JP2004084311A - 下流水位制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゲートの下流水位が変化したときに、扉体の作動を適切な速度に抑制し、下流に必要な水量を安定して供給することができる下流水位制御装置を提供する。
【解決手段】下流水位を検出する水位検知フロート１９をシーブ３２に巻回したワイヤーロープ３０の一端で吊持し、フロート室１１に水を供給するためのシリンダーゲート２６をワイヤーロープ３０の他端に連結し、シーブ３２を扉体７と逆方向に作動させるリンク機構に連結した。下流水位が下がったとき、シリンダーゲート２６が開いてフロート室１１に水が供給される。これにより、扉体７が急激に上昇するが、シーブ３２が逆方向に下降することで、水位検知フロート１９も下降するが喫水が元に戻るように移動し、シリンダーゲート２６が閉じて扉体７の作動が抑制され、ハンチングが解消される。また、バックウォータによる誤動作もない。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水路または河川に設けられたゲートにおいて、下流域での水の使用量に応じてゲートを制御する下流水位制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、河川や用水路から取水する場合には、上流水位及び流量を確保するために、その入口や用水路、分水工途中にゲートが設置される。従来の取水の一例として、図５に示すように、上流河川Ａから下流河川Ｂに連絡して水路１を設け、水路１に複数の分水工２ａ，２ｂ，２ｃを設置してその直下流にそれぞれゲート３ｂ，３ｃ，３ｄを設けることで、各分水工２ａ，２ｂ，２ｃに安定して水を供給するようになっている。ゲート３ａは取水ゲートになる。
【０００３】
いずれかの分水工２、例えば分水工２ｂで水を使用したとき、その上流のゲート３ｂは水の使用量に応じてゲート開度が自動的に再設定される。このような流量応答ゲートの一例を図６に示すゲートを参照して説明する。
【０００４】
図６に示すように、水路１にはゲート（テンターゲート）３ｂが設けられ、その水路１の側壁に沿って断面凹状のピット４が形成されている。
ゲート３ｂは水路１を横断する回転軸５に主アーム６が上下流方向に固定され、主アーム６の上流側に扉体７を装着し、下流側にカウンターウエイト８が設けられている。
【０００５】
ピット４内には２つの仕切板９を、上下流方向に間隔を開けて取付け、上流側から静水池１０、フロート室１１、遊水池１２と区分される。また、ゲート３ｂの扉体７の上流側が流入口１３を介して静水池１０と連通し、扉体７の下流側が流出口１４を介して遊水池１２と連通している。
【０００６】
静水池１０には、上部を開口した注水槽１５及び補水管１６が設置され、それぞれの下部はフロート室１１と連通されている。フロート室１１にはフロート１７が収容され、フロート１７の内部は遊水池１２と連通されている。また、フロート１７は回転軸５に固定したフロートアーム１８と連結されている。
遊水池１２には水位検知フロート１９が設置されており、水位検知フロート１９の下部にはロッド２０が垂直に取付けられ、その下部には弁体２１が連結され、弁体２１は下方に配した排水口２２を開閉するように位置されている。
【０００７】
このゲート３ｂは注水槽１５の上部開口（通常水位より上位置にある）と補水管１６の周壁の開口１６ａとの間の水位において通常運転するが、洪水時に水路１の水面が上限水位（注水槽１５の開口）より上昇すると、注水槽１５の上端を越流して急激に水がフロート室１１に流入してフロート１７を上昇させ、扉体７を水路１から上方に避難させる。また、水位が下限水位（補水管１６の開口１６ａ）以下になるとフロート室１１に水が入らなくなり、フロート１７の下降につれ扉体７も下降する。さらに、水位検知フロート１９が下がることにより、遊水池１２側の排水口２２が弁体２１で閉じられるが、その漏洩口２３から僅かに水が流出されるので、フロート１７が下がり扉体７が全閉される。
【０００８】
