JP2003042743A

JP2003042743A - 可撓性膜堰の堰高さ検出方法、その堰高さ検出装置及び可撓性膜堰

Info

Publication number: JP2003042743A
Application number: JP2001233591A
Authority: JP
Inventors: Takeo Muramatsu; 建夫村松
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】低コストで且つ確実に可撓性膜の堰高さを検
出でき、しかも修理や保全管理等も容易な可撓性膜堰の
堰高さ検出方法及びその堰高さ検出装置と、この堰高さ
検出装置を備えた可撓性膜堰を得る。【解決手段】可撓性膜１２の内面の複数の所定位置
に、傾斜計４２が取り付けられる。傾斜計４２で測定さ
れた傾斜角度のデータから、演算装置４４において演算
を行って可撓性膜１２の形状を推定し、可撓性膜堰１０
の堰高さＨを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可撓性膜堰の堰高
さ検出方法、その堰高さ検出装置及び可撓性膜堰に関
し、さらに詳しくは、供給により起立し流体の排出によ
り倒伏する可撓性膜により構成され、河川等の堰として
使用される可撓性膜堰と、この可撓性膜堰の堰高さを検
出するための堰高さ検出方法及び堰高さ検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】川底等に設置される河川の堰としては、
例えば、金属製のゲートを上下させて水の流路を開閉す
るいわゆる「鉄ゲート」が広く使用されているが、近年
では、可撓性膜堰も広く使用されている。可撓性膜堰
は、川底等に可撓性膜が設置されて構成されており、流
体（空気や水等）が供給されることにより可撓性膜が起
立して河川等を閉塞する。そして、流体が排出されると
倒伏して河川等を開放する。

【０００３】これらの堰では、流量調整等の目的のため
に、その高さを検出する必要がある。上記した鉄ゲート
ではこの高さの検出が容易であるが、可撓性膜堰につい
ては堰高さの検出が難しく、種々の提案がされている。

【０００４】例えば、特開平６２−１２１２４号公報に
は、図６に示すように、半導体レーザー１１２と、この
半導体レーザー１１２から一定距離Ｌをおいて設置され
た受光レンズ１１４及び半導体位置検出素子１１６を備
えた可撓性膜堰の堰高測定装置１１０が開示されてい
る。この堰高測定装置１１０では、半導体レーザー１１
２から射出されたレーザー光１２０がゴム堰１１８の内
面の１点で散乱し、一部が半導体位置検出素子１１６に
照射されるため、散乱光の結像位置を読み取り、三角測
量方式によって上記の点の高さを算出する。

【０００５】しかし、この堰高測定装置１１０では、半
導体レーザー１１２、受光レンズ１１４及び半導体位置
検出素子１１６等の高額な光学精密機器が必要となる。
また、これらの機器を正確に作動させるために、除湿等
によって膜内環境を一定に保たなければならず、高いコ
ストを要する。

【０００６】さらに、これらの光学機器はゴム堰１１８
の内部に配置しなければならないので、修理や保全管理
が困難となっている。

【０００７】これに対し、特開平６２−１５０１１３号
公報には、図７に示すように、一定間隔で配置された複
数組の計測器本体１４２から巻取り巻戻し可能に可撓性
長尺体１４４が巻き回された可撓性膜堰の堰高測定装置
１４０が開示されている。可撓性長尺体１４４の先端は
ゴム堰１４６の内壁面の特定点に固着されており、可撓
性長尺体１４４の繰り出し長さから、特定点と計測器本
体１４２とで構成される三角形の３辺ｈの長さが分かる
ので、ゴム堰１４６の堰高が測定される。

【０００８】しかし、この堰高測定装置１４０では、ゴ
ム堰１４６の内部に可撓性長尺体１４４を配置している
ので、ゴム堰１４６の起立倒伏を繰り返すと、可撓性長
尺体１４４が絡み合い、正確に堰高さを測定できないこ
とがある。

