバルブ５の数は、二つのうちいずれか一つを任意に選択してもよいし、空気圧送装置３に備えた能力に応じて二つとも開放状態とする制御を行ってもよい。
【００５２】
これにより、広大なダム貯水池１０において浅水域１１の一部分のみが高温となった場合にも、この一部分に対してのみ気泡孔４より気泡を噴流させることが可能となる。これにより、大掛かりな装置を用いることなく、広いダム貯水池１０のいずれの位置にも局所的に気泡噴流による水質改善作業を行えるため、簡易な操作でかつ経済的にダム貯水池１０の水質を改善することが可能となる。
【００５３】
また、複数の水温計６のすべてが上限水位ｔ１に達している場合には、バルブ制御手段９１２にて、複数の気泡孔４のうち任意に気泡孔４を選択し、気泡を噴流させ撹拌作業が終了した後、未選択の気泡孔４の中から任意に気泡孔を選択し、同じ作業を順次繰り返してもよい。この場合の順番はいずれの方法にて決定してもよく、例えば図４に示すように、隣接するバルブ５を順番に作動させるようにしてもよい。
【００５４】
これにより、高圧力な空気圧送装置３を用いることなく広いダム貯水池１０全体の水質浄化を図ることが可能となるとともに、簡易な操作で経済的に水質改善作業を行うことが可能となる。
【００５５】
本発明の気泡噴流装置１を用いたダム貯水池１０の水質改善方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５６】
１      気泡噴流装置
２      送気管
３      空気圧送装置
４      気泡孔
５      バルブ
６      水温計
７      接続パイプ
８      ロープ
９      管理者端末
９１    情報処理装置
９１１  水温監視手段
９１２  バルブ制御手段
９２    入力装置
９３    出力装置
１０    ダム
１１    浅水域
１２    深水域
１３    水温躍層
【図１】
2016147211.tif 000003
【図２】
2016147211.tif 000004
【図３】
2016147211.tif 000005
【図４】
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