一方、ゲート３ｂの回転軸５にはギヤ機構２４が取付けられている。静水池１０に配した注水槽１５および補水管１６の取水高さの調節部はワイヤーを介してギヤ機構２４のギヤ外周部と繋がり、また、水位検知フロート１９は、ばねを介在させて同様にギヤ機構２４のギヤ外周部と繋がっている。この構成により、扉体７の開度に応じて前記ギヤ外周部が回転してワイヤーを引っ張り、水位検知フロート１９、注水槽１５および補水管１６の高さ位置が変化し、ゲート３ｂの作動する水位を補正している。
【０００９】
以上説明した構成のゲート３ｂ（３ｃ，３ｄを含む）は、下流域での水の使用量が増加して下流水位が下がった場合、または、下流域での水の使用量が減少して下流水位が上昇した場合、先ず、水位検知フロート１９が下流の水位を検知する。そして水位検知フロート１９の動作に伴い、フロート室１１の水位が変化し、フロート１７の作動によって扉体７が上昇または下降することになり、ゲート開度が調整される。
【００１０】
そこで、ゲート３ｂの直下流の水位が、開度に応じて補正された直下流の水位（以下、設定水位という）になるように、フロート室１１の排水口２２を開閉させることにより扉体７を昇降させ、流量に拘わらず、下流の分水工２ｂにおける水位をほぼ一定の水位に保つように作動している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した流量応答ゲートでは、下流の分水工２ｂにおける水の使用量が増加して水路１の水位が低下した場合に、ゲート３ｂが開くにつれて直ちに設定水位が上昇されるので、下流水位が上昇してもゲート３ｂの開動作はすぐには止まらない。したがって、ゲート３ｂが開き過ぎたために生じた洪水波により下流のゲート３ｃの水位が上昇し、さらにバックウォータ（背水）により、ゲート３ｂの直下流の水位が開度に応じた設定水位まで上昇したことを水位検知フロート１９が検知することで初めてゲート３ｂの開動作が停止することになる。よって、ゲート間の水路距離が長い場合、水位検知フロート１９がバックウォータによる水位を検知するまでに時間が掛かり、その間、ゲート３ｂはより過剰に動き、水位検知フロート１９がバックウォータによる水位を検知したときにはゲート３ｂを閉じる必要が生じ、閉じ過ぎるとまた開けるというばたつき現象が生じるという問題があった。
【００１２】
また、ゲート３ｂの応答性において、ゲート３ｂの開く速度が大きいとゲート３ｂは大きく開き過ぎてしまうことになり、その結果、水の供給量が過大となり下流の水位は高くなり過ぎてしまう。やがてゲート３ｂは閉動作に移行することになるが、今度は必要以上に閉じてしまうことになる。このようにして、従来の流量制御装置では、ゲート３ｂが開閉動作を繰り返し、水位がなかなか安定しないといった問題があった。また、その反対にゲート３ｂの開く速度が小さ過ぎると、ゲート３ｂの対応が遅れて水位の誤差が大きくなる。そこで、ゲート３ｂの適正な開閉速度が必要であるが、適正な開閉速度は流量により異なり、流量に応じた適正な開閉速度に制御するのは難かしい。すなわち、下流における分水量が急激に変化した場合には、ゲート３ｂが開閉動作を繰り返し、水位または水路の水位差が安定せず、或いはゲート３ｂの対応が遅れて水位の誤差が大きくなってしまっていた。
【００１３】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、下流域に安定して水の供給が行える下流水位制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、水路を開閉可能な扉体に、フロートアームを介して上昇下降を同じくして連動するフロートを、前記水路の側方に設けたフロート室に収容し、該フロート室の上流側に、前記扉体の上流側の水路に連通させた静水池を設けると共に、前記フロート室の下流側に、前記扉体の下流側の水路に連通させた遊水池を設け、
一端が上流下限水位位置で開口し、他端が前記フロート室に連通する注水管を前記静水池に設置し、前記注水管の径より小さい孔により前記フロート室と前記遊水池を連通させ、
