浚渫

グラブ浚渫船

浚渫とは、水環境から物質を掘削することです。浚渫の目的としては、既存の水域の改善、排水航行性、商業利用を変更するための土地や水域の再形成、河川や海岸線のダム堤防、その他の制御施設の建設、商業価値のある貴重な鉱床や海洋生物の回収などが挙げられます。ごく一部の状況を除き、掘削は浚渫船と呼ばれる 専門の浮体式設備によって行われます

通常、浚渫の主な目的は、価値のある物質を回収すること、または水深を深くすることです。[ 1 ]浚渫システムは、陸上に設置することも、はしけを使って現場に運ぶことも、専用の船舶に組み込むこともできます。

浚渫は環境に影響を与える可能性があります。例えば、海底堆積物を撹乱し、浚渫プルームを発生させ、短期的および長期的な水質汚染、海底生態系の損傷・破壊、そして堆積物に捕捉された人為起源の毒素の放出を引き起こす可能性があります。これらの環境影響は、海洋生物の個体数の減少、飲料水源の汚染、そして漁業などの経済活動の阻害につながる可能性があります。

説明

エストニア、ネーメ港の掘削浚渫船(2023年4月)

浚渫とは、浅瀬または外洋において、水中または部分的に水中で行う掘削作業です。浚渫は、水路や港湾の航行を維持し、底を集めて別の場所に輸送することで、沿岸保護、干拓、沿岸再開発を支援します。浚渫は、建設業界で使用されている砂や砂利などの高価値鉱物や堆積物など、商業価値のある材料を回収するために行われることもあります。[ 2 ]

浚渫は、材料を緩める、材料を地表に出す(抽出する)、輸送する、そして処分するという4つのプロセスから成ります。[ 1 ]

抽出物は、現地で処分することも、はしけ船で輸送することも、あるいはパイプラインで液体懸濁液として輸送することもできます。処分方法は、埋め立て地への埋め戻し、あるいは海岸侵食によって失われた砂の補充、防波堤の建設、土地の造成[ 1 ]、あるいは環礁における生存可能な島などの全く新しい地形の形成など、建設的に利用することも可能です[ 3 ]

歴史

古代の著述家たちは港湾浚渫について言及している。ナイル川の7つの支流はピラミッド時代(紀元前3千年紀)に水路が整備され、埠頭が建設された。また、東地中海では紀元前1000年から大規模な港湾建設が行われ、堆積層の撹乱が浚渫の証拠となっている。マルセイユでは、紀元前3世紀以降に浚渫が記録されており、最も大規模なのは紀元後1世紀である。3隻の浚渫船の残骸が発掘されている。これらは紀元後1世紀から2世紀にかけて港の底に放置されていた。[ 4 ]

イスラム黄金時代のバヌ・ムーサ兄弟は、バグダッドのバイト・アル・ヒクマ(知恵の家)で働いていた際に、著書『巧妙な仕掛けの書』の中で、独自の発明品を考案しました。これは、それ以前のギリシャの文献には登場しないグラブマシンです。彼らが記述したグラブマシンは、水中から物体を引き上げたり、川底から物体を回収したりするために使用されました。[ 5 ]

ルネッサンス時代にレオナルド・ダ・ヴィンチはドラッグ浚渫船の設計図を描きました。

浚渫機は1800年代後半から現在に至るまでスエズ運河の建設に使用されてきた。 [ 6 ] 1914年のパナマ運河完成は、当時アメリカで最も高額な土木工事であったが、浚渫に大きく依存していた。[ 7 ]