【０００９】しかも、この堰高測定装置１４０も図６に
示した堰高測定装置１１０と同様、計測器本体１４２は
可撓性長尺体１４４をゴム堰１４６の内部に配置しなけ
ればならないため、修理や保全管理が困難となってい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考
慮し、低コストで且つ確実に可撓性膜の堰高さを検出で
き、しかも修理や保全管理等も容易な可撓性膜堰の堰高
さ検出方法及びその堰高さ検出装置と、この堰高さ検出
装置を備えた可撓性膜堰を得ることを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明で
は、流体の供給により起立し流体の排出により倒伏する
可撓性膜により構成された可撓性膜堰の堰高さを検出す
る堰高さ検出方法であって、前記可撓性膜が起立した状
態で可撓性膜の特定位置での傾斜角度を測定する傾斜角
度測定工程と、前記傾斜角度測定工程によって得られた
可撓性膜の特定位置での傾斜角度から可撓性膜の高さを
演算する演算工程と、を有することを特徴とする。

【００１２】この可撓性膜堰の堰高さ検出方法によって
堰高さを検出するには、可撓性膜が起立した状態で、ま
ず、傾斜角度測定工程により、可撓性膜の特定位置での
傾斜角度を測定する。次に、演算工程で、測定された傾
斜角度から可撓性膜の形状を特定し、可撓性膜の高さ、
すなわち可撓性膜堰の堰高さを演算する。

【００１３】傾斜角度測定工程による傾斜角度の測定
は、例えば加速度計やクリノメータ等の汎用の傾斜計を
使用できるので、コスト高を招くことがない。可撓性膜
の内部に従来のような可撓性長尺体を配置する必要もな
いので、可撓性膜の起立及び倒伏を繰り返しても傾斜角
度の測定が困難になったり誤差が生じたりすることがな
い。このため、長期にわたって確実に、堰高さを検出す
ることが可能となる。これらの傾斜計の修理や保守管理
も容易になる。

【００１４】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、前記傾斜角度測定工程において、少
なくとも３箇所で可撓性膜の傾斜角度を測定することを
特徴とする。

【００１５】このように、少なくとも３箇所での可撓性
膜の傾斜角度を測定することで、より正確に堰高さを検
出可能となる。

【００１６】請求項３に記載の発明では、請求項２に記
載の発明において、前記傾斜角度測定工程において、前
記可撓性膜が起立した状態で特定の周方向断面において
可撓性膜の傾斜角度を測定することを特徴とする。

【００１７】この場合、例えば、可撓性膜が起立した状
態で特定の周方向断面として断面２次元を仮定する。そ
して、この周方向断面において、３箇所で可撓性膜の傾
斜角度を測定することにより、仮定された２次元断面の
形状を正確に演算できるので、堰高さの数値としてもよ
り正確なものを得ることができる。

【００１８】請求項４に記載の発明では、流体の供給に
より起立し流体の排出により倒伏する可撓性膜により構
成された可撓性膜堰の堰高さを検出する堰高さ検出装置
であって、前記可撓性膜の特定位置に配置され可撓性膜
の傾斜角度を測定する傾斜角度測定装置と、前記可撓性
膜の起立状態で前記傾斜角度測定装置によって測定され
た可撓性膜の特定位置での傾斜角度から可撓性膜の高さ
を演算する演算装置と、を有することを特徴とする。

【００１９】この可撓性膜堰の堰高さ検出装置を使用し
て堰高さを検出するには、可撓性膜が起立した状態で、
まず、傾斜角度測定装置により、可撓性膜の特定位置で
の傾斜角度を測定する。次に、測定された傾斜角度か
ら、演算装置により可撓性膜の形状を特定し、可撓性膜
の高さ、すなわち可撓性膜堰の堰高さを演算する。

【００２０】傾斜角度測定装置としては、例えば加速度
計やクリノメータ等の汎用の傾斜計を使用できるので、
コスト高を招くことがない。可撓性膜の内部に従来のよ
うな可撓性長尺体を配置する必要もないので、可撓性膜
の起立及び倒伏を繰り返しても傾斜角度の測定が困難に
なったり誤差が生じたりすることがない。このため、長
期にわたって確実に、堰高さを検出することが可能とな
る。これらの傾斜計の修理や保守管理も容易になる。