前記注水管の開口部にシリンダーゲートを被冠するように設けるとともに、前記遊水池に水位検知フロートを収容させ、
前記シリンダーゲートの上方に第１のシーブを固定すると共に、前記水位検知フロートの上方に第２のシーブを配し、
該第２のシーブは、中間部を軸受して両端が交互に上下動する揺動アームの一端に支持され、該揺動アームの他端はリンク機構により前記フロートアームに連結し、前記フロートの昇降動作と逆方向に前記第２のシーブを作動させ、
前記両シーブにワイヤーロープを巻回し、該ワイヤーロープの両端部に前記シリンダーゲート及び前記水位検知フロートをべつべつに連結したことを特徴とする。
なお、揺動アームの長さまたは軸受位置を変えることで第２のシーブの変動量の調節ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明における実施の形態の下流水位制御装置を図１ないし図４に基づいて説明する。なお、従来技術で説明した部材と同等の部材は同一符号を付して説明を省略する。
図１及び図２に示すように、下流水位制御装置は、水路１の両壁に設置した軸受５ａに支持されて回転自在に回転軸５が設けられ、回転軸５に固定した一対の主アーム６の上流側端に扉体７を設けている。この扉体７を制御するために水路１に沿って設けたピット４には静水池１０、フロート室１１および遊水池１２を備えている。そして、扉体７の上流側は流入口１３を介して静水池１０と連通され、扉体７の下流側は流出口１４を介して遊水池１２と連通されている。
【００１６】
また、静水池１０には、一方を上方に開口し他方をフロート室１１に連通する略Ｌ字形状に形成された注水管２５が設けられており、注水管２５の開口部２５ａはフランジ状に形成され、開口部２５ａには上端を閉じた筒状のシリンダーゲート２６が当接されている。シリンダーゲート２６は昇降機能を有し、後述する喫水移動手段によってこの昇降動作を制御している。
シリンダーゲート２６の昇降動作において、シリンダーゲート２６が上昇したとき、注水管２５との間に隙間が生じ、開口部２５ａが開放され水が流入することになる。また、シリンダーゲート２６が最も降下した状態（当接した状態）では、開口部２５ａからフロート室１１への流入はない。なお、シリンダーゲート２６の上端には孔が明けられ、注水管２５の開口時において、開口部２５ａ周辺が負圧状態になるのを防いでいる。また、注水管２５の開口部２５ａの高さ（図１中のＨ１）は、扉体７の上流側の水路１における下限水位に設定されている。
【００１７】
図１に示すように、フロート室１１と遊水池１２とは注水管２５よりも十分小さい口径の排水口２２により連通され、フロート室１１に収納されたフロート１７は、可撓管２７を介してフロート内部と遊水池１２とを連通している。また、フロート１７は、回転軸５に上流に向けて延設したフロートアーム２８に吊持されている。これにより、フロート１７の昇降動作に連動して回転軸５が左右いずれかに回転し、扉体７をフロート１７の上昇下降動作と方向を同じくして連動させ、水路１を開閉させる構造になっている。
【００１８】
また、図１及び図２に示すように、遊水池１２に設けた筒状の防波壁２９内に水位検知フロート１９が収容され、水位検知フロート１９はワイヤーロープ３０の一端に吊持されている。ワイヤーロープ３０の他端はシリンダーゲート２６と接続され、シリンダーゲート２６は水位検知フロート１９の荷重によって吊り上げることが可能である。
【００１９】
次に、喫水移動手段の構造を説明する。図１及び図３に示すように、ワイヤーロープ３０は固定型のシーブ（第１のシーブ）３１に巻回して下方のシリンダーゲート２６を懸架し、軸心移動型のシーブ（第２のシーブ）３２に巻回して下方の水位検知フロート１９を懸架している。
軸心移動型のシーブ３２は、中間部を軸柱３３に軸受し、両端が交互に上下方向に揺動可能に設けた揺動アーム３４の一端に支持される。また、揺動アーム３４の他端は連桿３５を介してフロートアーム２８の中間部に連結してリンク機構を形成している。したがって、フロートアーム２８の回転方向の動作に対し、シーブ３２は逆方向の動作により高さ位置を変える。また、シーブ３２は扉体７とも逆方向の動作をする。
