JP2789290B2

JP2789290B2 - 大深度地下排水施設及びその運用方法

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Publication number: JP2789290B2
Application number: JP5018783A
Authority: JP
Inventors: 国雄高田; 健二大谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2013-08-20
Also published as: JPH06229000A; DE4403154A1; DE4403154C2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小河川を含む水路に流
入する雨水等の流入水を地下に設けられた流入水路に集
め、この集めた流入水をポンプ機場に導いて放流先の河
川等に放流する大深度地下排水施設に係り、特に建設費
低減が可能な大深度地下排水施設及びその運用方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、地表や地表近くの放水路から排水
を流下させる各立坑から、その排水を集めてポンプ機場
に導く大深度地下に配設された地下水路に空間を保持し
ながら運用する開水路運用と、地下水路を満管にして運
用する閉水路運用の両方の運用方法がある。

【０００３】図３０は従来の開水路運用の構成を説明す
る説明図である。

【０００４】開水路運用は地下水路１への急激な流入に
より立坑２から地上へ溢流するリスクを最小にする為、
地下水路１の径を例えば１２．５ｍと大容量化をはかり
かつ出来るだけ水位を低く保持する。

【０００５】また、本図に示すように地下水路１の終端
に設置するポンプ７の羽根車設置レベルは、地下水路１
が常に空になるように運転するため地下水路１の排水運
転の最低水位以下とする必要があり、通常最低水位Ｌ．
Ｗ．Ｌは地下水路１の底近傍レベルに設定する。そし
て、ポンプ７は角形ポンプ場に配置され、ポンプ７の起
動・停止は予め規定されたポンプ井６の水位にて行なっ
ている。

【０００６】一方、閉水路運用は少なくとも地下水路１
を満水状態にし、更に図３０の立坑２まで水位が上昇し
た状態でポンプを運転し、ポンプの排水能力を越えた流
入量がある時にそのような状態になる。

【０００７】更に、ポンプ機場への流入量は降雨情報に
より降雨量を算出し、この降雨量と降った雨が河川に流
れる割合を表す係数である流出係数から立坑への流入量
を算出し、それぞれの立坑への流入量を集計して求めて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の開水路運用を行
うポンプ機場のポンプはその設定位置を地下水路の底近
傍レベルとしているため、図３０における吐出水槽８の
水位と最低水位Ｌ．Ｗ．Ｌ間の揚程Ｈａが大きく、その
ためポンプ７の全揚程が大きくなりポンプ７及び駆動機
を含むポンプ機場設備費が高くなる。また、地下水路１
の水位を低く保持するので貯留効果が小さく、すぐ水位
が低下してポンプを停止し、短時間で水位が回復するの
で再起動しハンチングを起こすことが多い。

【０００９】そして、数Ｋｍの長さになる地下水路１の
径が大きいので大深度地下排水施設の建設費の殆どを占
める地下水路掘削工事費が高くなる。そしてポンプ７の
設置位置が地下大深度なのでポンプ機場の掘削工事費も
高くなる。

【００１０】一方、閉水路運用では開水路運用に比較し
て地下水路の水位が高いのでポンプ７の全揚程が小さく
なりポンプ７及び駆動機を含むポンプ機場設備費が少な
くなるが立坑から地上へ溢流するリスクが大きい。

【００１１】次に、従来の流出係数は流入量の予測演算
時に、降雨間隔が短いと雨が地中に浸透することなく排
水施設へ流入し、流入量が多くなることに配慮が無く、
降雨パターン間隔が変化することに対しての立坑への流
入量の推定精度が低くなり適切なポンプ機場の運転が行
われず立坑から溢流する恐れがある。

【００１２】本発明の目的は、立坑などからの溢水を防
いで、大深度地下排水施設の安定運用を図ることにあ
る。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、降雨情報に
より降雨量を算出し、該降雨量と降雨パタンと降雨パタ
ンの時間間隔で定める流出係数から立坑への流入量を算
出し、該立坑への流入量からポンプ場への流入量を算出
し、該ポンプ場への流入量を排水するためのポンプ台数
と能力を定めることにより達成される。あるいは、降雨
情報により降雨量と降雨パタンを求め、該降雨パタンに
基づいて流出係数を定め、該流出係数と前記降雨量とか
ら立坑への流入量を算出し、該流入量に基づいて排水ポ
ンプの台数を定めるポンプ運用手段を備えることにより
達成することができる。この場合において、降雨情報と
して、雨量レーダの計測データに基づいて予測した降雨
量データと雨量計により実測した降雨量データを用いる
ことが好ましい。また、立坑への流入量の算出結果に基
づいて、立坑からポンプ井に至る地下水路の流量と水位
及びポンプ井への流入量と水位とを解析し、その解析結
果に基づいて排水ポンプの運転シミュレーションを行っ
て排水ポンプの運転台数、吐出量及び運転停止のタイミ
ングを決めるとともに、運転シミュレーション結果を地
下水路の流量と水位の解析にフィードバックすることが
好ましい。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【作用】一般に降雨パターンは降雨量が時間の経過と共
に増加しピークを経て下降しゼロとなり、次の降り始め
迄の時間間隔により土中への浸透度が異なり、例えば時
間間隔が短いと土中へ浸透せず立坑への流入量が多くな
る。したがって、降雨パターンに基づいて流出係数を変
えて降雨量と演算して立坑への流入量を求め、これに基
づいて排水ポンプの運転台数を決めることにより、立坑
からの溢水を防ぐことができる。特に、降雨パタンと降
雨パタンの時間間隔で流出係数を変えて降雨量と演算し
て立坑への流入量を求め、ポンプ機場への流入量を精度
良く予測することにより、適切なポンプ機場の運転管理
を行い、立坑からの溢水を防いで、大深度地下排水施設
の安定運用が可能となる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図により説明する。

【００３２】先ず、大深度地下排水施設の基本的な構成
を説明する。

【００３３】図１は本発明の大深度地下排水施設の基本
的な構成を示す斜視図である。

【００３４】大深度地下排水施設は、図示のように地下
の深いところに地下水路１が埋設され、これに立坑２を
介して放水路、管渠等から雨水等が流入する。地下水路
１の下流端はポンプ機場に連通し、ポンプ機場に流入す
る流入水を、ポンプ７により放流先の河川に排水するよ
うに構成している。

【００３５】次に、開水路・閉水路共存運用を行う大深
度地下排水施設の実施例の特徴部構成について説明す
る。

【００３６】図２は本発明の開水路・閉水路共存運用を
行う実施例の構成を説明する説明図である。

【００３７】図示のように、地下の深いところに地下水
路１が埋設され、これに立坑２を介して放水路３、管渠
４、河川５等から雨水等が流入する。地下水路１の下流
端はポンプ機場のポンプ井６に連通し、ポンプ井６に流
入する流入水を、ポンプ７により放流先の吐出水槽８に
排水する。