【００２１】請求項５に記載の発明では、請求項４に記
載の発明において、前記傾斜角度測定装置が、前記可撓
性膜の互いに異なる位置で複数設けられていることを特
徴とする。

【００２２】これにより、可撓性膜の異なる２箇所での
傾斜角度を測定できるので、より正確に堰高さを検出可
能となる。

【００２３】請求項６に記載の発明では、請求項４又は
請求項５に記載の発明において、前記傾斜角度測定装置
が、前記可撓性膜の特定位置での重力の特定方向成分を
測定可能な加速度計とされていることを特徴とする。

【００２４】このように加速度計を使用することで、低
コストで傾斜角度測定装置を構成できる。

【００２５】請求項７に記載の発明では、請求項４〜請
求項６のいずれかに記載の発明において、前記傾斜角度
測定装置が、前記可撓性膜において想定された二次元断
面の少なくとも３箇所に配置されていることを特徴とす
る。

【００２６】このように可撓性膜が起立した状態で特定
のの周方向断面として断面２次元を仮定すると、この形
状は、実際の可撓性膜の断面形状に近い形状となる。傾
斜角度は、この二次元断面の少なくとも３箇所に配置さ
れているので、これら３箇所で可撓性膜の傾斜角度を測
定することにより、仮定された２次元断面の形状も正確
に演算できる。これにより、堰高さの数値としてより正
確なものを得ることができる。

【００２７】請求項８に記載の発明では、流体の供給に
より起立し流体の排出により倒伏する可撓性膜により構
成された可撓性膜堰であって、請求項４〜請求項７のい
ずれかに記載の可撓性膜堰の堰高さ検出装置を備えてい
ることを特徴とする。

【００２８】この可撓性膜堰は、可撓性膜の内部に流体
を供給することにより起立するので、河川等をせき止め
ることができる。また、河川等をせき止める必要がない
場合には、可撓性膜堰は、可撓性膜の内部の流体を排出
することにより倒伏させることができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１及び図２には、本発明の一実
施形態に係る可撓性膜堰の堰高さ検出装置（以下、単に
「堰高さ検出装置」と略す）４０を備えた可撓性膜堰１
０が示されている。なお、図１にでは、図面左側を河川
の上流としており、この河川の水流が、可撓性膜堰１０
によって堰き止められた状態を示している。

【００３０】図１に示すように、可撓性膜堰１０の可撓
性膜１２は、上面側部片１２Ａと、下面側部片１２Ｂと
で構成されている。上面側部片１２Ａ及び下面側部片１
２Ｂはそれぞれ、弾性体（例えばゴム、合成樹脂）の内
部に綿、合成繊維等からなる１枚または複数枚の織布ま
たは繊維コード等よりなる補強層を含んだものである
が、これら補強層を含んでいなくても良い。

【００３１】上面側部片１２Ａと、下面側部片１２Ｂと
は、下流側の端部が相互に一体に接合されて突状１４に
形成されている。そして、可撓性膜１２は、上面側部片
１２Ａの他側縁と下面側部片１２Ｂの他側縁とを重ね合
わせた重ね合わせ側縁１３を上流側に、突状１４を下流
側に位置した状態で、河床コンクリート１８の河底部２
０の両岸の法面部２２間に河川を横切り、河床コンクリ
ート１８の上面に敷設されている。

【００３２】可撓性膜１２が膨張起立する時には突状１
４は下流側斜め上方を向くようになっている。これによ
り、可撓性膜１２を越えて流れた水流が、突状１４に沿
って斜め上方へと案内され、可撓性膜１２の表面から離
れるようになっている。

