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浚渫とは、水環境から土砂を掘削することです。浚渫を行う理由としては、既存の水域の改善、排水、航行性、商業利用などを変更するための陸地や水域の形状変更、河川や海岸線のためのダム、堤防、その他の構造物の建設、商業的価値のある貴重な鉱物資源や海洋生物の回収などが挙げられます。ごく一部の例外を除き、掘削作業は浚渫船と呼ばれる特殊な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か、水深を深くすることです。[ 1 ]浚渫システムは、陸上に設置するか、はしけで現場に運ぶか、専用に建造された船舶に組み込むことができます。
浚渫は環境に影響を与える可能性があります。海底堆積物を攪乱し、浚渫プルームを発生させることで、短期および長期的な水質汚染を引き起こしたり、海底生態系を損傷または破壊したり、堆積物中に蓄積された人為的な有害物質を放出したりする可能性があります。これらの環境影響は、海洋生物の個体数を減少させ、飲料水源を汚染し、漁業などの経済活動を阻害する可能性があります。
浚渫とは、浅瀬や海洋において、水中または部分的に水中で行われる掘削作業のことです。浚渫は、水路や港の航行性を維持し、海底堆積物を収集して他の場所に運搬することで、沿岸保護、埋め立て、沿岸再開発を支援します。浚渫は、商業的価値のある物質を回収するためにも行われます。これには、高価な鉱物や、建設業界で使用される砂や砂利などの堆積物が含まれます。[ 2 ]
浚渫は、土砂を緩める、土砂を水面に持ち上げる（まとめて抽出する）、運搬する、処分するという4つの工程からなる。[ 1 ]
抽出物は現地で処分することも、はしけで輸送することも、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。処分場所は埋め立て地として利用することも、海岸侵食で失われた砂を補充したり、防波堤や造成地[ 1 ]、あるいはサンゴ礁環礁に生存可能な島などの全く新しい地形を建設するために建設的に利用することもできます[ 3 ]。
古代の著述家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の時代（紀元前3千年紀）に水路化され、埠頭が建設された。紀元前1000年から東地中海では大規模な港湾建設が行われ、乱された堆積層は浚渫の証拠を示している。マルセイユでは、紀元前3世紀以降に浚渫段階が記録されており、紀元1世紀に最も大規模であった。3隻の浚渫船の残骸が発掘されており、これらは紀元1世紀から2世紀にかけて港の底に放棄されたものである。[ 4 ]
イスラム黄金時代、バグダッドの知恵の館で働いていたバヌー・ムーサー兄弟は、彼らの著書『独創的な装置の書』の中で、それ以前のギリシャの文献には見られない、掴み装置という独創的な発明を考案した。彼らが記述した掴み装置は、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た。[ 5 ]
ルネサンス期に、レオナルド・ダ・ヴィンチは浚渫船の設計図を描いた。
浚渫機械は、1800年代後半から現在に至るまでのスエズ運河の建設、拡張、維持管理に使用されてきた。 [ 6 ] 1914年に完成したパナマ運河は、当時米国で最も費用のかかった土木工事であり、浚渫に大きく依存していた。[ 7 ]
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作動しますが、規模はより大きくなっています。
単純な吸引式浚渫船には、吸引管の先端に浚渫対象物を攪拌するための装置が備わっていない。
曳航式吸引ホッパー浚渫船（TSHD）は、作業時に吸引パイプを曳航します。このパイプには浚渫浚渫渫ヘッドが取り付けられており、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。ホッパーが満杯になると、TSHDは処分場まで航行し、船体の扉から土砂を投棄するか、ホッパーから土砂をポンプで汲み出します。一部の浚渫船は、曳航バケットとコンベアを使用して自力で荷揚げを行うこともできます。
2008年現在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 ]）とその姉妹船レイヴ・エリクソン（2009年9月4日進水[ 12 ] ）である。クリストバル・コロンとレイヴ・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、ホッパー容量37,293立方メートル、最大浚渫深度101メートルのHAM 318（ヴァン・オード）である。
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あります。切断機構は底質を緩めて吸引口に運びます。浚渫された材料は通常、耐摩耗性の遠心ポンプで吸い上げられ、パイプラインまたはバージ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では効果がないような、硬い表面材料（例えば砂利堆積物や表面の岩盤）で構成される地質領域で最もよく使用されます。十分な出力があれば、水中爆破の代わりに使用することもできます。[ 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DEME社のスパルタカスである。 [ 15 ]
オーガー浚渫システムはカッター吸引浚渫船のように機能しますが、切削ツールは吸引パイプに対して直角に配置された回転式アルキメデススクリューです。オーガー浚渫船は1970年代にマッドキャット社によって発明されました。 [ 16 ]