【００３８】従来の開水路運用におけるポンプ設置レベ
ルは地下水路１の底部としているが、本実施例の開水路
運用ではポンプ７を地下水路１の中心部に設置し、排水
可能な最低水位Ｌ．Ｗ．Ｌが地下水路１の中心部とな
る。開水路・閉水路共存運用のうちの開水路運用では地
下水路１の水位を最低水位Ｌ．Ｗ．Ｌに保持し、地下水
路１はその中心部から天井迄に空間を有する開水路とな
る。一方閉水路運用では地下水路１を満管にして閉水路
とし、立坑２迄水位を上昇させることを許容する。次
に開水路・閉水路共存運用の場合のポンプ全揚程Ｈにつ
いて説明する。

【００３９】図３は本実施例の開水路・閉水路共存運用
を行う場合のポンプ起動水位を説明する説明図である。

【００４０】図４は本実施例と従来技術のポンプ特性を
説明する図表である。

【００４１】一般的にポンプ全揚程Ｈは、ポンプ実揚程
Ｈａに吐出管路損失を加えた値であり、次の式で表すこ
とが出来る。

【００４２】Ｈ＝吐出水槽水位−ポンプ起動時の水位
Ｗ．Ｌ＋吐出管路損失例えば図４の実線で示すようにポンプ実揚程Ｈａが５７
ｍ、吐出管路損失が３.５ｍとすれば全揚程Ｈは６０.５ｍ＝５７ｍ＋３.５ｍとなる。図４の点線で示すように従来の開水路運用では
この最低水位Ｌ．Ｗ．Ｌから揚水する全揚程Ｈで定格流
量が得られるように計画されている。しかし開水路・閉
水路共存運用の場合には地下水路１が満管になり立坑２
迄水位が上昇した閉水路の場合に定格流量での排水が要
求される。図３（ａ）に示すように閉水路の最高水位
Ｈ．Ｗ．Ｌからのポンプ実揚程Ｈａを３５．５ｍとすれ
ば吐出管路損失の３.５ｍは同じであるから全揚程Ｈは３９.０ｍ＝３５．５ｍ＋３.５ｍとなり、３９.０／６０.５＝０．６４４で６４．４％に
低減できる。

【００４３】図３（ｂ）に示す如く開水路・閉水路共存
運用の開水路の場合にポンプ起動時の水位Ｗ．Ｌは最低
水位Ｌ．Ｗ．Ｌとなりポンプ実揚程Ｈａは大きくなる
が、水位が低くリスクが小さいから定格流量は必要が無
くその時の全揚程Ｈで得られる流量でポンプを運転すれ
ば良い。

【００４４】そして、最低水位Ｌ．Ｗ．Ｌは地下水路１
の管径１０ｍ、ポンプ７の起動時の水位Ｗ．Ｌを管径の
３０％〜９０％とした場合、ポンプ設置位置を従来の３
ｍないし９ｍ上方に設置でき掘削工事費が低減される。

【００４５】このようにして本実施例では定格流量でポ
ンプを起動する時の水位Ｗ．Ｌが従来の最低水位Ｌ．
Ｗ．Ｌから最高水位Ｈ．Ｗ．Ｌになったことにより、ポ
ンプの能力を低減でき、ポンプを駆動するディゼルエン
ジンの出力も低減でき燃料消費も少なくなる。

【００４６】地下水路１は長大な距離により大容量の一
時貯留効果を有し、例えば管径１０ｍ、路長１０ｋｍで
約７８万ｍ³の容積を持ち、能力２００ｍ³／Ｓｅｃのポ
ンプで約６０分間の貯留時間を有し、この時間の余裕が
ポンプ７の排水開始水位を上方に設定可能に、またポン
プ７の設置位置を上方にできることになる。つまり、閉
水路運用によれば、地下水路１の管径を従来の１２．５
ｍから１０ｍに縮小することができ、地下水路１の管径
の縮小により大深度地下排水施設の建設費の殆どを占め
る地下水路１の掘削工事費を低減できる。また、貯留効
果によりポンプ７の頻繁な発停が発生するハンチングを
防止できる。

【００４７】次に開水路・閉水路共存運用に適したポン
プについて説明する。

【００４８】図５は本実施例の開水路・閉水路共存運用
に適したポンプ特性を説明する図表である。

【００４９】本図の実線で示す曲線のように開水路・閉
水路共存運用に適したポンプは、閉水路運用の場合１０
０％の定格流量で最高水位Ｈ．Ｗ．Ｌからの揚水が可能
な全揚程Ａと、例えば４０％の最少流量で開水路水位か
らの揚水が可能な全揚程Ｂとなる全揚程Ｈ−吐出量Ｑ特
性を具備したことにより、低い全揚程で定格流量の揚水
が要求される閉水路水位時と、高い全揚程で最少流量の
揚水で十分な開水路水位時の双方を同じポンプで運用で
き、ポンプ設置台数の増加を抑制することが可能とな
る。

【００５０】また、本図の点線で示す曲線のように従来
の開水路運用をおこな行うポンプは定格流量で最低水位
Ｌ．Ｗ．Ｌからの揚水が可能な全揚程Ｃが得られる場合
に最高効率となるように計画されているが、本実施例の
ポンプの効率を閉水路時と開水路時との中間の吐出流量
例えば８０％で最高となるように定めたことにより開水
路・閉水路中間運用を行うポンプ及び駆動機の設備費を
低減できる。

【００５１】そして、上記ポンプに定格流量で閉水路水
位からの揚水が可能な全揚程と、最少流量で開水路水位
からの揚水が可能な全揚程とを翼のピッチを可変する型
を用いることにより、閉水路水位時と開水路水位時の双
方を同じポンプで運用でき、ポンプ設置台数の増加を抑
制することが可能となる。

【００５２】更に、上記ポンプに定格流量で閉水路水位
からの揚水が可能な全揚程と、最少流量で開水路水位か
らの揚水が可能な全揚程のそれぞれに対応した翼を備え
た２段翼型を用いることにより、閉水路水位時と開水路
水位時の双方を同じポンプで運用でき、ポンプ設置台数
の増加を抑制することが可能となる。

【００５３】このようにして地下水路が閉水路の時にポ
ンプを定格流量で運転し、地下水路が開水路の時ポンプ
を最少流量で運転する閉水路・開水路共存運転を行うこ
とにより、地下水路の状態に拘らず大深度地下排水施設
の安定運用が可能となる。

【００５４】次に、閉水路運用を行う大深度地下排水施
設の実施例について説明する。

【００５５】図６は本発明の閉水路運用を行う実施例の
構成を説明する説明図である。

【００５６】本図に示すように閉水路運用を行う大深度
地下排水施設のポンプ井６とポンプの７間に大容量吸水
槽６１を設けたことにより、その貯留効果から地下水路
１より地上へ溢流するリスクが低減され、地下水路１の
径を縮小できる。また、大容量吸水槽６１の貯留効果に
より閉水路運用における大深度地下排水施設の安定運用
が可能となる。

【００５７】ポンプ機場の建設にあたり敷地取得が困難
な場合は大容量吸水槽６１を必要としない開水路・閉水
路共存型を選択し、大容量吸水槽６１設置のための敷地
取得が容易な場合はポンプ揚程が小さい閉水路型を選択
することにより、最少建設費の大深度地下排水施設を選
択できる。

