JP2582620B2 - 自動操作装置を備えた上流水位調節ゲート - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は水路を分水させるために水路を塞ぎ止め水位
を一定の高さに上昇させたり、または水路の余剰水のみ
を排水する目的をもって設置されるゲートを無人無動力
で自動操作する自動操作装置を備えた上流水位調節ゲー
トに関する。

（従来の技術） 従来より、水路を分水させるために、水路中に設置
し、水路を塞ぎ止め水位を一定の高さに上昇させ、また
余剰の水は排水させるようにしたものとして使用されて
いるものにテンタゲートがある。

この従来使用されているテンタゲートを第４図、第５
図を用いて説明する。

ゲート１の設置された水路の側壁の外面部にはゲート
１上流側の水が、側壁に設けた流入口２を通して、流れ
込む静水池３が設けられ、静水池３には、十分に巾を大
きくされた欠口堰４を介してフロート室５が連通してい
る。またフロート室５とゲート１下流側の水路との間の
側壁には小径の流出口６が設けられている。これによっ
てゲート１上流、静水池、フロート室、そしてゲート１
下流と連通する水路が形成される。さらにフロート室５
内には全部分が密閉されたフロート７が収納されてい
る。

ゲート１は回動自在に水平に支持された軸1aに、一対
のアーム1bが固着されている。そして一対のアーム1bの
上流端に軸1aを中心とする円筒の一部から成る扉体１−
ｃが固着され、他端の下方にはカウンタウェィト1dが装
着され、さらに軸1aから上流側の上方に向って突き出さ
れたフロートアーム1eの先端にバー1fが回動自在に懸垂
されて、その下端にフロート７が固着されている。フロ
ートアーム1eは、アーム1bの上流側の長さに比して十分
に小さくされ、カウンターウェィト1dの重さはフロート
７のほぼ中間の高さに吃水線がある状態において均衡す
るようにされ、バー1fの長さは、上記の吃水線と扉体1c
の下端が同時に堰上げすべき水位と等しくなるようにさ
れている。

上記構成において、ゲート１の上流の水路の水位（以
下上流水位と云う、下流についても同じ）が低くなっ
て、欠口堰４上の越流深が小さくなれば、フロート室５
内の水位が下降してゲート１が閉じられるがフロートア
ーム1eの長さが十分に小さくされているので、降下量が
同じならフロートアーム1eの長いものより大きく回転
し、ゲート１はぴったりと閉じられて、水路の水は排水
されなくなるので上流水位が高くなる。（なお、フロー
トアーム1eの回転角度が同じなら降下量が小さくな
る。）上流水位が高くなれば、ゲート１が開かれて水は
排水され、上流水位は低くされる。しかし欠口堰４の巾
は大きくされ、流出口６の径は小さくされているので、
フロート室５の水位は、上流水位が僅かに変動（たとえ
ば上流側の水位が増加する）するだけで大きく変動す
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記従来のゲートにおいては、テンタゲ
ートをバーによって開くために極めて大きなフロートが
必要となって、大変不経済であった。またゲートが全閉
状態に近い状態において、下流水位が高い場合には、フ
ロート室の水位が上りフロートの浮力が急激に大きくな
りゲートが開くので、ゲートの使用が事実上困難であっ
た。したがって、分水地点のゲートが接近している場合
においてはゲート使用に著しく支障をきたしていた。さ
らに扉体を作動させる力はフロートアームの長さやフロ
ートの大きさに比例するので、作動力を大きくする場合
は、フロートアームやフロートが大きくなるので、トン
ネル内等狭い場所においては使用できない問題があっ
た。

また、下流水位が堰上げるべき水位（流れを塞き止め
水位を上げる以下計画水位と云う）に近づいた場合、下
流水位によってゲートが上昇したままとなり、このため
上流水位の下降が早くなったり、水が逆流したりして、
計画水位に対する上流水位の誤差が大きくなることや洪
水になって、堰上げる必要がなくなっても、開いたゲー
トの下端が水面附近に留まり、その後、数十糎水位が上
昇するまで待たないとゲートは上昇することができず、
流木、その粗大物の流れを阻げるという問題点があっ
た。

