JP2013249584A

JP2013249584A - 水門

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Publication number: JP2013249584A
Application number: JP2012122992A
Authority: JP
Inventors: Takami Tsunoda; 隆美角田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2013-12-12
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: JP5361096B1

Abstract

【課題】本発明は、構造が簡単であって、本川の増水時に自動でゲートを閉鎖することができ、また、平水位ではゴミが溜まらずメンテナンスフリーである水門を提供する。
【解決手段】本川と、堤内地からの排水路と、の合流地点の堤体に設けられる水門において、河床又は堤体に一端又は両端を固定した鉛直軸と、前記鉛直軸を中心軸として該中心軸に遊嵌されて回動可能な鋼管と、該鋼管を上流側の位置に固設して該鋼管を中心として該鋼管の回動と共に水平方向に回動して前記排水路を閉鎖する片開きのゲートと、該ゲートの下流側の位置で前記本川側に９０〜１２０度の角度で突き出すように該ゲートに固設された受圧板と、を少なくとも備え、該水門近傍の前記堤体の本川側が略鉛直面であり、該鉛直面と、前記鉛直軸と、が略同一面に位置することを特徴とする水門。
【選択図】図１

Description

本発明は、堤内地の水路と本川との合流地点に設けられる水門であって、本川の増水時に本川の水が水路側に逆流することを防ぐための水門閉鎖が、本川の増水流を利用して自動で閉鎖可能な水門に関するものである。

近年、台風やゲリラ豪雨などの集中豪雨が多発しており、それに起因する水害による人的被害や経済的被害が多数出ている。

河川の上流部でゲリラ豪雨が発生すると、本川が急に増水し、降雨量の比較的少ない川下の集落排水路などに逆流して、該排水路で氾濫して、田畑、道路、人家などが冠水するという問題があった。

そこで、従来、排水路と本川との合流地点にスライド式のゲートを設けて、本川の増水時に、人力又は遠隔操作若しくは自動による電力等の動力でゲートを閉鎖することが行われていた。例えば、川の水位を自動で感知して、スライドゲートを閉鎖する水門の先行技術が開示されている（参考文献１）。

特開平９−２７９５４２号公報（〔０００７〕、〔００１３〕、〔図３〕、〔図６〕）

特許文献１の先行技術には、川の水位を自動で感知して、人力で、又は、遠隔操作で電気動力を用いて自動で、ゲートを閉鎖することが開示されているが、人力の場合は、増水の中、人がゲートを閉めに行くという危険が伴い、また、電動の場合には、落雷等による停電でゲートが閉鎖できないという問題があった。

また、通常、水門は、堤防を掘削して堤体に、入り江のように引込み部を設けて、ゲートを設置するので、その引込んだ部分にゴミ等が溜まり掃除等のメンテナンスが必要だという問題があった。

本発明は、これらの問題を解決したものであって、構造が簡単であって、本川の増水時に自動でゲートを閉鎖することができ、また、平水位ではゴミが溜まらずメンテナンスフリーである水門を提供するものである。

上記の目的を達成するために、本川と、堤内地からの排水路と、の合流地点の堤体に設けられる水門において、河床又は堤体に一端又は両端を固定した鉛直軸と、前記鉛直軸を中心軸として該中心軸に遊嵌されて回動可能な鋼管と、該鋼管を上流側の位置に固設して該鋼管を中心として該鋼管の回動と共に水平方向に回動して前記排水路を閉鎖する片開きのゲートと、該ゲートの下流側の位置で前記本川側に９０〜１２０度の角度で突き出すように該ゲートに固設された受圧板と、を少なくとも備え、該水門近傍の前記堤体の本川側が略鉛直面であり、該鉛直面と、前記鉛直軸と、が略同一面に位置することを特徴とする。