【００５８】次にポンプ機場への流入量を正確に予測及
び制御する技術について説明する。

【００５９】上述した地下水路の一時貯留効果もポンプ
機場への流入量を正確に予測及び制御を行い、ポンプ機
場への流入量に見合った安定運用を行なうことが前提で
あり、その前提が成立しないと立坑及びポンプ井から溢
流が発生する。

【００６０】図７は本発明のポンプ機場への流入量を正
確に予測及び制御する実施例の構成を説明する説明図で
ある。

【００６１】本図に示すように雨量レーダ７１からのデ
ータにより降雨量を予測し、各ポイントに配置した雨量
計から降雨量データを収集し、降雨量予測値と降雨量デ
ータから地中に浸透せず立坑２に流入する流出量解析を
行って流出量を算出する。各立坑２に流入する流量を集
計し地下水路１管内の流れ解析を行い地下水路１の流量
と水位を算出する。地下水路１の流量からポンプ井流入
量解析を行いポンプ井６への流入量と水位を算出する。
ポンプ井６への流入量と水位からポンプの運転シュミレ
ーションを行いポンプの運転台数、吐出量、発停のタイ
ミングを決めポンプを制御すると共に地下水路１管内の
流れ解析ステップへフィードバックする。次にポンプ
機場への流入量を正確に予測する方法のうち、降雨情報
すなわち降雨量の時間変化に対し、立坑への流入量を正
確に予測する実施例を説明する。

【００６２】図８は降雨からポンプ排水決定に到る手順
のフローチャートを示す。

【００６３】図９は時間と降雨量、時間と流入量の関係
を示す図表である。

【００６４】排水の対象となる地域に降雨が有った場
合、ステップ１で降雨情報例えば１時間当り何ｍｍとい
った値から時間の変化に対する降雨量を求め、降雨と降
雨の時間間隔ΔＴにより土中への水の浸透度が大幅に異
なるため立坑への流入量が変化するから流出係数を降雨
パターンにより変更する。例えば、図９のΔＴにより流
出係数を０.３〜０.９に変化させる。ステップ２でこの
流出係数と降雨量から立坑への流入量を求め、ステップ
３でこの立坑への流入量からポンプ機場への流入量予測
手段によりポンプ機場への流入量求め、ステップ４でこ
のポンプ機場への流入量とポンプ運転方案とによりポン
プ排水量、即ち運転するポンプ台数と吐出量を決める。
図９に示すようにそれぞれの時間の変化に対する流入量
の変化パターンは遅れて行くからその予測も同じに行
う。

【００６５】一般に降雨パターンは降雨量が時間の経過
と共に増加しピークを経て下降しゼロとなり、次の降り
始め迄の時間間隔により土中への浸透度が異なり、例え
ば時間間隔が短いと土中へ浸透せず立坑への流入量が多
くなる。この降雨パタンと降雨パタンの時間間隔で流出
係数を変えて降雨量と演算して立坑への流入量を求め、
ポンプ機場への流入量を精度良く予測することにより、
適切なポンプ機場の運転管理を行い大深度地下排水施設
の安定運用が可能となる。

【００６６】そしてポンプ場への流入量の予測手段とし
て次の手段が挙げられる。

【００６７】１．物理的シミュレーションによる。

【００６８】２．上流側立坑の水位変化による。

【００６９】３．上流において鉄砲水を検知する。

【００７０】４．学習機能を有するニューロにより予測
する。

【００７１】このうち上流において鉄砲水を検知する手
段について詳細に説明する。

【００７２】図１０は本実施例の排水システムの鉄砲水
検知と到達時間の予測の手順を示すフローチャートであ
る。

【００７３】図１１は本実施例の排水システムの全体構
成図を示す。

【００７４】図１１に示すように、本実施例の排水シス
テムは、放流先河川の近傍に排水ポンプ機場２を配置
し、排水対象地域に配設された小河川を含む排水路４に
よって雨水等の排水を集め、この排水を排水ポンプ機場
２に導き、ここから河川に放流するようにしている。排
水路４は、幹線管路６と複数の枝管路８−ｉ（図ではｉ
＝１〜４）から形成されている。排水ポンプ機場２は、
図示のように、幹線水路４から流入される排水を貯留す
る図示せざるポンプ井６と、そのポンプ井６の排水を汲
み上げて放流先の河川等に放流する排水ポンプ１２と、
この排水ポンプ１２の運転を制御するポンプ制御装置１
４を含んで構成されている。

【００７５】枝管路８−１の上流地点ａとその地点より
も下流の地点ｂに、それぞれ水位検出器１６（ａ，ｂ）
が、また枝管路８−２の上流地点ｅとその下流地点ｆ
に、それぞれ水位検出器１６（ｅ，ｆ）が設置されてい
る。これらの水位検出器１６は、枝管路内の水位を検出
するものであり、静電容量式や超音波式等の周知の構成
のものが適用できる。水位検出器１６により検出された
各地点の水位検出値は、図示していない通信設備により
前記ポンプ制御装置１４に伝送されるようになってい
る。なお、他の枝管路８−３，８−４には水位検出器を
設けていないが、必要に応じて設けてもよい。すなわ
ち、流量の大きい鉄砲水で、かつ最も早く排水ポンプ機
場２に到達する鉄砲水を検知し、その到達時間を予測で
きればよいことから、本実施例は排水系の全体構成や地
形等を考慮し、排水ポンプ機場２に近く、大きな排水対
象地域をカバーする枝管路を対象とし、その枝管路にて
鉄砲水を検知するようにしたのである。

【００７６】このように構成される排水システムにおい
て、通常は、ポンプ制御装置１４の働きにより、排水ポ
ンプ機場２の内水位を基準に、排水ポンプＰ₁，Ｐ₂，Ｐ
₃の運転台数と回転数などの排水能力を自動的に制御し
て排水量を調整する。また、周知の流入量予測に基づい
て自動制御するようにする。

【００７７】ここで、図１０を用い、本実施例の鉄砲水
の検知と、鉄砲水のポンプ地点への到達時間の予測に係
る詳細構成について、動作と共に説明する。

【００７８】基本的に、鉄砲水の検知と到達時間の予測
は、水位検出器１６ａとｂ，１６ｅとｆにより検出され
た水位データに基づき、ポンプ制御装置１４にて実行さ
れる。ポンプ制御装置１４はコンピュータを含んで構成
され、水位検出器１６ａ〜ｆから伝送される水位データ
を所定のサンプリング周期ごとに取り込み、通常の入力
信号処理を施した後、メモリのデータテーブルに格納
し、この格納された水位データを適宜読み出して、図１
０に示すような処理を実行するようになっている。

【００７９】図１０に、枝管路８−１に発生した鉄砲水
にかかる処理を示す。なお、枝管路８−２についても同
様の処理になるので、ここでは枝管路８−１についての
み説明する。鉄砲水の発生（流下）はステップ３１と３
２の処理で検出する。鉄砲水の場合の水位の変化パター
ンは、急激に増大するパターンである。そこで、本実施
例では、上流地点ａの水位検出値ｈa(t)をサンプリング
し、数式１により１周期前の水位検出値ｈa(t+1)との差
を演算して、水位の増加率Δｈa(t)を求める（ステップ
３１）。