レオナルド・ダ・ヴィンチによる泥引きの復元(原稿 E、フォリオ 75 v. )
泥濘の再現

目的

  • 資本浚渫:新しいバース水路を造成するため、または大型船舶の通行を可能にするために既存の施設を深くするために行われる浚渫。資本工事は通常、硬質材料または大量の作業を伴うため、通常はカッターサクション浚渫船または大型牽引式サクションホッパー浚渫船を使用して行われます。ただし、岩盤工事の場合は、機械掘削に加えて、掘削と発破が使用される場合があります
  • 土地造成:海底から砂、粘土、または岩石を採取し、それを用いて新たな土地を造成する浚渫。これは通常、カッターサクション浚渫船またはトレーリングサクションホッパー浚渫船によって行われます。この浚渫土砂は、洪水浸食の防止にも使用されることがあります。
  • 維持管理:時間の経過とともに砂や泥の堆積により沈泥し、航行に支障をきたす恐れのある航行可能な水路水路を、浚渫により深度を増したり維持したりすること。この浚渫は、多くの場合、牽引式吸引ホッパー浚渫船を用いて行われる。浚渫の大部分はこの目的のためであり、貯水池や湖の貯水容量を維持するために行われることもある。
  • 採取物堆積物を浚渫し、ダイヤモンド、その他の貴重な微量物質などの元素を探します。趣味の愛好家は、浚渫物を調べて潜在的に価値のある品物を選び出します。これは金属探知機の趣味に似ています。
  • 漁浚渫は、特定の食用貝カニを捕獲する技術です。ルイジアナ州をはじめとするアメリカの州では、底生牡蠣の養殖が可能な塩水の河口があり、そこで牡蠣が養殖・収穫されています。航行中の船尾には、ケーブルにチェーンの束を取り付けた重い長方形の金属製のスコップが曳航されています。このスコップが海底を曳きながら牡蠣をすくい上げます。スコップは定期的に船上に巻き上げられ、漁獲物は選別・袋詰めされて出荷されます。 [ 8 ]
  • 準備作業: 将来の桟橋ドック埠頭のための浚渫作業と掘削。これは多くの場合、基礎を築くためのものです。
  • 建設資材の獲得:沖合の許可区域から浚渫した砂と砂利は、建設業界、主にコンクリート製造に使用されます。この非常に特殊な産業は北西ヨーロッパに集中しており、専用の牽引式サクションホッパー浚渫船が乾燥貨物を自力で陸上に排出します。陸上の古い河床も同様に処理可能です。
  • 汚染物質浄化:化学物質の流出、雨水氾濫(都市流出水を含む)、その他の土壌汚染(下水汚泥由来のシルトや枯れた植物などの腐敗物質を含む)の影響を受けた地域を再生すること。これらの作業において、廃棄物処理は大きな要素となります。
  • 洪水防止:浚渫により水路の深さが増し、水路の水を運ぶ能力が向上します。

その他

  • 養浜:嵐や波によって侵食された砂の代わりに、沖合で砂を採掘し、海岸に敷き詰めることです。これにより、人間の活動によって侵食された海岸のレクリエーション機能と保護機能が強化されます。これは通常、カッターサクション浚渫船または牽引式サクションホッパー浚渫船によって行われます。 [ 9 ]
  • 泥炭採取浚渫棒または浚渫船を小型船の後ろに取り付け、泥炭湿原の水路。採取された泥炭は燃料として利用されました。この伝統は現在ではほぼ廃れており、道具も大きく変化しています。 [ 10 ]
  • ゴミや残骸の除去: 多くの場合、維持浚渫と組み合わせて行われるこのプロセスでは、川や運河、港の底から非自然物質を除去します。法執行機関は、水中から証拠物や死体を回収するために「ドラッグ」を使用する必要がある場合があります。
  • 富栄養化対策:浚渫は汚染物質による浄化の一種であり、富栄養化した(または酸素が不足した)水域の浄化には費用のかかる選択肢となります。原因の一つは、前述のように下水汚泥です。しかし、堆積物中のリン濃度を人工的に上昇させると富栄養化が悪化するため、静水域の再生には、管理された堆積物の除去が唯一の選択肢となる場合があります。
  • 海底採掘:将来的には、海の最も深い溝から天然の金属鉱石団塊を回収する可能性がある。 [ 8 ]

種類

吸引浚渫船

ポーランド、ワルシャワヴィスワ川に停泊する吸引浚渫船の浚渫ドラグヘッド
石油探査のための人工島建設に使用されるボーフォート海の浚渫船
カッターサクション浚渫船、Provincia de el Oro No 1、プエルト・ボリバル、エクアドル
オランダの運河でブームを引き上げるジオポテス 14。( gēopotēsギリシャ語で「土を飲むもの」の意味)
浚渫船「ドレッジキング」
収集後、材料はチューブで海岸まで輸送される。

これらは、一部の掃除機のように長いチューブを通して吸引することで動作しますが、規模はより大きくなります。

普通吸引浚渫船には、吸引管の端に物質をかき乱すための道具がありません。

トレーリングサクション

トレーリングサクションホッパー浚渫船(TSHD)は、作業時にサクションパイプをトレーリングします。浚渫ドラッグヘッドが取り付けられたこのパイプは、浚渫土砂を船内の1つまたは複数のホッパーに積み込みます。ホッパーがいっぱいになると、TSHDは廃棄エリアまで航行し、船体のドアから土砂を投棄するか、ホッパーから土砂をポンプで排出します。一部の浚渫船は、ドラッグバケットとコンベアを使用して自力で荷降ろしすることもできます