これらは、集中した高速水流のベンチュリ効果を利用して、近くの水と底質をパイプ内に引き込む。
エアリフトは小型の吸引式浚渫機の一種です。他の浚渫機と同様に使用されることもあります。また、ダイバーが水中で手持ちで使用することもあります。[ 17 ]エアリフトは、パイプに空気を吹き込むことで機能します。空気は水よりも軽いため、パイプ内で上昇し、水を一緒に引きずり込みます。
バケット浚渫船やグラブ浚渫船の中には、サンゴ礁を掘り起こしてサンゴ礁を貫通する航路を作るのに十分なパワーを持つものもある。[ 18 ]
バケット浚渫船はバケット浚渫装置を備えており、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を備えています。[ 18 ]
グラブ浚渫船は、船上のクレーンやクレーンバージから吊り下げられた、または油圧アームで運ばれた、あるいはドラグラインのように取り付けられた二枚貝型のバケットで海底の土砂をすくい上げます。この技術は、湾の泥の掘削によく使われます。これらの浚渫船のほとんどは、浚渫船の位置を調整するために上げ下げできる鋼鉄製の杭であるスパッドを備えたクレーンバージです。 [ 18 ]
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。陸上タイプのバックホー掘削機をポンツーンに取り付けることで、粗雑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は、ヴィトルヴィウス、ミマール・シナン、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（ヴァン・オード）の6隻です。これらはバージ搭載型の掘削機を備えていました。小型のバックホー浚渫船は履帯式で、溝の岸から作業できます。バックホー浚渫船には半開きのシェルが装備されています。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、浚渫された材料はバージに積み込まれます。この機械は主に港湾やその他の浅瀬で使用されます。[ 18 ]
掘削機用浚渫アタッチメント
掘削機用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を備えた、カッターサクション式浚渫機の特性を利用しています。これらの油圧式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、オペレーターは海岸線沿いや浅瀬でアタッチメントを操作して浚渫作業を行うことができます。
これは、適切な船舶の後ろに牽引されて海底を移動する棒または刃です。陸上のブルドーザーと同様の効果があります。チェーン駆動の蒸気浚渫船ベルタは、1844年にブルネルの設計に基づいて建造され、2009年現在も稼働しています。英国で最も古い現役の蒸気船であり、このタイプの船であった。[ 19 ]
これは、かつてオランダの浅瀬で使用されていた初期のタイプの浚渫船です。平底の船で、船底からスパイクが突き出ていました。潮の流れが船を引っ張ると、スパイクが海底の物質を削り取り、潮の流れがその物質を洗い流し、できればより深い水域へと運んでいきました。Krabbelaarはオランダ語で「削る人」という意味です。[ 20 ]
水噴射浚渫船（WID）は、小型のジェットノズルから低圧の水を海底に噴射し（堆積物が周囲の海水に飛び散るのを防ぐため）、堆積物を懸濁させます。こうして懸濁した堆積物は混濁流となり、斜面を下って流れ去ったり、WIDからの2回目の水噴射によって移動したり、自然の海流によって運ばれたりします。水噴射によって水中に大量の堆積物が生じるため、ほとんどの水路測量機器（例えば、シングルビーム音響測深機）による計測が困難になります。
これらの浚渫船は、取水口のあるチャンバーを使用し、取水口を閉じた状態で水を汲み出します。通常は陸上のクレーン、または小型のポンツーンやバージから吊り下げられます。その有効性は水深による圧力に依存します。
スナッグボートは、北米の水路から枯れ木や木の破片などの大きな瓦礫を取り除くために設計されている。
これらの中には、上記のような浚渫船のいずれのタイプも含まれ、通常通り操業することも、脚部（スパッドとも呼ばれる）を伸ばして船体を水面上に出して海底に立つこともできる。陸上を航行できるタイプもある。
これらの中には、車輪が長いヒンジ付きの脚に付いている陸上型のバックホー掘削機があり、浅瀬を走行して運転室を水から出すことができる。これらの中には浮力のある船体を持たないものもあり、その場合は深水域では作業できない。オリバー・エバンス（1755～1819）は1804年に、アメリカ初の蒸気動力の道路車両である水陸両用浚渫船オルクトル・アンフィボロスを発明した。[ 21 ]
これらは通常、海底から有用な材料を回収するために使用されます。その多くは連続軌道上を移動します。ユニークなバリエーション[ 22 ]は、海底を脚で歩くことを目的としています。[ 23 ]
漁業用浚渫船は、海底から様々な種類の二枚貝、ホタテガイ、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、コンク貝を捕獲するようにも設計されています。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形をしており、漁船によって曳航されます。二枚貝専用の浚渫船は、油圧注入を利用して砂のより深いところを狙うことができます。[ 24 ]浚渫は海底に破壊的な影響を与える可能性があり、ホタテガイの浚渫の一部はスキューバダイビングによる採取に置き換えられています。[ 25 ]