【００８０】

【数１】Δｈa(t)＝ｈa(t)−ｈa(t+1) 次に、増加率Δｈa(t)が予め定めた鉄砲水判定基準の設
定値ｋ以上か否かにより鉄砲水の発生を検知する（ステ
ップ３２）。この判定が否定のときはステップ３１に戻
って次のデータに対して同一の処理を繰り返す。肯定の
ときは、ステップ３３にて、鉄砲水の最高水位ｈｍを検
出する。この検出は、前記データテーブルの水位検出値
ｈa(t)の変化を監視し、極大値を示した検出値を最高水
位として特定することにより行う。最高水位を検出した
ときタイミングにタイマをセットして、その鉄砲水が下
流の地点ｂに到達する時間の実測を開始する（ステップ
３４）。なお、鉄砲水を検知したとき、その検知信号に
より警報などを発したり、グラフィックパネル等の表示
装置にその旨と発生地点とを表示するようにしてもよ
い。また、鉄砲水の検知は、上記の水位増加率のほか、
水位そのものが所定の設定値を超えたこと、又は排水の
濁度が異常に高くなったことを条件として検出できる。
次のステップ３５からステップ４３までは、水理計算
による鉄砲水の到達時間の予測の精度を上げるための補
正係数αを求めるステップである。到達時間の予測に用
いる原理として、周知の水理モデルから種々の方法が考
えられるが、本実施例では予測の処理時間を考慮して簡
便な段波モデルによる方法を適用した。この段波モデル
による鉄砲水の伝播速度（流下速度）ωは数式２によっ
て表される。なお、このモデルは、長方形管路の場合で
あるが、円形管路の場合はそれに合わせて変数を変形し
て適用すればよい。

【００８１】

【数２】

【００８２】ここで、ｈｏは鉄砲水前面の初期水位であ
り、Ｖは初期水位ｈｏのときの初期流速で、数式３によ
り求める。また、ｇは重力加速度である。

【００８３】

【数３】

【００８４】ここで、ｎは管路の粗度係数であり、Ｉは
管路の勾配である。従って、流下速度ωを求めれば、同
一排水管の下流地点に到達する到達時間は、そこまでの
距離をωで割算すれば求められる。

【００８５】上記の水理理論に従い、ステップ３５で地
点ａにおける初期流速Ｖａを数式３により求める。次
に、ステップ３６で数式２により流下速度ωaを求め
る。そして、ステップ３７において、数式４により、距
離Ｌabだけ離れた下流の地点ｂまでの到達時間の予測値
Ｔ'abを演算する。

【００８６】

【数４】Ｔ'ab＝Ｌab／ωa 次のステップ３８から４０においては、地点ｂにおける
鉄砲水検知と、最高水位ｈｍを検出する。この処理内容
は前記ステップ３１から３３と同一であるから説明を省
略する。ステップ４０で地点ｂに鉄砲水の最高水位が到
達したことを検知したタイミングで、前記タイマを停止
させ(ステップ４１)、地点ａからｂまでの到達時間の実
測値Ｔabを求める(ステップ４２)。そして、ステップ４
３にて、次式５により、予測時間の補正係数αを演算す
る。

【００８７】

【数５】α＝Ｔ'ab／Ｔab 通常、理論による予測値よりも実測値の方が大きいか
ら、α≦１．０である。

【００８８】次に、地点ｂからポンプ地点ｄに鉄砲水が
到達する予測時間Ｔ'bdを、数式６により演算する。

【００８９】

【数６】Ｔ'bd＝α(Ｔ'bc＋Ｔ'cd) の式におけるＴ'bcとＴ'cdの予測は、それぞれ基本的に
数式２，３，４を用いる。但し、幹線管路６は枝管路８
−１と管径などの管路条件が異なるので、初期水位ｈｏ
と最高水位ｈｍは、地点ａの検出値に基づき、比例計算
により推定する。この場合、初期水位ｈｏには、他の枝
管路８−２，８−３，８−４等から合流点ｃに流入して
いる排水量をも考慮する必要がある。したがって、合流
点ｃに水位検出器を設置して、初期水位ｈｏを検出する
のが好ましい。しかし、枝管路８−１の鉄砲水が最も早
く合流点ｃに到達する場合は、他の枝管路から合流点ｃ
に流入する量は、通常時の流量であるから、過去の各枝
管路の流量割合の実績データ等に基づく相関係数を設定
しておき、地点ａの初期水位にその相関係数を乗じて、
合流点ｃの初期水位を推定することができる。本実施例
はこの方法によっている。なお、本実施例は基本的に最
も早く排水ポンプ地点に到達する鉄砲水についての到達
時間を予測すればよいから、枝管路８−１よりも枝管路
８−２に発生した鉄砲水が最も早く合流点ｃに到達する
場合は、枝管路８−２の鉄砲水について到達時間Ｔ'fd
を予測する。

【００９０】このようにして予測した到達時間Ｔ'bdに
基づいて、ステップ４５において、排水ポンプの運転台
数とその運転開始タイミングについて決定すると共に、
その決定にしたがって鉄砲水に対する先行待機運転の制
御を行う。通常、排水ポンプは複数台設けられているか
ら、鉄砲水の強さに応じて運転する台数を決める。

【００９１】上述したように、本実施例によれば、排水
路の上流地点ａにて排水路の水位を検出し、その増加率
が急激であるか否かを判断していることから、鉄砲水が
発生を素早く検知できる。これにより、排水ポンプの対
応運転を余裕を持って行うことができる。

【００９２】また、鉄砲水の程度（水位又は増加率）
と、鉄砲水の検知地点から排水ポンプ地点までの距離
と、排水路条件とに基づき、水理理論に従って排水ポン
プ地点までの鉄砲水の到達時間を予測演算していること
から、更に余裕を持って排水ポンプの対応運転を行うこ
とができる。

【００９３】そして、その予測結果に基づいて排水ポン
プを先行して運転する台数や運転開始タイミングを決定
していることから、鉄砲水の到来に容易に対応できる。

【００９４】また、排水ポンプを先行待機運転できる時
間は、ポンプ軸受の冷却システム等により制限を受ける
が、上記予測により先行待機運転時間を最適化でき、ポ
ンプ軸受の損傷を防止できる。立坑及びポンプ機場への
流入量制御手段として下記の手段が挙げられる。

【００９５】１）複数排水路から立坑への流入量制御。

【００９６】２）可動堰によるポンプ機場への流入量制
御。

【００９７】３）開水路、閉水路の排水。

【００９８】４）複数機場の統合管理。

【００９９】５）ポンプ吐出側の越流堰による流量制
御。

【０１００】先ず、１）複数排水路から立坑への流入量
制御手段について詳細に説明する。図１２地下排水シス
テムの一実施例を示し、本図に示すように、河川や排水
路から流入立坑１，２，３への導水路に可動の流入量調
整装置８を設けた。これにより、各河川や排水路から地
下放水路４への流入量を調整し、各河川や排水路の水位
や流入量に応じて各河川や排水路から流入立坑１，２，
３への流入量を別々に調節することができる。