水位検知フロート１９とシリンダーゲート２６は、下流水位が水位検知フロート１９の吊り合い喫水位置にある場合、吊り合い状態になるようにそれぞれの重さを調整している。したがって、下流水位の変化、または扉体７の開度の変化によるシーブ３２の動きにより、水位検知フロート１９の喫水が移動する。
【００２０】
次に、下流水位制御装置の水位調整作用を説明する。
まず、下流での分水工２における取水量が増加すると、扉体７の直下流の水位が減少し、遊水池１２の水位が低下して水位検知フロート１９が下降する。また、水位検知フロート１９の下降に伴い、図３に示すように、水位検知フロート１９とワイヤーロープ３０で連結されたシリンダーゲート２６が上方に持ち上げられ、注水管２５の開口部２５ａが定位置より開き、注水管２５を介してフロート室１１に供給される水量が増加し、排水口２２から流出する水量以上にフロート室１１に水が流入し、フロート室１１の水位が徐々に上昇する。このフロート室１１の水位の上昇により、フロート室１１に収納されたフロート１７がフロート内部の水を可撓管２７から遊水池１２に排出しながら上昇し、回転軸５がフロートアーム２８を介して図１及び図３中の時計回り方向に回動する。これにより、扉体７も上昇して開度が増加し、分水工２における水位を回復させることができる。
【００２１】
次に、喫水移動手段のハンチング防止作用を説明する。なお、喫水は現時点の水位検知フロート１９が水面に対して接している側面の位置をいう。
前述したように、下流水位が下がって水位検知フロート１９が下がると、フロート１７は上昇する。図４に示すように、フロート１７が上昇すると主アーム６が時計回りに角度θ回動することで、扉体７が上昇する。また、フロートアーム２８に連結された連桿３５を押し上げ、揺動アーム３４が軸柱３３を中心に図４中の時計回りに回動する。これにより、図４に示すように、シーブ３２の中心位置がΔＨ下降すると、シリンダーゲート２６よりも水位検知フロート１９の方が重いので、水位検知フロート１９がその分下降して喫水が上がる。その結果、水位検知フロート１９に釣り合い以上の浮力が発生し、ワイヤーロープ３０を介してその分シリンダーゲート２６を下降させて注水管２５からフロート室１１への水量を減じる。結果として、フロート１７の上昇速度が低下し、ゲート３の開く速度が遅くなる。これにより、水位検知フロート１９の喫水がゆっくりと元の吊り合い状態に戻るようになる。この喫水のフィードバックによりシリンダーゲート２６の開度（制御量）が調節され扉体７の上がり過ぎを防ぎ、下流水位が復元される。ゆえに、ゲート３の開き過ぎによる下流の溢水は発生しない。
【００２２】
また、分水工２における取水量が急激に増加して水位検知フロート１９近傍の水位が急降下した場合には、水位検知フロート１９の下降に連動してシリンダーゲート２６が急激に上昇する。下流水位が水位検知フロート１９の吊り合い喫水位置以下にある場合は、扉体７が開くとともにシーブ３２が下降することにより、シリンダーゲート２６の位置が下降していく。下流水位がさらに回復して水位検知フロート１９の吊り合い喫水位置以上になると、喫水移動手段により、扉体７の開度に応じて水位検知フロート１９が下降するので、扉体７を必要以上の開度で開いて下流域に溢水を生じさせることはない。また、バックウォーターによる下流水位の検出よりも、水位検知フロート１９およびリンク機構におけるシーブ３２の作動が迅速であるので、扉体７が開閉動作を繰り返すハンチングを生じない。
【００２３】
また、下流水位と水位検知フロート１９の喫水線の位置が一致した吊り合い状態になると、注水管２５の開口部２５ａからの流入量と排水口２２からの流出量が同じになり、フロート室１１の水位が一定になってフロート１７の動きが安定し、ゲート３がバランスした状態になる。
また、上流の水位が下限水位以下になったとき、フロート室１１の水が排出されてフロート１７が下降し、シリンダーゲート２６が下降して注水管２５の開口部２５ａに当接し、ゲート３が閉じる。（上流水位が洪水位になったときに、扉体７を水路１から避難させる必要がある場合は、図６の注水槽１５を追加することで可能になる。）