2008年時点で世界最大の曳航式吸引ホッパー浚渫船は、ヤン・デ・ヌル社のクリストバル・コロン(2008年7月4日進水[ 11 ])と姉妹船のレイヴ・エリクソン(2009年9月4日進水[ 12 ] )である。クリストバル・コロンレイヴ・エリクソンの主な設計仕様は、ホッパー容量46,000立方メートル、設計浚渫深度155メートルである。[ 13 ]次に大きいのはHAM 318ヴァン・オード)で、ホッパー容量37,293立方メートル、最大浚渫深度101メートルである。

カッターサクション

カッターサクション浚渫船(CSD)の吸引管には、吸引口に切断機構が備わっています。この切断機構は底質をほぐし、吸引口へと運びます。浚渫された土砂は通常、耐摩耗性の遠心ポンプによって吸い上げられ、パイプラインまたははしけを通して排出されます。カッターサクション浚渫船は、標準的な吸引浚渫船が効果を発揮しない、硬い表層物質(例えば、砂利堆積物や表層岩盤)で構成される地質学的地域で最もよく使用されます。十分なパワーがあれば、水中発破の代わりに使用できます。[ 14 ]

2024年現在、世界で最も強力なカッターサクション浚渫船は、2021年に就航したDEMESpartacusである。 [ 15 ]

オーガー吸引

オーガー浚渫システムはカッター吸引浚渫船と同様に機能しますが、切削工具は吸引管に対して直角に設置された回転するアルキメデスのねじです。マッドキャットは1970年代にオーガー浚渫船を発明しました。[ 16 ]

ジェットリフト

集中した高速水流の ベンチュリー効果を利用して、近くの水と底質をパイプに引き込みます

エアリフト

エアリフトは小型の吸引浚渫船の一種です。他の浚渫船と同様に使用されることもあります。また、ダイバーが水中でエアリフトを手に持つこともあります [ 17 ]パイプ内に空気を吹き込むことで機能します。空気は水より軽いため、パイプ内を上昇し、水を引き込みます

機械式浚渫船

バケット浚渫

一部のバケット浚渫船とグラブ浚渫船は、サンゴを引き剥がしてサンゴ礁を通る航路を作るのに十分なパワーを持っています。[ 18 ]

古いオランダのバケット浚渫船Hollandsch Diep 4

バケット浚渫船

バケット浚渫船にはバケット浚渫機が装備されており、これは機械的な手段で堆積物を拾い上げる装置で、多くの場合、車輪やチェーンに取り付けられた多数の循環バケットが使用されています。[ 18 ]

グラブ浚渫船

ニューヨーク市ブルックリンのスーパーファンド地域、ゴーワヌス運河で作業中グラブ浚渫船

グラブ浚渫船は、クレーンまたはクレーンバージに吊り下げられたクラムシェルバケット、油圧アームで運ばれたクラムシェルバケット、あるいはドラグラインのように取り付けられたクラムシェルバケットを用いて海底土砂浚渫するこの技術は湾内の泥の掘削によく用いられる。これらの浚渫船のほとんどは、スパッドと呼ばれる鋼鉄製の杭を上下させることで浚渫船の位置を定めるクレーンバージである。 [ 18 ]

バックホー/ディッパー浚渫船

バックホー/ディッパー浚渫船は、一部の掘削機のようなバックホーを備えています。陸上型バックホー掘削機をポンツーンに搭載することで、簡素ながらも使用可能なバックホー浚渫船​​を作ることができます。現在、世界最大のバックホー浚渫船​​6隻は、ウィトルウィウス、ミマール・スィナン、ポストニク・ヤコブレフ(ヤン・デ・ヌル)、サムソン(DEME)、シムソン、ゴリアテ(ファン・オード)です。これらははしけ搭載型の掘削機を搭載していました。小型のバックホー浚渫船​​は履帯式で、溝の土手から作業を行います。バックホー浚渫船​​は半開きのシェルを備えています。シェルは機械に向かって移動しながら充填されます。通常、浚渫土ははしけに積み込まれます。この機械は主に港湾などの浅瀬で使用されます。[ 18 ]

掘削機浚渫アタッチメント

掘削機浚渫アタッチメントは、カッターヘッドと材料を移送するための吸引ポンプで構成されるカッターサクション浚渫船の特性を活用しています。これらの油圧アタッチメントは掘削機のブームアームに取り付けられ、オペレーターは浚渫のために海岸線や浅瀬に沿ってアタッチメントを操作できます