【０１０１】次に２）可動堰によるポンプ機場への流入
量制御について説明する。

【０１０２】図１３は、図１２における可動の流入量調
整装置８を可動堰９で構成したものである。可動堰９と
しては、図１３に示すように上下に堰高さを調節しうる
ものや、スウィング式のものが考えられるが、大規模な
システムでは、制御動力を小さくでき、しかも異物のひ
っかかりにくい図１３のほうが良い。

【０１０３】図１４は、河川や排水路から流入立坑１，
２，３への導水路を管路とし、図１２における流量調整
装置８をバルブとしたものである。この場合バルブとし
ては、流量調節可能であり、比較的大形のものも製作可
能なバタフライバルブが適している。

【０１０４】次に、上記のように構成された地下排水シ
ステムの運用方法について説明する。すなわち、ポンプ
７の運転状態、地下放水路４の水位、全体の流入量、あ
るいはその予測結果と各河川や排水路の水位から、当該
河川や排水路からの最適な流入量を決定し、流量調整装
置８により最適値に調整する。例えば、気象条件などに
より、ある特定の河川や排水路への流入が多く冠水の恐
れが生じた場合には、ポンプ７の運転状態、地下放水路
４の水位及び全体の流入量の許す限り、優先的に当該河
川や排水路から排水することにより、冠水被害を防止す
ることができ、排水システムとして最大限の能力を発揮
させることができる。

【０１０５】図１５は本実施例の河川や排水路からの最
適な流入量を決定し、最適値に調整する流量調整装置の
ブロック図である。

【０１０６】本図に示すように、地下排水施設によって
複数の河川Ａ、排水路Ｂ及び管渠Ｃを制御している状態
を想定する。制御装置１２は、河川Ａ、排水路Ｂ及び管
渠Ｃの水位、流入立坑１，２，３への流入量Ｑ、地下放
水路４の水位、排水ポンプの排水量ΣＱなどが常時監視
できるものとする。

【０１０７】いま、河川Ａの流域の降雨量が大きく、水
位が上昇している場合には、地下放水路４の水位、排水
ポンプ７の排水量などからポンプの運転状態を把握し、
ポンプの容量に余裕がある場合には、河川Ａの流量調節
装置８に制御信号を送り、河川Ａからの流入量Ｑａを増
加させる。この時、仮に排水ポンプ７の容量に余裕がな
い場合でも、河川Ａの水位上昇速度が大きく、冠水の恐
れがある場合には、他の排水路Ｂ，管渠Ｃの水位に余裕
がある場合には、それらの流量制御装置８に制御信号を
送り流入量Ｑｂ，Ｑｃを減少させ、しかる後に河川Ａか
らの流入量Ｑａを増加させるように制御装置１２を構成
しておけば、当該排水システムの機能を最大限に発揮さ
せ、排水システムとしての信頼性を向上させることがで
きる。

【０１０８】また、河川や排水路からの雨水の流入量或
いは、その予測結果をもとに、急激な流入が予想される
河川、排水路から予め優先的に地下放水路４に導き、ポ
ンプの運転可能最低水位まで水位を上昇させ、しかる後
にポンプを起動し、排水運転を行い、当該河川や排水路
の水位を最低水位付近まで下げておけば、河川や排水路
自体の貯留効果を利用し、急激な流入に備えてポンプの
待機運転を行うことができる。

【０１０９】また、この際、ポンプ７を可動翼ポンプ或
いは回転数制御可能なポンプで構成し、低流量排水運転
とすれば、当該河川や排水路の自然流下による排水能力
を最大限に利用でき、効率的な待機運転が可能となる。

【０１１０】図１６は、他の実施例を示すものであり、
ポンプ機場上流側の地下放水路４に可動の堰１１を設け
たものである。このように構成することにより、流入初
期における初期汚水がポンプ井６に流入するのも防止で
き、ポンプ７の信頼性をさらに向上することができる。

【０１１１】また、この排水システムが開水路の状態で
運用される場合には、地下放水路４の勾配θにもよる
が、例えばポンプ７の不具合などでポンプ７の立上りが
遅れた場合には、可動堰１１を閉じて地下放水路４の貯
留効果を最大限に利用できる。

【０１１２】さらに、このような構成とすれば、河川や
排水路からの流入量或いは、その予測結果に応じて可動
堰１１の高さを調節することにより、ポンプ井６の水位
を安定化させ、従ってポンプ７の運転を安定化させるこ
とができるので、特に大規模ポンプシステム場合には、
ポンプ７の信頼性を高めることができる。

【０１１３】次に３）地下放水路が開水路、閉水路の状
態に有る時の排水について説明する。流入水路が閉水路
の状態で計画水量を排水可能とし、開水路においても締
切運転にならないポンプをポンプ井に配置する。このポ
ンプは可動翼ポンプとし、翼角最小付近で排水待機運転
し、ポンプ井の水位上昇又はその水位上昇速度に応じて
ポンプの翼角を調整し、排水量調整を行なう。また、こ
のポンプを回転数制御型とし、低速回転で排水待機運転
し、ポンプ井の水位上昇又はその水位上昇速度に応じて
回転数を調整し、排水量調整を行なっても良い。また、
ポンプ井に、地下流入水路が開水路の状態で計画水量を
排水可能でありかつ排水待機運転される小容量高揚程ポ
ンプと、閉水路の状態で計画水量を排水可能な大容量低
揚程ポンプとを組合せても良い。ポンプ吐出側にバルブ
を設置せず越流堰又はサイホンを形成して流量制御を行
うこともできる。

【０１１４】次に大深度地下排水施設（ポンプ機場）の
安定運用について下記の手段が挙げられる。

【０１１５】（１）ポンプ翼角・回転数制御による排水
待機運転。

【０１１６】（２）ポンプの先行待機運転。

【０１１７】（３）小容量・高揚程、大容量・低揚程ポ
ンプの組合せ。

【０１１８】（４）排水優先運転アルゴリズムの適用。

【０１１９】（５）ポンプ井水位の上昇・下降速度によ
るポンプのオン、オフ水位補正。

【０１２０】（６）一時貯留・事前放流の為のポンプ近
傍に設けたサージ防止用貯水池。

【０１２１】（１）ポンプ翼角・回転数制御による排水
待機運転の詳細は上述のとおりであるが、ポンプ機場の
安定運用にも有効である。

【０１２２】（２）ポンプの先行待機運転とは吸水槽へ
の流入水の流入予測に従って流入水が吸水槽に到達する
前に放流路の弁を開き、ポンプの運転を始める操作を指
す。

【０１２３】図１７は本実施例の排水施設の構成を示す
縦断面図である。

【０１２４】本図に示すように貯水池１０から流入主管
路１に連通させた放流路１３に弁１４が挿入されてい
る。流入主管路１の終端に吸水槽５が設けられ、吸水槽
５内にポンプ４が浸漬されている。ポンプ４の吐出管６
の吐出弁７よりも上流側から分岐して貯水池１０に連通
させた還流路１５が設けられ、この還流路１５に弁１６
が挿入されている。降雨があると吸水槽５への流入予測
が行われ、流入水が吸水槽５に到達する前に放流路１３
の弁１４を開き吸水槽５へ貯水池１０の貯留水を供給す
る。一定時間遅れて放流水が吸水槽５へ到着し吸水槽５
の水位がポンプ４の運転可能な値に上昇した時ポンプ４
の運転を開始する。このようにして放流水が流入し始め
た段階で本格的な放流水の流入に先行して待機運転を行
うことができる。