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上の通り説明したもので、請求項１に記載の発明では、下流水位制御装置は、扉体の上流側と下流側を、静水池、フロート室および遊水池でバイパスし、水位検知フロートによる下流水位の検出によってシリンダーゲートを直接作動させ、フロート室に供給する水量を調節する。したがって、例えば、下流水位が下がったときには水位検知フロートが下降しシリンダーゲートが上がるので、フロート室に水が流入しフロートが上昇するとともに扉体が上がり、水流が増え下流水位が元に戻る。この作動によって、下流水位を許容範囲内で安定させることができる。
【００２５】
また、水位検知フロートの上方に設けた第２のシーブがフロートの昇降に追従して上下動するので、扉体が開いて流水が増加するとき、水位検知フロートが下降して喫水が移動し、シリンダーゲートを閉じる方向へ動かし水量を減じることでフロートの上昇すなわち扉体の開度を制御する。なお、水位検知フロートの急激な下降状況によってはまずは水位検知フロートの喫水移動手段によらず直接シリンダゲートが下降し、次に喫水移動手段により、扉体の急激な上昇は抑制され、扉体を必要以上の開度で開いてしまうことによるハンチング現象を防止でき、また、扉体を必要以上の時間開いて下流に溢水を生じたりすることを防止できる。
また、この構成は、シーブとリンク機構を用いた簡易なものであり、水路の設備コストを大幅に削減することができると共にメンテナンスも容易に実施でき、また、リンク機構の調整で分水工の実情に合わせて扉体の開閉動作のタイミングを任意に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における実施の形態の、下流水位制御装置の断面図である。
【図２】図１に示す下流水位制御装置の平面図である。
【図３】図１に示す下流水位制御装置の、水位検知フロートが下降してシリンダーゲートが開いた状態を示す図である。
【図４】図１に示す下流水位制御装置の、喫水移動手段のリンク機構の説明図で、扉体に連動してシーブの位置が移動される状態を示す図である。
【図５】従来の水路の全体図である。
【図６】従来の流量応答ゲートの断面図である。
【符号の説明】
１　水路
５　回転軸
７　扉体
１０　静水池
１１　フロート室
１２　遊水池
１７　フロート
１９　水位検知フロート
２２　孔（排水口）
２５　注水管
２５ａ　開口部
２６　シリンダーゲート
２８　フロートアーム
３０　ワイヤーロープ
３１　第１のシーブ
３２　第２のシーブ
３３　リンク機構（軸柱）
３４　リンク機構（揺動アーム）
Ｈ１　上流下限水位

Claims (1)

1. 水路を開閉可能な扉体に、フロートアームを介して上昇下降を同じくして連動するフロートを、前記水路の側方に設けたフロート室に収容し、該フロート室の上流側に、前記扉体の上流側の水路に連通させた静水池を設けると共に、前記フロート室の下流側に、前記扉体の下流側の水路に連通させた遊水池を設け、
   一端が上流下限水位位置で開口し、他端が前記フロート室に連通する注水管を前記静水池に設置し、前記注水管の径より小さい孔により前記フロート室と前記遊水池を連通させ、
   前記注水管の開口部にシリンダーゲートを被冠するように設けるとともに、前記遊水池に水位検知フロートを収容させ、
   前記シリンダーゲートの上方に第１のシーブを固定すると共に、前記水位検知フロートの上方に第２のシーブを配し、
   該第２のシーブは、中間部を軸受して両端が交互に上下動する揺動アームの一端に支持され、該揺動アームの他端はリンク機構により前記フロートアームに連結し、前記フロートの昇降動作と逆方向に前記第２のシーブを作動させ、
   前記両シーブにワイヤーロープを巻回し、該ワイヤーロープの両端部に前記シリンダーゲート及び前記水位検知フロートをべつべつに連結したことを特徴とする下流水位制御装置。

Images