この構成を採用することにより、請求項１に係る水門は、本川と、堤内地からの排水路と、の合流地点の堤体に設けられる水門であり、一端又は両端が固定されている鉛直軸と、該鉛直軸を中心軸として、その中心軸に嵌めて回動することができる鋼管と、上流部の位置に該鋼管と剛接合し、該鋼管を中心に該鋼管の回動と共に水平方向に回動して排水路を閉鎖する片開きのゲートと、該ゲートの下流部で本川方向に突出して固定された受圧板と、を少なくとも備えている。本発明に係る水門は、平常の水位であれば、ゲートは鉛直軸から下流方向に向かって、堤体から鋭角に開いた状態となっている。そして、本川の増水時には、本川を勢いよく流れ下る水流が、本川の流れに対して略直角方向に突き出した受圧板に当たり、該受圧板を下流に押し流そうとして、受圧板は下流に動く。すると、受圧板の移動によって、該受圧板と剛接合したゲートは、鋼管と共に、鉛直軸を中心軸として排水路を閉鎖するように回動して、排水路の出口部（合流点）と接触して閉鎖した後、該出口部を押圧して完全に閉鎖し続ける。即ち、ゲートは増水の流れによって排水路の出口部が閉鎖され、増水中は、ずっと増水流によって閉鎖を保持することができる。したがって、本川の水流によって自動でゲートを閉鎖することができるので、増水時に人が水門を閉鎖しに行く危険がなくなり、また、落雷や漏電による停電時に動力が亡失しても確実に水門を閉鎖できる。

本願発明に係る水門は、水門近傍の堤防の本川側の面が鉛直面であり、水門の鉛直軸は、該鉛直面とほぼ同一面上になっている。よって、堤防の本川側がほぼ鉛直の連続面となっているので大きな緩流部ができず、そこにゴミが溜まらない。したがって、平常時は、ゴミが溜まらないので、ごみ取りの清掃をする必要がなくメンテナンスフリーとなり、清掃にかかる経費を抑えることができる。

請求項２に係る水門は、請求項１に記載の水門において、前記ゲートの排水路側に遊嵌して鉛直方向に付設され上下動可能なシャフトと、河床に設けられ前記シャフトの下端部を挿嵌する固定穴と、前記シャフトの上端部を連結した浮力タンクと、を備え、浮力タンクの浮力が該シャフトの自重より大きいことを特徴とする請求項１に記載の水門。

この構成を採用することにより、請求項２に係る水門は、ゲートの排水路側にシャフトが縦向きに上下に動くように付設している。そして、シャフトの下端部は固定穴に挿嵌されており、また、上端部は浮力タンクが連結している。本川が平常の水位であれば、ゲートの排水路側の面に備えられたシャフトの下端部が、河床に開けられた固定穴に挿嵌されているので、本川の水流の力を受ける受圧板によるゲートを閉鎖方向に回動する力に対抗できる。よって、平常の水位であれば本発明に係る水門のゲートは閉鎖しない。ここで、固定穴は、受圧板とゲートが受ける本川の水流の力に対抗するので、防錆加工した鋼管が良く、その周囲をコンクリート固めて堅固に作るのが良い。そして、本川が増水することによって、平常は河川の水面上から飛び出している浮力タンクが本川の流れに浮かび、シャフトの下端部が固定穴から外れる水位まで増水すれば、浮力タンクの浮力によって、ゲートは、支えが外れて回動し排水路を閉鎖することができる。即ち、前記シャフトはゲートの開閉の閂の役目を果たすことになる。したがって、本川が大きく増水しても、その増水が排水路に逆流して、排水路から溢れることによる洪水は起こらなくなる。

請求項３に係る水門は、請求項１又は２に記載の水門において、前記ゲートの堤防側の外縁、又は、該外縁と接合する堤防面の一方又は両方に、ゴム製のパッキンを有することを特徴とする。

この構成を採用することにより、水門の閉鎖時には、ゲートと、その受け枠と、その間にあるゴムパッキンによって漏水を防ぐことができる。したがって、本川の増水による排水路への逆流を確実に防ぐことができる。

請求項４に係る水門は、請求項１又は２又は３に記載の水門において、前記鋼管を、シームレスパイプとしたことを特徴とする。

この構成を採用することにより、請求項４に係る水門の鋼管は、肉厚の大きい鋼管を使用しているので、本川の長時間におよぶ増水の水流や平常水位の水流によって発生する受圧板やゲートからのせん断力や曲げモーメントに対抗できる。したがて、鋼管の直径が１３０ｍｍから２００ｍｍ位の小径のものであっても水門が破壊されることは生じない。

請求項５に係る水門は、請求項１から４のいずれかの水門において、前記受圧板の幅を、上部より下部を狭くしたことを特徴とする。

この構成を採用することにより、平常の低水位であれば、受圧板に作用する本川の流水の力を少なくすることができるので、シャフトと固定穴にかかるせん断力と曲げモーメント力を軽減することができ、また、本川を流れてくるゴミや流木が引っかかることを防ぐことができる。また、増水時には、受圧板にかかる力を大きくしできるので、ゲートを閉鎖する力を大きくすることができる。