【０１２５】（３）小容量・高揚程、大容量・低揚程ポ
ンプの組合せについて説明する。

【０１２６】図１８は本実施例の排水施設の構成を示す
縦断面図である。

【０１２７】一般に、地下水路１の埋設深さが深くなる
と、ポンプ井７の低水位ＬＷＬと高水位ＨＷＬの差が大
きくなる。また、地下排水施設ではポンプ井７の水位が
低い場合は排水量は少なくてよく、水位が高くなるにつ
れて排水利用を増大すればよい。そこで、図１８に示す
ように、必要排水量を賄う排水ポンプを分割して階層状
に設置し、下の階層に高揚程ポンプ８ａを、上の階層に
低揚程ポンプ８ｂを設置することが望ましい。この場
合、低揚程ポンプ８ｂは少なくとも地下貯留池１０の底
面よりも下のレベルに設ける。

【０１２８】このように構成することにより、上層階の
排水ポンプ８ｂは設置レベルが高い分だけ放流先河川９
の水位Ｈｏとの差が小さくなるから、その分だけ必要揚
程が小さくなるので、排水動力を節減できることにな
る。特に、上階層の排水ポンプ８ｂの定格を低揚程・大
容量のものにし、水位の上昇に応じて運転を開始するよ
うにすれば、低揚程大容量のポンプは広い範囲にわたっ
てポンプ効率が高いので、排水動力の節減効果が著し
い。また、ポンプ井７の水位が低いときはそれほど速や
かに排水する必要はないから、低い階層の排水ポンプ８
ａは高揚程ではあるが、小容量でよい。

【０１２９】また、複数の排水ポンプを少なくとも２階
の階層状に設置したことから、必要な地下ポンプ建家の
建築面積を小さくすることができる。これにより、地下
掘削作業を含む作業量を低減でき、建設費の増大を抑え
ることができる。

【０１３０】次に（５）ポンプ井水位の上昇・下降速度
によるポンプのオン、オフ水位補正について説明する。

【０１３１】図１９は本実施例のポンプ井水位上昇速度
を示したものである。実線は水位上昇速度大、点線は通
常の速度、一点鎖線は水位上昇速度小の場合を示す。

【０１３２】図２０は本実施例のポンプ井水位上昇速度
が大きい場合の起動パタンを示したものである。

【０１３３】起動水位は従来に比較しＢ２低い水位で起
動する。又、全台（今回の例は３台）起動する迄の水位
差はＡ２であり従来（Ａ₁）に対し小さくなる。すなわ
ち、水位上昇速度が大きい場合、低い水位で１台目が立
ち上がり、かつ全台立ち上がる水位も低く急激な水位上
昇に対し早く対応が出来る。

【０１３４】図２１は本実施例のポンプ井水位上昇速度
が遅い場合の起動パタンを示したものである。

【０１３５】１台目起動の水位はＢ３だけ高く、停止時
も低水位で停止するようにする。すなわち、起動と停止
の水位差を従来（Ｃ１）に比較し、大きく（Ｃ３）出来
るのでハンチング防止に効果がある。

【０１３６】次に（６）一時貯留・事前放流の為のポン
プ近傍に設けたサージ防止用貯水池について説明する。

【０１３７】図２２は本実施例の地下排水施設の概念構
成を示す縦断面図である。

【０１３８】本図のように、地下水路１の比較的下流側
に、地表と地下水路１の中間に位置させて、一定の容積
を有する地下貯留池１０が埋設されている。この地下貯
留池１０は連通立坑１１を介して地下水路１に連結され
ている。この連通立坑１１の地下貯留池１０との連通部
のレベル（入口レベル）は、貯留池底面よりも高いレベ
ルの側面部に位置されている。地下貯留池１０の底部は
貯留水の放流管路１２を介して連通立坑１１に連結され
ている。この放流管路１２には管路を開閉する開閉弁又
はゲート弁（以下、開閉弁と総称する）１３が設けられ
ている。ここで、放流管路１２は地下水路１に直接連結
することも可能である。また、地下貯留池１０の底部に
連通させて揚水ポンプ１５が設けられ、貯留水を地上に
汲み揚げ可能になっており、これにより必要に応じてそ
の貯留水を消防用水、道路や公園の散水用等に有効利用
できるようにしている。一方、地下貯留池１０の上部は
空気孔１４を介して大気に開口され、地下貯留池１０に
対応する地表面には公園１７や運動場等の公共施設が、
更に地表と地下貯留池１０との間のスペースを利用して
地下駐車場１６などの施設が設けられている。

【０１３９】また、地下貯留池１０の容量は、流入量予
測と排水ポンプの排水能力等の排水システムの条件から
要求される貯留能力から、地下水路１の貯留能力を差し
引いた量以上に設定する。

【０１４０】このように構成される実施例の動作及び運
転方法を次に説明する。

【０１４１】雨が降って河川３等の水位が上昇すると地
下水路１に流入する水量が増加し、雨量の程度に応じて
地下水路１の水位が上昇する。集中豪雨などのような流
入水の急激な増大が生ずると、地下水路１が満水状態に
なり、地下貯留池１０の連通立坑１１の水位が急激に上
昇し、図２２に示した動水勾配２０に従って、水位が地
下貯留池１０の入口レベルに達する。水位がこのレベル
に達すると、地下貯留池１０の貯留効果が発揮されるた
め、それ以降の急激な水位の上昇が緩和される。したが
って、流下水がポンプ井７に到達してから、排水ポンプ
８の運転を開始するまでの時間を十分にとることができ
る。つまり、地下貯留池１０の入口レベルに水位が到達
してから排水ポンプ８を運転開始しても、上流側水路の
河川３、管渠４、放水路５又は空気孔６から流入水が逆
流して生ずる冠水を防止できる。

【０１４２】なお、排水ポンプ８の総排水能力は、流入
量予測に基づいて定められるが、通常は、単位時間当た
りの流入量に応じた総排水能力に設定される。従って、
地下貯留池１０に水位が達してから排水ポンプ８を運転
開始すれば、水位の上昇を抑えられるのである。

【０１４３】本発明はポンプの全揚程を低減してポンプ
そのものの小型化、原動機の小型化により、ポンプ機場
の省スペース化を図っているが他に下記のような手段が
挙げられる。