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）の浚渫船「天昆浩（ MV Tian Kun Hao）」で、浚渫能力は毎時6,000立方メートル（59,000立方フィート/時）である。[ 26 ] さらに大型の浚渫船として、1980年に退役したアメリカ陸軍工兵隊の「エッセイヨン（Esayyons）」があり、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の堤防維持に使用されている二枚貝浚渫船「マラードII（Mallard II） 」は、1936年の建造以来、継続的に稼働している。[ 28 ] [ 29 ]： 61
浚渫船には、浚渫船の操縦者が船の位置を把握し、現在の浚渫レベルを監視するのに役立つ浚渫監視ソフトウェアが搭載されていることが多い。この監視ソフトウェアは、リアルタイムキネマティック衛星航法（RTK）を利用して、機械がどこで稼働し、どのくらいの深さまで浚渫したかを正確に記録する。
「ホッパー浚渫船」では、浚渫された土砂は「ホッパー」と呼ばれる船上の大きな船倉に溜まります。吸引式ホッパー浚渫船は通常、維持浚渫に使用されます。ホッパー浚渫船は通常、浚渫土砂を排出するための扉が船底にありますが、大型の油圧ヒンジで船体を二つに分割してホッパーを空にする浚渫船もあります。いずれの方法でも、浚渫作業が進むにつれて、浚渫土砂に含まれる余分な水は、重い固形物がホッパーの底に沈殿するにつれて排出されます。この余分な水は、重量を減らし、一度に運搬できる固形物（またはスラリー）の量を増やすために海に戻されます。ホッパーがスラリーでいっぱいになると、浚渫船は浚渫作業を停止し、投棄場所へ移動してホッパーを空にします。
ホッパー浚渫船の中には、投棄場所がない場合や浚渫物が汚染されている場合に、ポンプを使用して上から空にできる設計になっているものもあります。浚渫物と水のスラリーは、近くの土地に投棄するパイプに直接ポンプで送られることもあります。これらのパイプは、浚渫ホースとも呼ばれます。浚渫ホースには、使用圧力、浮力、装甲の有無などによって異なるいくつかの種類があります。吸引ホース、排出装甲ホース、自己浮遊ホースは、浚渫物の輸送と排出用に設計された一般的なタイプです。[ 30 ]中には、正確な浚渫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たものもありました。また、浚渫船が作業を続ける間に、バージ（平底船とも呼ばれる）にポンプで送り込み、別の場所に投棄することもあります。
特に英国や北西ヨーロッパの船舶では、ホッパー内の水を抜き、貨物を乾燥させて埠頭に「乾いた状態」で荷揚げできるようにする。これは主に、コンベアシステムを介して、自走式バケットホイール、ドラッグスクレーパー、または掘削機を使用して行われる。
汚染された（有毒な）堆積物を除去する場合、または大規模な内陸処分場が利用できない場合、浚渫泥は脱水と呼ばれるプロセスによって乾燥固形物に減らされ、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、大型の繊維ベースのフィルター、またはポリマー凝集剤／凝固剤ベースの装置が使用されています。
多くのプロジェクトでは、スラリーの脱水は内陸の大規模な沈殿槽で行われるが、機械的な脱水技術の進歩に伴い、この方法は次第に少なくなってきている。
同様に、多くのグループ（特に東アジア）が、脱水した堆積物をコンクリートや建築ブロックの製造に利用するための研究を行っているが、この材料の有機物含有量が高いこと（多くの場合）が、そのような目的を達成する上での障害となっている。
汚染堆積物の適切な管理は、現代において非常に重要な課題です。さまざまな維持管理活動により、高度に工業化された商業港やその他の水域から、世界中で数千トンもの汚染堆積物が浚渫されています。浚渫された物質は、適切な除染後に再利用できます。さまざまなプロセスが提案され、さまざまな適用規模でテストされています（環境修復技術）。除染された物質は、建設業界に適しているか、海岸の養浜に使用できる可能性があります。[ 31 ]
浚渫は水生生態系を乱し、しばしば悪影響を及ぼします。[ 32 ] [ 33 ]さらに、浚渫土砂には、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場合があります。また、浚渫の過程では、底生基質に存在する化学物質が剥がれ落ち、水柱に注入され、有毒な浚渫プルームとなることがよくあります。
浚渫は環境に数多くの重大な影響を与える可能性があり、その例として以下のようなものが挙げられます。
浚渫作業の性質と起こりうる環境への影響から、この活動はしばしば厳しく規制され、継続的な監視とともに包括的な地域環境影響評価が必要となります。[ 36 ]例えば、米国では、浄水法により、湿地を含む「米国の水域」への浚渫物または埋め立て物の排出は、陸軍工兵隊が発行する許可によって許可されない限り禁止されています。[ 41 ] 環境への影響の可能性から、浚渫は許可された区域に限定されることが多く、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ます。[ 36 ]ニューヨーク州控訴裁判所のTown of Oyster Bay v. Commander Oil Corporation (2001) では、浚渫船が陸軍工兵隊から許可を得て、近隣の都市 (オイスターベイ町) が浚渫を中止することを阻止した事例が示されました。
2013年のラボバンク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