また従来においては、上流水位と下流水位の水位差を
利用して、フロートを昇降させて、ゲートを開閉するも
のであったが、その利用し得る水位差（以下利用可能水
位差と云う）を増大させて大きくする工夫がなされてい
なかったので、上流と下流の水路の水位差が小さい場
合、下流側の水位によってフロートが昇降するので、ゲ
ートの作動が正確に行なわれず、上流水位の誤差が大き
くなる問題点があった。

さらに、従来においてはフロートの全部分が密閉され
ているので、フロートが均衡する吃水線（以下中立線と
云う）が、フロートに付随して下降するので、水量が少
なくなれば、少しずつフロートを下降させようとして
も、中立線が大きく一気に降下してしまう問題点もあっ
た。

そこで、フロートの降下量を小さくするために、フロ
ートアーム1eの長さをゲート８のアーム1bの上流側の長
さの数分の一に短かくして、フロート７の降下作用を弱
めていたが前記利用可能水位差、のほとんど９割位まで
中立線が無駄に下降し、作動力と役立てられるのは利用
可能水位差の１割に過ぎなかった。

本発明は上記問題点を解決することを課題としてなさ
れたものである。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するための手段として、本発明の自動
操作装置を備えた上流水位調節ゲートは上下方向可動の
ゲート１を設けた水路の側壁の外側に、該側壁に設けた
流入口２を介して、ゲート１上流の水が流れ込む静水池
３を設け、該静水池３内に内部にフロート７を備えたフ
ロート室５を設け、前記静水池３内に該静水池３上部と
前記フロート室５下部とを連通させる注水装置９を設け
ると共に前記フロート室５の下部から前記ゲート１の下
流の水路に連通する吸水管10を設け、前記フロート７の
内部に密閉部7bと、静水池３の水を導入する導水部7aと
を設けると共に該導水部7a上端に通気孔7dを設け、前記
フロート７の上部と前記ゲート１の上部に、前記フロー
ト７の動きを前記ゲート１に伝達する連動装置12を設け
た構成としたものである。

本発明においては、フロート室５内に一端が開口され
た吸水管の他端を水路側壁から突出させてゲートの直下
流の水底のやや上方に開口させる。またフロート室内の
管の一端を狭搾させる。これによって、水路の流勢を利
用して、フロート室の水を積極的に吸出してフロート室
の利用可能水位差を大きくする。これによってフロート
は降下する。

また、フロート７は上下に密閉部を設け、中間部に水
が入る導水部を設ける。そしてそれによって中立線が過
大に低下しないようにするとともに上部の中央の部分を
密閉部（中子部と云う）にして適度に中立線を低下させ
る。

なお導水部の下端はゲートが使用を停止されて引き揚
げられた状態（以下使用停止状態と云う）において計画
水位と等しくなる高さとされ、中子部の高さは扉体の下
端が計画水位と等しい状態（以下全開状態と云う）にお
いて計画水位と等しくなる高さとする。

以下、全てのゲート１の開度について、それぞれの開
度の状態において、水の流入が全くない場合のフロート
室５の水位を最低水位、これと計画水位の中間の水位を
中間水位とするが、先ず、全開状態においてはフロート
の下部の全部が密閉される部分（以下密閉部と云う）の
大きさによって、中立線が中間水位と一致するように
し、これより閉じた状態においては、中子部7cが導水部
7aの水中に水没する事によって中立線がほぼ中間水位に
一致するようにする。