本発明に係る請求項１から５に記載の水門によれば、本川の増水の水流によって、自動で水門のゲートが閉鎖されるので、堤内地からの排水路に本川の増水流が逆流することはないので堤内地の洪水を防ぐことができる。また、人がゲートを閉鎖しに行く必要がないので、人が増水に流される危険性がない。

また、本発明の水門は、水門近傍の堤防の本川側の面が連続して淀みをなくしていることから、平常水位であればゴミが溜まらず、メンテナンスフリーである。

本発明の実施するための形態に係る水門であって、本発明の実施するための形態に係る水門であって、高水位における閉鎖状態の水門の模式的全体斜視図である。本発明の実施するための形態に係る水門であって、平常水位における開放状態の水門の模式的全体斜視図である。本発明の実施するための形態に係る水門であって、排水路側から見た（ａ）は開放状態の水門の模式的斜視図、（ｂ）は閉鎖状態の水門の模式的斜視図である。

本発明に係わる水門を実施するための形態について図１、２、３を用いて説明する。図１は、本発明の実施するための形態に係る水門であって、本発明の実施するための形態に係る水門であって、高水位における閉鎖状態の水門の模式的全体斜視図である。図２は、本発明の実施するための形態に係る水門であって、平常水位における開放状態の水門の模式的全体斜視図である。図３（ａ）は、本発明の実施するための形態に係る水門であって、排水路側から見た開放状態の水門の模式的斜視図、（ｂ）は閉鎖状態の水門の模式的斜視図である。

図１、図２に示すように、本発明に係る水門１は、本川２０と堤内地から流出している排水路２１との合流点に設けられる水門であって、河床２３又は堤体２２に固定した鉛直軸５と、該鉛直軸５を中心軸として、該鉛直軸５に嵌めて回動することができる鋼管４と、上流部の位置に該鋼管４を剛接合して、該鋼管４を中心に該鋼管４が回動と共に水平方向に回動して排水路２１を閉鎖する片開きのゲート２と、該ゲート２の下流部で本川２０方向に突出して剛接合した受圧板３とを、少なくとも備えている。また、本発明に係る水門１は、該水門１の近傍の堤体２２の本川２０側の面がほぼ鉛直面をしており、その鉛直面と、鉛直軸５とがおよそ同一面上に位置している。通常、受圧板３には、増水した本川２０の水流の力に対抗して、受圧板３とゲート２との接合が破壊されることを防ぐために、受圧板３とゲート２との両方に接して、かつ補強板６が水流の抵抗にならないように、上部の受圧板３はほぼ水平に、中下段部の受圧板３は本川２０側の頂点を少し下げ気味に配置して単数又は複数枚設けるのが良い。なお、最下段の受圧板３の本川２０側のの頂点が下がっていることより、受圧板３の真下の本川２０の流れが排水路２１の出口側に片寄り、その出口付近に溜まったゴミを押流すことを助長する。また、ゲート２と受圧板３は鋼製であるのが、強度、寿命や製作面で好適である。

鉛直軸５は、直径が１００ｍｍから１５０ｍｍぐらいのステンレス製、防錆処理した鋼製でできており、通常、下端が河床２３に杭のように打ち込まれて固定されている。本川２０の増水時の水流に抵抗するために、鉛直軸５に根固めのコンクリートを抱き込ませて固定するのが良い。また、増水時も含めて増水時も含めて本川２０の流れが強い場合等には上端も固定するのが鉛直軸５が強固で安定してよい。

鋼管４は、直径が１３０ｍｍから２００ｍｍぐらいのシームレスパイプで製作され、肉厚なので、鋼管４と剛に接合したゲート２から受けるせん断力や曲げモーメントに十分対抗できる。また、鋼管４は、鉛直軸５の外周面に遊嵌しているので、鉛直軸４を中心にして円滑に回動が可能である。