【０１４４】イ．ポンプ機場の階層化。

【０１４５】ロ．円形に配置したポンプ機場。

【０１４６】ハ．鉛直方向に配置したポンプ機場。

【０１４７】イ．のポンプ機場を階層化し、かつ円形に
配置した例について説明する。

【０１４８】図２３は本実施例の排水ポンプ機場の概念
構成を示す縦断面図である。

【０１４９】図２４は図２３の部分詳細図である。

【０１５０】排水対象区域に配設された地下水路１によ
り集められた雨水などの流入水はポンプ井２に流入され
る、ポンプ井２内の流入水は排水ポンプ群３によって汲
み揚げられ、集合吐出管路４と排水路５を介して放流先
の河川６に排出されるようになっている。排水ポンプ群
３は設置レベルを異ならせて２階層状に配置された複数
の排水ポンプＰＬ１〜ｎ（ｎは自然数）とＰＨ１〜ｎか
ら構成されている。ここで、排水ポンプＰＨには低揚程
・大容量のポンプが適用され、排水ポンプＰＬには高揚
程・小容量のポンプが適用されている。これらの排水ポ
ンプＰＨ，ＰＬは階層別にそれぞれ円形状に設置されて
いる。各排水ポンプＰＨ，ＰＬの吸込管路７，８は環状
の集合吸込管路９，１０を介してそれぞれポンプ井２に
連通されている。集合吸込管路７、８は排水ポンプの円
形配置に合わせてそれぞれ環状に形成されている。各ポ
ンプの吸込管路７，８にはそれぞれ吸込仕切り弁１１，
１２が設けられている。集合吐出管路４は排水ポンプ群
３の中心に縦型に設けられ、各排水ポンプＰＨ，ＰＬの
吐出管路１３，１４が連結されている。集合吐出管路４
の上部は排水路５によって河川６に連通されている。ま
た、集合吐出管路４の管径は階層ごとの排水ポンプの排
水量に合わせ、下層に行くほど細く形成されている。上
記の排水ポンプ群３が設置される地下ポンプ建家２０の
外形は、上方に広がる円錐台状に形成されている。この
ような形状にしたのは、下層の階に設置される高揚程・
小容量の排水ポンプＰＬは、上層の階に設置される低揚
程・大容量の排水ポンプＰＨに比べて設置面積が小さく
て済むからである。なお、地下ポンプ建家２０は図２４
のように下層部のみ円錐台状にし、上層部は円柱状にし
てもよい。また、地下ポンプ建家２０内には排水ポンプ
ＰＨ，ＰＬおよび電動機１５，１６などを保守するため
の保守エリア１７，１８が設けられている。なお、図に
示すように、集合吐出管路４の上端を地上に露出させ、
その部分に例えば噴水又は滝２１を設けたり、地下ポン
プ建家２０の地上部分を公園２２等として利用できるよ
うにしてもよい。

【０１５１】このように構成されることから、本実施例
によれば、上層階の排水ポンプＰＨは設置レベルが高い
分だけ放流先河川６の水位Ｈｏとの差が小さくなるか
ら、その分だけ必要揚程が小さくなるので、排水動力を
節減できることになる。特に、高い階層の排水ポンプＰ
Ｈの定格を低揚程・大容量のものにすれば、低揚程大容
量のポンプは広い範囲にわたってポンプ効率が高いの
で、排水動力の節減効果が著しい。

【０１５２】また、排水システムではポンプ井２の水位
が低い場合は排水量は少なくてよく、ポンプ井の水位が
高くなるにつれて排水量を増大させればよいから、例え
ば図２３に示すようにＬＷＬ（例えば、Ｈｏ−６０ｍ）
とＨＷＬ（例えば、Ｈｏ−１５ｍ）の中間に運転台数制
御用の中間水位ＭＷＬ１，２（例えば、Ｈｏ−４５ｍ，
Ｈｏ−３０ｍ）を設定し、水位が上昇するにつれて順次
高い階層の排水ポンプを運転するようにすれば、排水動
力を効果的に節減できる。

【０１５３】また、複数の排水ポンプを少なくとも２階
の階層状に設置したことから、必要な地下ポンプ建家の
建築面積を小さくすることができる。これにより、地下
掘削作業を含む作業量を低減でき、建設費の増大を抑え
ることができる。特に、排水ポンプを円形に配置したの
で地下ポンプ建家２０の外形も円形にすることができ、
建設費低減の効果が著しい。

【０１５４】また、ポンプ井２の水位が低いときはそれ
ほど速やかに排水する必要はないから、低い階層の排水
ポンプＰＬは高揚程ではあるが、小容量でよい。従っ
て、地下建家の各階層の面積は下層になるほど小面積で
よく、少なくとも下部外形が上に広がる円錐台状に形成
すれば、特に深いところにおける掘削量を低減できるの
で、建設費等の低減効果が著しい。

【０１５５】次にハ．鉛直方向に配置したポンプ機場に
ついて説明する。

【０１５６】図２５は本実施例の立軸駆動多重ポンプを
配置したポンプ機場を示す縦断面図である。

【０１５７】本図に示すように、１はポンプ羽根車（図
示せず）の駆動源となる駆動機であり、その主軸１７は
鉛直方向にある。２は大容量で低揚程のポンプであり、
３は小容量で高揚程のポンプで、鉛直方向に配設されて
いる。４は、回転トルクの伝達・不伝達が可能な継手で
あり、前記駆動機１の主軸１７は、継手４によって鉛直
方向に配設した２台のポンプ２，３の各主軸１８と連結
している。すなわち、駆動機１は、鉛直方向に配設した
２台のポンプ２，３の間に位置し、詳細は図示しない
が、両掛駆動構成となっている。

【０１５８】９は地下導水路、１０は、地下導水路９に
接続して設けられた取水縦坑、１３は、吐出流路に係る
吐出管である。前記取水縦坑１０と吐出管１３との間
に、鉛直方向に配設された２台以上（図２５では２台）
のポンプからなる立軸駆動多重ポンプが配置されてい
る。上方側のポンプ２の吸込管７−１は仕切弁８−１を
介して取水縦坑１０の上部に接続し、下方側のポンプ３
の吸込管７−２は仕切弁８−２を介して取水縦坑１０の
下部に接続している。また、前記ポンプ２，３の吐出側
は仕切弁６−１，６−２を介して吐出管１３に接続して
いる。

【０１５９】地下導水路９から取水縦坑１０に流入し溜
った水は、仕切弁８（８−１，８−２の総称）が開のと
き吸込管７（７−１，７−２の総称）に流入し、ポンプ
によって吐出管１３に吐出される。吐出管１３は大容量
で低揚程のポンプ２の吐出流が合流する位置から断面積
が拡大している。吐出側の仕切弁６（６−１，６−２の
総称）はポンプ停止時には閉となり、吐出流の逆流を防
止する。また、１４，１５は水流方向であり、１１，１
２は水位を示す。