（作用） 以上のように構成したので、水流に直角に吸水管10を
突き出して開口した場合の作用は、ピトー管を水流に直
角に向けて流水中に入れると、管内の水面が流水の水面
より水流の速度水頭分だけ低くなることから、下流水位
が計画水位に近くなっても、フロート室５内の利用可能
水深は十分に大きくなるので、上流水位の誤差が大きく
なる事はなく、また全閉に近い状態においては利用可能
水位差が大きくなってかつフロート７が小さくなる。

またフロート７の改良については、導水部7aと中子部
7cとが連携されて、全てのゲート開度の場合に、中立線
がほゞ中間水位と等しくされて、利用可能水位差が無駄
なく二分されて開と閉の作動力として役立てられている
ので極めてフロート７が小さくなって経済的となり、ま
た、全閉に近い状態において、下流水位が著しく高い場
合にも作動が容易である。また大きな作動力が得られ
て、テンタゲート以外の抵抗の大きな機種のものも操作
し得る。また洪水になって下流水位が計画水位と等しく
なれば、堰上げ作用は自動的に停止され、計画水位よ
り、僅かに水位が高くなればフロート室５の水位と、フ
ロート７内の水位が等しくなって密閉部の作用によっ
て、ゲート８は上昇を始め導水部7aの水は逆流して排出
され、中立線の標高は変らないので、一旦上昇を始めれ
ば水路の水位が、そのままであっても上昇を続け、人為
的に使用を停止するために引き揚げられる停止状態まで
自動的に上昇し、ストッパーに押し付けられて静止した
姿勢で洪水を迎えるので、仮に、流木等流下して来ても
何等支障を来たさず、通過さすことができる。

また、洪水が去って再び堰上げるべき状態となれば、
フロート室５の水位が吸水管10の作用によって低くなる
ので、ゲート８は自動的に下降し始め、導水部7aに水が
流入して下降が続けられ、再び堰上げ作用が開始され
る。以上吸水管と導水部によって従来技術の問題点を解
決される。

（実施例） 次に本発明の一実施例を第１図乃至第３図にもとづい
て説明する。第１図及び第２図と同一の部分には同一の
符号を付して詳細な説明は省略する。図においてローラ
ゲート８（以下ゲートと云う）を設けた上流水路の側壁
に、その側壁に形成された流入口２を介して静水池３が
設けられている。そしてこの流入口２より静水池３に流
れ込だ水の水面のやゝ下方に水を受ける注水槽9aとその
底部に開口接続したＬ状の注水管9bとからなる注水装置
９の注水槽9aが開口している。注水装置９の注水管9bの
他端は静水池３内に収納されたフロート室５の下部に開
口している。この注水槽9aの一辺は十分に大きくされて
いるが深さは10cm程度とされている。またフロート室５
の下部にはフロート室５の水をローラゲート８より下流
の水路に配水する吸水管10の一端が開口し、その他端
は、水路の側壁を直角に貫通して水路中に突出し、ロー
ラゲート８の直下流の水路の底面より、やゝ上方に開口
されている。

この吸水管10のフロート室５側の開口部は狭搾されて
おり、フロート室５の下端近くから上方に直行し、水路
の底面よりやゝ上方において水平となり、水路の側壁を
直角に貫き、壁面から突出して、先述したとおり水路に
開口している。静水池３内にフロート室５が設けられて
おり、フロート室５内にはフロート７が収納されてい
る。フロート７の内部には３つの室が設けられ、上部と
下部には密閉された中子部7cと密閉部7bとが設けられ他
の部分は水が流入する導水部、7aとなっている。導水部
7aの上端のフロート壁には流入する水のために小径の通
気孔7dが設けられ大気と連通している。この導水部7aの
底面には、密閉部7bを貫通して、静水池３の水を流入さ
せる通水装置11の一端が開口している。通水装置11は、
フロート室５内においてはフロート７の底部を出たとこ
ろで３ケ所がスイベル継手とされてジグサグに走行され
伸縮自在になっている。さらに通水装置11はフロート室
５の底部の壁を貫通して静水池３に入り、上方に屈曲し
て直行し、その他端は水路のほゞ中間の高さにおいて、
静水池３内の水中に開口されている。これによってフロ
ート７内の導水部7aと静水池３が通水装置11によって連
通される。