【００３３】河底部２０と両岸の法面部２２の河床コン
クリート１８には、河幅方向（矢印Ｗ方向）全長に亘
り、埋込金具２４が埋設されていると共に所定の間隔で
アンカーボルト２６が配置されている。埋込金具２４に
は可撓性膜１２の下面側部片１２Ｂの端部分と上面側部
片１２Ａの端部分とが載せられており、これら下面側部
片１２Ｂ及び上面側部片１２Ａにアンカーボルト２６が
貫通している。

【００３４】可撓性膜１２の上面側部片１２Ａの端部分
の上には押え金具３０が載せられており、押え金具３０
を貫通したアンカーボルト２６の上端付近にナット３２
が螺合されて、可撓性膜１２の重ね合わせ側縁１３がク
ッションゴム２８と共に河床コンクリート１８の上面に
固定されている。

【００３５】可撓性膜１２の内部に流体（例えば空気）
を供給すると図１に示すように起立し、河川等をせき止
めることができる。

【００３６】また、河川等をせき止める必要がない場合
には、可撓性膜１２の内部の流体を排出し、倒伏させる
ことができる。

【００３７】図１に示すように、可撓性膜１２の内面の
複数の所定位置（本実施形態では点Ｐ₁〜Ｐ₆）には、取
り付け部材（図示省略）を介して、傾斜計４２が取り付
けられている。この傾斜計４２により、可撓性膜１２の
所定位置のそれぞれにおいて、可撓性膜１２の局所的な
傾斜角度を測定することができる。傾斜計４２の取り付
け位置としては特に限定されさないが、図１に示す可撓
性膜堰１２の特定の断面において、この断面に沿って配
置することが好ましい。

【００３８】それぞれの傾斜計４２は、演算装置４４と
電気的に接続されており、測定された傾斜角度のデータ
を演算装置４４に送ることができるようになっている。
演算装置４４では、これらのデータから、演算装置４４
において演算を行って可撓性膜１２の形状を推定し、可
撓性膜堰１０の堰高さＨを算出できるように、あらかじ
めプログラムが組まれている。本実施形態の堰高さ検出
装置４０は、傾斜計４２と演算装置４４とを含んで構成
されている。

【００３９】ここで、可撓性膜１２の起立状態での所定
位置での傾斜角度データから可撓性膜１２の形状を推定
し、可撓性膜１２の高さ（すなわち、可撓性膜堰１０の
堰高さＨを算出する計算過程を説明する。

【００４０】まず、図３に概念的に示すように、可撓性
膜１２に対し断面二次元を仮定し最上位部分を基準点
Ｏ、基準点Ｏから水平方向上流に向かってＸ₁軸、下流
に向かってＸ₂軸、鉛直下方に向かってＹ軸をとる。以
下、単にＸ軸というときは、想定している可撓性膜の部
分に応じて、Ｘ₁軸、Ｘ₂軸のいずれかをとるものとする
が、以下の各パラメータにおいて、上流側と下流側とを
特に区別する必要があるときは、上流側を「１」、下流
側を「２」の添字で区別するものとする。また、可撓性
膜の下側部分の上流側接地点をＡ、下流側接地点をＢと
する。

【００４１】この断面二次元において、可撓性膜１２に
関し微小部分を考え、以下のように定義する。

【００４２】Ｔ：可撓性膜の張力 ΔＰ：可撓性膜の内外差圧Ｒ：可撓性膜の各部位での曲率半径ｄＬ：微小部分の長さｄＸ：微小部分のＸ軸方向成分ｄＹ：微小部分のＹ軸方向成分， ψ：微小部分での接線が水平面と成す角Ｄ₁：可撓性膜の下側部分とＹ軸との交点から上流側接
地点Ａまでの距離Ｄ₂：可撓性膜の下側部分とＹ軸との交点から下流側接
地点Ｂまでの距離Ｌ₁：上流側での可撓性膜の周長Ｌ₂：下流側での可撓性膜の周長Ｓ₁：上流側断面積Ｓ₂：下流側断面積 β₁：上流側立上角（上流側設置点Ａでの接線が水平面
と成す角） β₂：下流側立上角（下流側設置点Ｂでの接線が水平面
と成す角）とする。