受圧板３は、ゲート２の下流端部の位置で、本川２０の流れを遮るように突出して剛接合している。よって、本川２０の増水時に、その増水した水流が受圧板３に当たり受圧板３を下流に押し流そうとする。すると、その受圧力によって、受圧板３と剛接合しているゲート２は、鋼管４を中心軸として回動して、排水路２１の出口を閉鎖することができる。そして、増水中ずっと本川２０の水流が受圧板３を押し続け、その力によりゲート２は閉鎖し続けることができる。なお、堤体２２の該ゲート２が接合して排水路２１を閉鎖するゲート２の外縁部分、又は、堤体２２側の部分の一方又は両方にゴムパッキン７を設ければ、漏水を完全に防止することができる。

ゲート２と受圧板３とのなす角αは、９０度ぐらいにすれば、流れの力をゲート２の回動する力に効率よく換えることができるのであるが、大河川では、増水時の水流の力が大変強いので、直角よりも少し鈍角となる方が、その力をいなすことができて水門１が破壊されることを防止できる。したがって、ゲート２と受圧板３とのなす角αは９０度から１２０度ぐらいで、本川２０の水量の規模に合わせて適宜決定するのがよい。

また、受圧板３は、上部の幅より下部の幅が狭くなっている。よって、平常の低水位３０であれば、受圧板３に作用する本川２０の流水の力を少なくすることができるので、シャフト１１と固定穴１３にかかるせん断力と曲げモーメント力を軽減することができ、そこにかかる負担を少なくすることができる。さらに、本川２０を流れてくるゴミや流木が引っかかることを防ぐこともできる。また、増水時には、受圧板３にかかる力を大きくできるので、ゲート２を閉鎖する力を大きくすることができる。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ゲート２の排水路２１側には、浮力タンクが上下動可能とするガイド１２がゲートに固設されている。浮力タンク１０にシャフト１１が取付けられており、浮力タンク１０の浮力はシャフト１１の自重より大きいので、浮力タンク１０が上昇すれば、シャフト１１も一緒に上昇するようになる。

シャフト１１の下端部は、本川２０が、平常の水位３０であれば、河床２３に設けられた固定穴１３に挿入されて閂のようになる。即ち、受圧板３が本川２０の流れから受ける力に対して、ゲート２に設けられた浮力タンク１０のシャフト１１と、それが挿入された固定穴１３とでゲート２の閂の役割を果たし、ゲート２は開いたままの状態で固定することができる。なお、固定穴１３は、防錆加工した鋼製が好適であるが、他の金属製又はプラスチック製の筒でもよい。固定穴１３の周囲をコンクリートで固めて、本川２０の水流の力に対抗できるようにするのが好適である。また、シャフト１１は、該本川２０の水流によるせん断力に抗する必要があるので、金属製のものがよく、例えば、ステンレス製や防錆処理した鋼製がよい。

ゲート２は、本川２０の水位３０が、平常の水位３０であれば、排水路２１からの流水が本川２０に流入するぐらいに開放すればよいので、通常は、ゲート２が、堤体２２に対し下流側に向かって鋭角（１０度から３０度ぐらい）となる状態になるように固定穴１３を設ける。この角度が小さすぎると排水路２１の水の流れが悪くなり、ゴミが詰まるおそれがある。また、この角度が大きすぎるとゲート２の開放時も本川２０の水流の力を大きく受けることになり、シャフト１１や固定穴１３に、常に負担がかかり悪影響を与えるおそれが出てくる。

本川２０が増水した場合には、本川２０の水位３０の上昇と共に、浮力タンク１０とそれに固定されているシャフト１１が上昇する。すると、所定の水位３０になれば、シャフト１１が固定穴１３から外れるので、閂の支えを失ったゲート２は、受圧板３からのモーメントを受けて回動し排水路２１を完全に閉鎖することができる。なお、シャフト１１と固定穴１３の上部側を少し排水路２１側に斜めにした方が、外れる際の摩擦抵抗が減りシャフト１１が外れやすくなるので好適である。また、浮力タンク１０にはストッパーが付いており、一度、浮力タンク１０が上昇してシャフト１１が固定穴１３から外れると、ストッパーにより浮力タンク１０は上昇したままの位置で固定される。なお、増水が引いて、平常の水位３０に戻ると、ゲート２を人為的に閉鎖を解くことができる。