床レベラー

1844年建造の蒸気浚渫船バーサ号。1982年のデモ航行中

これは、適切な船舶の後ろで海底を牽引する棒またはブレードです。陸上のブルドーザーと同様の効果があります。1844年にブルネルの設計で建造され、2009年時点で英国で最も古い稼働中の蒸気船であったチェーン式蒸気浚渫船「バーサ」は、このタイプでした。[ 19 ]

クラッベラール

これはかつてオランダの浅瀬で使用されていた初期の浚渫船です。平底船で、底に釘が突き出ていました。潮流に引っ張られると、釘が海底の物質を削り取り、潮流によってより深い海域へと流し去っていきました。Krabbelaarオランダ語で「掻き毟り」を意味します。[ 20 ]

水注入

水注入浚渫船(WID)は、小型ジェットを用いて低圧の水を海底に注入し(堆積物が周囲の海域に爆発的に拡散するのを防ぐため)、堆積物を懸濁させます。この濁流は斜面を流れ下ったり、WIDからの2回目の噴流によって移動したり、自然の流れによって運ばれたりします。水注入により水中に大量の堆積物が含まれるため、ほとんどの水路測量機器(例:シングルビーム音響測深機)による測定が困難になります

空気圧式

これらの浚渫船は、入口が閉じられた状態で水を汲み出す入口付きチャンバーを使用します。通常、陸上のクレーン、または小型のポンツーンやはしけから吊り下げられます。その効果は水深の圧力に依存します

スナッグボート

スナッグボートは、北米の水路から枯れ木や木の一部などの大きなゴミを除去するために設計されています

水陸両用

これらは上記のいずれかのタイプの浚渫船で、通常の状態で作業することも、スパッドとも呼ばれる脚を伸ばして船体を水面から出して海底に立つこともできます。一部の形態は陸上に上がることもできます

これらの中には、長いヒンジ脚に車輪が取り付けられた陸上型バックホー掘削機があり、浅瀬に乗り入れても運転席が水に浸からないようにすることができます。浮体を持たないものもあり、その場合は深海では作業できません。オリバー・エバンス(1755-1819)は1804年、水陸両用浚渫船オルクトル・アンフィボロスを発明しました。これはアメリカ初の蒸気動力道路車両でした。[ 21 ]

潜水艇

これらは通常、海底から有用な物質を回収するために使用されます。多くの潜水艇は連続した軌道上を移動します。独特な型[ 22 ]は、海底を脚で歩行するように設計されています[ 23 ]

漁業

生きたハマグリや空の貝殻を含む浚渫漁獲物

漁浚渫船は、海底から様々な種類のハマグリホタテカキムール貝を採取するために使用されます。一部の浚渫船は、カニ、ウニ、ナマコ、巻貝を捕獲するために設計されています。これらの浚渫船は、チェーンメッシュで作られたスコップのような形状をしており、漁船によって曳航されます。ハマグリ専用の浚渫船は、水圧噴射を利用して砂地のより深いところまで到達することができます。[ 24 ]浚渫は海底を破壊する可能性があるため、ホタテの浚渫の一部はスキューバダイビングによる採取に取って代わられています。[ 25 ]

注目すべき浚渫船

2021年、ダンバートン橋付近のマラード2号

2018年6月現在、アジア最大の浚渫船は中国で建造された全長140メートル(460フィート)のMV  Tian Kun Haoで、処理能力は毎時6,000立方メートル(59,000立方フィート/キログラム)である。 [ 26 ] さらに大型の浚渫船は1980年に退役したアメリカ陸軍工兵隊のエッサイオンで、全長は525.17フィート(160.07メートル)であった。[ 27 ]サンフランシスコ湾堤防を維持するクラムシェル浚渫船Mallard IIは、1936の建造以来継続的に稼働している。[ 28 ] [ 29 ] : 61

浚渫監視ソフトウェア

浚渫船には、浚渫船のオペレーターが浚渫船の位置を決め、現在の浚渫レベルを監視するための浚渫監視ソフトウェアが搭載されていることがよくあります。監視ソフトウェアは、多くの場合、リアルタイム・キネマティック衛星ナビゲーションを使用して、機械がどこで作業し、どの深さまで浚渫したかを正確に記録します

材料の輸送と廃棄

セーヌ川河口で作業中のフランスのホッパー浚渫船ダニエル・ラヴァル(2018年)