【００４３】ここで、可撓製膜の張力Ｔに関し、

【００４４】

【数１】

【００４５】が成り立つ。

【００４６】また、上記定義から、

【００４７】

【数２】

【００４８】

【数３】

【００４９】

【数４】

【００５０】が成り立つ。

【００５１】ここで、可撓性膜１２の張力Ｔは、周上で
一定であるので、

【００５２】

【数５】

【００５３】これを下流側で積分すると、

【００５４】

【数６】

【００５５】となって、張力Ｔが求まる。

【００５６】Ｄ₂については、まず、式（３）及び式
（４）から、

【００５７】

【数７】

【００５８】となる。ψ₂とＹの関係は、

【００５９】

【数８】

【００６０】と表す（但し、ΔＰ（Ｙ）＝ｆ２（Ｙ）・
ｄＹ）と、

【００６１】

【数９】

【００６２】となり、Ｄ₂について、

【００６３】

【数１０】

【００６４】と求まる。

【００６５】下流側の周長Ｌ₂については、式（３）、
（４）、（８）より

【００６６】

【数１１】

【００６７】なので、これを下流側の弧ＯＢについて積
分し、

【００６８】

【数１２】

【００６９】を得る。

【００７０】下流側断面積Ｓ₂については、まず、微小
断面積ｄＳ₂が

【００７１】

【数１３】

【００７２】と表されるので、これを下流側の孤ＯＢに
ついて積分し、

【００７３】

【数１４】

【００７４】を得る。

【００７５】下流側接地点Ｂの座標Ｘ₂、Ｙに関して
は、式（９）を積分して、

【００７６】

【数１５】

【００７７】という関係が求まる。

【００７８】上流側立上角β₁については、式（１）、
（２）、（４）より

【００７９】

【数１６】

【００８０】と求まる。

【００８１】このように、可撓性膜１２の形状を、傾斜
計４２によって測定された所定位置での傾斜角度から特
定し、堰高さＨを求めることができる。特に、少なくと
も３点での傾斜角度が得られれば、可撓性膜１２の形状
をより正確に知ることができるので、堰高さＨとしても
より正確な値を得ることができる。しかも、堰高さＨを
検出するために、可撓性膜１２の内部に従来のような可
撓性長尺体等を配置する必要がない。このため、可撓性
幕１２の起立及び倒伏を繰り返しても、可撓性長尺体が
絡み合ってしまうことはなく、長期にわたって確実に、
堰高さＨを検出できる。

【００８２】また、図１では傾斜計４２が可撓性膜１２
の内面に設けられているものをあげているが、傾斜計４
２は可撓性膜１２の外面に設けることも可能である。傾
斜計の点検・修理や保守管理の容易さからは、可撓性膜
１２の外面に設けることが好ましい。

【００８３】傾斜計４２の具体的構成については特に限
定されず、要するに可撓性膜１２の所定位置に取り付け
られて、この所定位置での可撓性幕１２の傾斜角度を測
定できればよい。例えば、一般的に使用されている加速
度計を使用することができる。

【００８４】図４には、加速度計４６を本発明の傾斜計
として使用した状態の概略を、図１の点Ｐ₁に加速度計
を取り付けた場合を例として示している。

【００８５】加速度計４６は、加速度を測定する方向
が、可撓性膜１２の法線方向と一致するように、可撓性
膜１２に取り付けられる。ここで、点Ｐ₁での可撓性膜
１２の傾斜角度ψのとき、加速度計４６によって測定さ
れる力ｆは、ｆ＝ｇ・ｃｏｓ（ψ）となるので、 ψ＝ｃｏｓ^-1（ｆ／ｇ）と求めることができる。

【００８６】傾斜計として、図５に示すものを使用して
もよい。この傾斜計５２は、可撓性膜１２に取り付けら
れる球状の密閉容器５４を有している。密閉容器５４に
は、空間５６を残すようにして液体５８が封入されてお
り、この液体５８の液面（水平面）を基準に、可撓性膜
１２の傾斜角度ψを測定することができるようになって
いる。