またフロート７とローラゲート８の上部にはフロート
７の動きをローラゲート８に伝達する連動装置12が設け
られている。連動装置12は、フロート７とローラゲート
８の上部に水平で回動自在に支持された連動軸12aにピ
ンホイールからなる主動ホイール12b及び従動ホイール1
2cが装着され、それぞれにいずれもピンラックから成る
主動ラック12d及び従動ラック12eが噛合され、その下端
すなわち主動ラック12dの下端にフロート７、従動ラッ
ク12eの下端にローラゲート８が固着している。なお詳
述すれば、従動ホイール12cに対する主動ホイール12bの
径の比は、これを小さくする事による装置自体の工費の
増加とこれを大きくする事によるフロート室５の堀り作
業のための土木工事費の増加が勘案されて適当に決定さ
れている。

さらに構成の詳細について説明をする。流入口２とロ
ーラゲート８の間の距離は、ゲート８の下方が部分的に
圧力水頭が低くなっているので、その影響を受けないよ
うに十分に大きくされ、その高さは、水路の底面よりや
ゝ高くされ、静水池３の大きさはとくに制限はなく、フ
ロート室５を収納するのみであり、フロート室５とフロ
ート７の間の側方隙間は極力小さくされているが、下方
の隙間は十分に大きくされている。

フロート７の平面積はローラゲート８の全ての開度に
ついてその抵抗とフロート室５の最低水位から所要の平
面積を求めてその中の最大の平面積とされる。フロート
７の下方の密閉部7bの上端の位置はローラゲート８が使
用停止状態にされた状態において、計画水位と等しくな
るようにされ、その密閉部7bの高さはフロート７、ロー
ラゲート８及び連動装置12を総合した中立線の位置がゲ
ート８の全開状態におけるフロート室７の中間水位（計
画水位の中間の水位）と等しくなるようにされ、中子部
7cの下端はゲート８の全開状態において計画水位と等し
くなるようにされ、フロート７とローラゲート８の動き
が等しくされた場合にはローラゲート８の下端の高さと
等しくされ、その形状は三角柱体であるがその大きさは
次のように定められる。

すなわち全開状態を出発として、閉じられる前のフロ
ート室の最低水位から例えば10cm閉じられた後のフロー
ト室７の最低水位を差引いた値の半分に、フロート７の
平面積を剰じた値を10cmで除して正方形の角柱の平面積
を求めさらに２分の１乗して、正方形の断面の一辺の長
さを求め、これを繰返して、各四角柱の真中の高さを結
ぶ折線と近似する三角柱体とされるが、幾つの角錐台に
よって近似させるかと云う事は下流水路の特性によって
異なる。