「ホッパー浚渫船」では、浚渫土は「ホッパー」と呼ばれる船内の大型船倉に収容されます。吸引式ホッパー浚渫船は、通常、保守浚渫に使用されます。ホッパー浚渫船は通常、浚渫土を排出するための扉を船底に備えていますが、大型油圧ヒンジで船体を2つに分割してホッパーを空にする浚渫船もあります。いずれの場合も、船が浚渫を進めると、浚渫土に含まれる余分な水が排出され、重い固形物はホッパーの底に沈みます。この余分な水は海に戻され、重量が軽減され、一度に運搬できる固形物(スラリー)の量が増えます。ホッパーがスラリーで満たされると、浚渫船は浚渫を中止し、投棄場所へ移動してホッパーを空にします。

一部のホッパー浚渫船は、投棄場所が利用できない場合や浚渫土が汚染されている場合に、ポンプを使用して上から排出できるように設計されている。浚渫土と水のスラリーが直接パイプに送り込まれ、近くの陸に堆積されることもある。これらのパイプは、一般的に浚渫ホースとも呼ばれる。浚渫ホースには、作動圧力、浮力、装甲の有無などが異なるいくつかの種類がある。吸引ホース、排出装甲ホース、自己浮上ホースは、浚渫土の輸送と排出用に設計された一般的なタイプの一部である。[ 30 ]中には、正確な浚渫のニーズなどに合わせてパイプやホースをカスタマイズしているものもあった。また、浚渫船が作業を続けている間に、スラリーがはしけ(平底船とも呼ばれる)に送り込まれ、別の場所に堆積されることもある。

多くの船舶、特に英国と北西ヨーロッパでは、貨物を岸壁に「乾いた」状態で荷揚げできるよう、ホッパー内の水を抜いて貨物を乾燥させる作業が行われています。これは主に、自走式バケットホイール、ドラッグスクレーパー、またはコンベアシステムを介して掘削機を用いて行われます。

汚染された(有毒な)堆積物を除去する必要がある、または大量の内陸処分場が利用できない場合、浚渫スラリーは脱水と呼ばれるプロセスによって乾燥固形物となり、浚渫プルームを最小限に抑えます。現在の脱水技術では、遠心分離機、ジオチューブ容器、大型繊維製フィルター、またはポリマー凝集剤/凝固剤を用いた装置が用いられています。

多くのプロジェクトでは、スラリーの脱水は大規模な内陸沈殿ピットで行われますが、機械脱水技術が進歩するにつれて、この方法はますます一般的ではなくなってきています。

同様に、多くのグループ(東アジアで最も顕著)が、脱水された堆積物をコンクリートや建築用ブロックの製造に利用する研究を行っていますが、この材料に含まれる高い有機物含有量(多くの場合)が、そのような目的の妨げとなっています。

汚染された堆積物の適切な管理は、現代社会において重要な課題です。様々な維持管理活動の結果、世界中で数千トンもの汚染された堆積物が、商業港やその他の工業化が進んだ水域から浚渫されています。浚渫土は適切な除染を施すことで再利用できます。様々なプロセスが提案され、様々な規模の適用において試験されています(環境修復技術)。除染された土は、建設業界への応用や、養浜に利用できる可能性があります。[ 31 ]

環境への影響

浚渫は水生生態系を乱し、しばしば悪影響を及ぼす可能性がある。[ 32 ] [ 33 ]さらに、浚渫土には処分場に悪影響を及ぼす可能性のある有毒化学物質が含まれている可能性があり、さらに、浚渫の過程で底質に存在する化学物質が除去されて水柱に注入され、有毒な浚渫プルームとなることが多い。

浚渫は、次のような多くの重大な影響を環境に及ぼす可能性があります。

浚渫作業の性質と環境への影響から、この作業はしばしば厳しく規制され、継続的な監視と並行して包括的な地域環境影響評価が必要となる。[ 36 ]例えば、米国では、水質浄化法により、陸軍工兵隊が発行する許可証がない限り、湿地を含む「米国の水域」への浚渫土砂の排出は禁止されている。[ 41 ] 環境への影響の可能性があるため、浚渫は許可された区域に制限されることが多く、船舶の活動は自動GPSシステムを使用して厳密に監視されている。[ 36 ] タウン・オブ・オイスター・ベイ対コマンダー・オイル・コーポレーション、ニューヨーク州控訴裁判所 (2001年) では、浚渫船が陸軍工兵隊から許可を受けていたため、近隣の都市 (タウン・オブ・オイスター・ベイ) が浚渫を中止できなかった事例が示された。

主要な浚渫会社

ラボバンクの2013年の展望レポートによると、世界最大の浚渫会社は、2012年の浚渫売上高に基づいて規模の順に並んでいます[ 2 ]

北米の著名な浚渫会社

南アジアの著名な浚渫会社

画像

参照

参考文献

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