【００８７】上記したいずれの構成の傾斜計において
も、従来のような光学精密機器等を使用する必要がな
く、しかも可撓性膜１２内の環境を一定に維持する必要
もないので、低コストとなる。例えば、可撓性膜１２内
に液体を流入して起立させる構成のものであっても、本
発明を適用できる。

【００８８】

【発明の効果】本発明は上記構成としたので、低コスト
で且つ確実に可撓性膜の堰高さを検出でき、しかも修理
や保全管理等も容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る可撓性膜堰の起立時
の断面図である。

【図２】可撓性膜堰を下流側から見た正面図である。

【図３】本発明の可撓性膜堰の堰高さ検出方法におい
て、堰高さの演算に使用されるパラメータの定義を示す
定義図である。

【図４】本発明の可撓性膜堰の堰高さ検出装置におい
て、傾斜計として加速度計を使用した場合の傾斜角度測
定方法を示す説明図である。

【図５】本発明の可撓性膜堰の堰高さ検出装置におい
て、傾斜計として図４に示すものとはことなるものを示
す断面図である。

【図６】従来の堰高さ測定装置を示す説明図である。

【図７】従来の堰高さ測定装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１０可撓性膜堰１２可撓性膜１８河床コンクリート４２傾斜計（傾斜角度測定装置）４４演算装置５２傾斜計

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の供給により起立し流体の排出によ
り倒伏する可撓性膜により構成された可撓性膜堰の堰高
さを検出する堰高さ検出方法であって、前記可撓性膜が起立した状態で可撓性膜の特定位置での
傾斜角度を測定する傾斜角度測定工程と、前記傾斜角度測定工程によって得られた可撓性膜の特定
位置での傾斜角度から可撓性膜の高さを演算する演算工
程と、を有することを特徴とする可撓性膜堰の堰高さ検出方
法。
【請求項２】前記傾斜角度測定工程において、少なく
とも３箇所で可撓性膜の傾斜角度を測定することを特徴
とする請求項１に記載の可撓性膜堰の堰高さ検出方法。
【請求項３】前記傾斜角度測定工程において、前記可
撓性膜が起立した状態で特定の周方向断面において可撓
性膜の傾斜角度を測定することを特徴とする請求項２に
記載の可撓性膜堰の堰高さ検出方法。
【請求項４】流体の供給により起立し流体の排出によ
り倒伏する可撓性膜により構成された可撓性膜堰の堰高
さを検出する堰高さ検出装置であって、前記可撓性膜の特定位置に配置され可撓性膜の傾斜角度
を測定する傾斜角度測定装置と、前記可撓性膜の起立状態で前記傾斜角度測定装置によっ
て測定された可撓性膜の特定位置での傾斜角度から可撓
性膜の高さを演算する演算装置と、を有することを特徴とする可撓性膜堰の堰高さ検出装
置。
【請求項５】前記傾斜角度測定装置が、前記可撓性膜
の互いに異なる位置で複数設けられていることを特徴と
する請求項４に記載の可撓性膜堰の堰高さ検出装置。
【請求項６】前記傾斜角度測定装置が、前記可撓性膜
の特定位置での重力の特定方向成分を測定可能な加速度
計とされていることを特徴とする請求項４又は請求項５
に記載の可撓性膜堰の堰高さ検出装置。
【請求項７】前記傾斜角度測定装置が、前記可撓性膜
において想定された二次元断面の少なくとも３箇所に配
置されていることを特徴とする請求項４〜請求項６のい
ずれかに記載の可撓性膜堰の堰高さ検出装置。
【請求項８】流体の供給により起立し流体の排出によ
り倒伏する可撓性膜により構成された可撓性膜堰であっ
て、請求項４〜請求項７のいずれかに記載の可撓性膜堰の堰
高さ検出装置を備えていることを特徴とする可撓性膜
堰。