ローラゲート８については公知のものであり、特に説
明すべき事項はない。

以上のように構成された自動操作装置を備えた上流水
位調節ゲートについて作用を説明する。上流水位が注水
槽9aの上端と等しくなればフロート室５内の水位は下流
水位よりも速度水頭分だけ低くなり、ゲート８が全閉に
近い状態においては、速度水頭はほぼ上下流の水位差に
等しいので利用可能水位差は、理論的には従来技術の２
倍になるが極限まで、フロート室５内の水位が低下する
には時間がかかり、また注水槽9aからの流入がないと信
号が途切れて好ましくないので実用上利用可能水位差は
1.5倍に抑えられている。したがって、上流水位が注水
槽9aの上端と等しくなる事はない。また上流水位が上昇
する場合には、注水槽9aの周長は十分に大きくなってい
ることと吸水管10の上流端は狭搾されているので、僅か
に上流水位が上昇すれば、フロート室５内の水位は、ほ
ぼ上流水位と等しくなり、要すれば上流水位が僅かに変
動すればフロート室５内の水位は上流水位と、これよ
り、上下流水位差の1.5倍低い最低水位の間において上
下することになる。またフロート７の中子部7cの大きさ
が、適当されていて、中立線の高さは全ての状態におい
て、上記の上流水位と最低水位の中間の中間水位とほぼ
等しくされているので、開閉自在である事は勿論であ
り、上流水位が僅かに低下すると、フロート室５内の水
位が大きく低下し、フロート７が降下して、ローラゲー
ト８が閉じ上流水位が僅かに上昇するとフロート室５内
の水位が大きく上昇して、ローラゲート８は静止状態と
なるが、その際フロート７が僅かに降下すると、フロー
ト室５内のフロート７の側方の隙間が極力小さくされて
いるので、フロート７の底面にあった水が隙間に移動し
て水面が大きく上昇し、作動力が消失し、ゲートは停止
され、したがって、その動きは、極めて小刻みであり、
肉眼では、ゲート８の連動は確認できない。開く場合の
作動についても、同様である事は勿論であるが、鉄砲水
等異常な出水があり、急激に開く必要がある場合には、
フロート７の上昇に伴なって、フロート室５内の水面
が、吸水管10にひかれて低下しても絶えず水が補給し続
けられるので、ローラゲート８は停止する事なく連続的
に上昇を続ける。ここで利用可能水位差の利用効率につ
いて補足する。前述した通り、従来技術においては利用
可能水位差の１割が作動力として利用されるに過ぎなか
ったが本発明においては明らかに５割が利用されるので
利用効率は５倍となる。

次に従動ホイール12cに対する主動ホイール12bの径の
比について補足する。この比率は自重に対する所要の作
動力の比に比例するので通常は５割程度であり、従来技
術においては、扉体の動きに対するフロート７の動きは
４乃至６分の１であったが本発明のフロート７の利用効
率は少なくとも２倍となった。したがって本発明は吸水
管10の使用によって1.5倍、導水部の使用によって10
倍、合計15倍にフロート７の作動力が強化された。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、フロー
トに水を導入する導入部を設けると共にフロート室に、
フロート室内の水を排水させる吸水管を設けたものであ
るから、フロートの作動力を飛躍的に高めることができ
る。これによってこの技術をあらゆる機種に適用でき、
適用範囲が広がる効果がある。また洪水時においては、
予め十分な高さまで自動的に上昇してから洪水を迎える
事になり、しかも無人無動力でああるから中小河川に最
適のゲートとなるので利用範囲が拡大される。さらに構
造も簡単、作動原理も範囲であるため保守も容易である
などのすぐれた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す平面図、第２図はゲー
ト及びフロートの中間開きの状態を示すために第１図を
II-II線で縦断面した図、第３図はゲート及びフロート
の停止状態を示すために第１図をIII-III線で縦断面し
た図、第４図は従来例を示す平面図、第５図は従来例を
示す第４図のＶ−Ｖ線に沿う一部断面側面図である。 １……ゲート、２……流入口 ３……静水池、５……フロート室 ７……フロート、7a……導水部 7b……密閉部（7c……中子部）、7d……通気孔 ９……注水装置、10……吸水管 12……連動装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下方向可動のゲートを設けた水路の側壁
   の外側に、該側壁に設けた流入口を介して、ゲート上流
   の水が流れ込む静水池を設け、該静水池内に内部にフロ
   ートを備えたフロート室を設け、前記静水池内に該静水
   池上部と前記フロート室下部とを連通させる注水装置を
   設けると共に前記フロート室の下部から前記ゲートの下
   流の水路に連通する吸水管を設け、前記フロートの内部
   に密閉部と、静水池の水を導入する導水部とを設けると
   共に該導水部上端に通気孔を設け、前記フロートの上部
   と前記ゲートの上部に、前記フロートの動きを前記ゲー
   トに伝達する連動装置を設けたことを特徴とする自動操
   作装置を備えた上流水位調節ゲート。