また、本願発明に係る水門１は、該水門１の近傍の堤体２２の本川２０の面がほぼ鉛直面をしており、その同一面上に水門１が位置しているので、水門１を設置しても堤体２２と水門１が連続面となり、緩流部ができにくくそこにゴミが溜まらない。したがって、本川２０から流れてきたゴミが滞留しないのでゴミ掃除によるメンテナンスが不要となる。なお、鋼管４に直接本川２０の激しい流れがあたり、流れが乱れて緩流部ができる場合には、上流側が三角形の頂点となる流導壁（図示しない）を鋼管４の上流部に設置すれば、本川２０の水がスムーズに流れて、緩流部が出来ずに鋼管４にゴミが溜まらない。

次に、本願発明に係る水門１の施行方法の一例を説明する。まず、水門１を設置する近傍を鋼矢板で仮囲いして止水する。堤防を掘削して撤去してから、鉛直軸５を杭打機で河床２３に打設し、河床２３の地盤内に根固めのコンクリートを打設する。次に、水門１近傍の堤体２２が鉛直面になるように堤体２２を兼ねた擁壁を造る。この場合、河床２３にもコンクリートを打設した方が川の流れが制御しやすくなるので、逆Ｔ擁壁が好適となる。この時に固定穴１３も設置してコンクリートで固める。擁壁の裏込めの土砂を盛土してから、水門１本体の工事にかかる。まず、鉛直軸５に鋼管４を嵌め込み、次に、鋼管４にゲート２を剛接合する。剛接合の方法としては、鋼管４の外周とゲート２に合う角度のついたプレートをハイテンションボルトを使い摩擦接合するのが好適であるが、箇所によっては溶接も使用する。さらに同様にして、ゲート２に受圧板３と補強板６を剛接合する。そして付属の浮力タンクガイド１２、シャフト１１の付いた浮力タンク１０を取付けて、シャフト１１を固定穴１３に嵌め込み、仮囲いを撤去すれば水門１は完成となる。

本願発明に係る水門１の使用方法の一例を説明する。前述したように、本川２０の水位３０が、平常の水位３０に、ゲート２に付属しているシャフト１１を、所定の位置に設置してある固定穴１３に嵌めて、ゲート２を固定する。本川２０が増水した場合には、本川２０の水位３０の上昇と共に、浮力タンク１０とそれに固定されているシャフト１１が上昇し、シャフト１１が固定穴１３から外れるので、支えを失ったゲート２は、受圧板３からのモーメントを受けて回動し排水路２１を完全に閉鎖することができる。よって、本川２０の水位３０の上昇によって、自動でゲート２を閉鎖できるので、増水時に危険な河川に人間が近付くことなく、また、電気を使用しないので停電時においても、ゲート２を閉鎖することができる。また、本川２０の上流部のみに集中豪雨があり、排水路２１流域の雨量が少ない場合に、本川２０の水流が排水路２１に逆流して、排水路２１から氾濫することを防ぐことができる。

河川の水門として河川の規模によらず広く利用することができる。

１：水門
２：ゲート
３：受圧板
４：鋼管
５：鉛直軸
６：補強板７：ゴムパッキン
１０：浮力タンク１１：シャフト
１２：ガイド１３：固定穴
２０：本川２１：排水路２２：堤体２３：河床
３０：水位
α：ゲートと受圧板とのなす角

Claims

本川と、堤内地からの排水路と、の合流地点の堤体に設けられる水門において、河床又は堤体に一端又は両端を固定した鉛直軸と、前記鉛直軸を中心軸として該中心軸に遊嵌されて回動可能な鋼管と、該鋼管を上流側の位置に固設して該鋼管を中心として該鋼管の回動と共に水平方向に回動して前記排水路を閉鎖する片開きのゲートと、該ゲートの下流側の位置で前記本川側に９０〜１２０度の角度で突き出すように該ゲートに固設された受圧板と、を少なくとも備え、該水門近傍の前記堤体の本川側が略鉛直面であり、該鉛直面と、前記鉛直軸と、が略同一面に位置することを特徴とする水門。
前記ゲートの排水路側に遊嵌して鉛直方向に付設され上下動可能なシャフトと、河床に設けられ前記シャフトの下端部を挿嵌する固定穴と、前記シャフトの上端部を連結した浮力タンクと、を備え、浮力タンクの浮力が該シャフトの自重より大きいことを特徴とする請求項１に記載の水門。
前記ゲートの堤防側の外縁、又は、該外縁と接合する堤防面の一方又は両方に、ゴム製のパッキンを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の水門。
前記鋼管を、シームレスパイプとしたことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の水門。
前記受圧板の幅を、上部より下部を狭くしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水門。