【０１６０】本実施例は以上のように構成されているの
で、地下の排水ポンプ機場の平面スペースを、従来のポ
ンプの水平方向配置の場合よりも必要としない。

【０１６１】また、駆動機１の主軸１７とポンプ２，３
の主軸１８とは回転トルクの伝達・不伝達が可能な継手
４によって連結されているので、必要なポンプ羽根車の
みを回転させることができ、エネルギーの浪費を防止で
きる。

【０１６２】さらに、鉛直方向に配設される２台のポン
プ２，３は、上方側が大容量で低揚程のポンプ２、下方
側が小容量で高揚程のポンプ３という構成にしたので、
取水縦坑１０の水位が低い水位１１のときには高揚程の
ポンプ３を運転し、取水縦坑１０の水位が高い水位１２
のときには低揚程のポンプ２を運転することができる。
また、それらの同時運転もできる。

【０１６３】さらに、駆動機１は、両ポンプ駆動として
構成を簡単化した。

【０１６４】また、流路断面積が下流方向に増加する吐
出管を配備しているので、効率の良い運転を可能として
いる。さらに、複数台のポンプに対して１本の吐出管１
３の併用が可能なのでポンプ装置の構成が簡単となると
いう効果もある。

【０１６５】本実施例によれば、大容量で低揚程のポン
プ２を運転しないとき、ポンプ２の前後の仕切弁６−
１，８−１を閉にして抜水し、ポンプ２をフライホィー
ルとして作動させることができ、省エネルギーと水撃防
止の効果もある。

【０１６６】更に、他の実施例を図２６を参照して説明
する。

【０１６７】図２６は他の実施例の立軸駆動多重ポンプ
を配置したポンプ機場を示す縦断面図である。

【０１６８】図中、図２５と同一符号のものは、先の実
施例と同等部であるから、その説明を省略する。

【０１６９】本図に示す実施例では、鉛直方向に配設さ
れた３台のポンプ２０の羽根車回転軸は水平方向にあ
り、さらに、３台のポンプ２０は同一構造のものであ
る。

【０１７０】本図において、１Ａは、ポンプ（或いはポ
ンプ羽根車）の駆動源となる駆動機、１７Ａは、駆動機
１の主軸、２０は、鉛直方向に配設された２台以上（図
２６の例では３台）の軸流ポンプ、１７Ｂは、これら軸
流ポンプ２０を鉛直方向に連結する連結軸、２１は、駆
動機１の主軸１７Ａと前記軸流ポンプ２０の各連結軸１
７Ｂとを連結する軸継手である。軸流ポンプ２０は、軸
流形の羽根車１９と案内羽根２２，２３を備えている。
１８Ａは、羽根車１９の回転軸で水平方向にある。２
４は、連結軸１７Ｂのトルクを上記各羽根車の回転軸１
８Ａに伝達する直交伝達機構に係る傘歯車、２５は、軸
流ポンプのケーシングに設けた軸貫通用開口部である。

【０１７１】各羽根車の回転軸１８Ａと傘歯車２４と
は、回転トルクの伝達・不伝達が可能な継手４によって
連結されている。

【０１７２】地下導水路９に接続した取水縦坑１０と吐
出管１３との間に、ポンプ室があり、鉛直方向に配設さ
れた２台以上（図２６では３台）の軸流ポンプ２０から
なる立軸駆動多重軸流ポンプが配置されている。各軸流
ポンプ２０の上流側は仕切弁８を介して取水縦坑１０
に、下流側は仕切弁６を介して吐出管１３に通じてい
る。本実施例の場合は、先の図２５に示した実施例と
同様、経済的なポンプ機場構成およびポンプの効率的運
転を可能とするほか、各ポンプの羽根車１９の回転軸１
８Ａを水平に配置しているので、ポンプ羽根車として軸
流形羽根車に限らず、斜流形羽根車を組み込むことも可
能である。

【０１７３】本実施例では、吐出管１３出口の排水口の
高さは一定であり、さらに、取水縦坑１０の水は押し込
みとして作用するので、水位がどの高さにあっても上下
方向の各軸流ポンプ２０に要求される揚程は同じであ
り、ポンプを同一構造とすることができる。また、各ポ
ンプが同一構造であるので、パッケージ式という考え方
ができ、ポンプの増設を容易にし、さらに、製品コスト
の低減が可能という本実施例特有の効果がある。

【０１７４】ポンプ機場に配置されるポンプは容量が大
きいことから大型になり、振動が大きいとポンプ本体、
配管系の疲労破壊の原因となり、振動は騒音の発生原因
でもあるから作業環境にも影響を与える。従って振動を
低減するために脈動を低減したポンプについて説明す
る。

【０１７５】図２７〜図２９に本実施例の片吸込遠心型
のディフューザポンプを示す。

【０１７６】図２７はポンプ回転軸と直交する方向の断
面図である。

【０１７７】図２８は図２７のII−IIから見た断面図で
ある。

【０１７８】図２９は図２７のIII−IIIから見た断面図
である。

【０１７９】それぞれの図に示すように、片吸込遠心型
の羽根車１の外側にディフューザ３が設けられ、さらに
その外側にボリュートケーシング１０が設けられてい
る。このボリュートケーシング１０にはポンプ吐出口１
１が一体に形成されている。また、このボリュートケー
シング１０に接続して、ポンプ吸込口１５を有する吸込
ケーシング１６が設けられ、これらによりディフューザ
ポンプの流水部が構成されている。

【０１８０】ディフューザ３の側壁４Ａ，４Ｂの中間に
隔壁５が設けられている。そして、隔壁５によりディフ
ューザ３内の流路は、軸方向に独立した２つの流路６
Ａ，６Ｂに分割されている。この２つの流路６Ａ，６Ｂ
にそれぞれディフューザ羽根７Ａ，７Ｂが配設されてい
る。これらの羽根７Ａ，７Ｂは互いに回転角方向の位置
をずらして配置されている。本実施例では、一方の流路
のディフューザ羽根の入口端の中間に、他方の流路のデ
ィフューザ羽根の入口端が位置するように位置をずらし
てある。図２７の例では、羽根７Ｂの入口端７Ｂ’は羽
根７Ａの入口７Ａ’に対し、羽根車の回転方向に角度ζ
°だけずらしている。

【０１８１】このように構成される本実施例の動作につ
いて次に説明する。

【０１８２】ポンプ吸込口１５から流入した流れは、羽
根車１の回転により流速が高まり、ディフューザ３へ吐
出される。ここで流れは減速し、静圧を回復した流れは
さらにボリュートケーシング１０を通り、ポンプ吐出口
１１から吐出される。

【０１８３】羽根車１の出口部の流れは、前述したよう
に、羽根の厚み、羽根車１内の羽根面に沿う流れの境界
層の発達等の影響を受けて、羽根車１の羽根間隔を１ピ
ッチとする不均一な流速分布になっている。そして、こ
の不均一な流れがディフューザ羽根７Ａ，７Ｂの入口を
通過する際に、この１ピッチの回転に要する時間を基本
周期とする圧力脈動が生ずる。発生した圧力脈動はボリ
ュート出口に伝達され、それらの合成された圧力脈動波
が吐出配管に伝達することになる。また、一部は羽根車
内を通って吸込配管へ伝達することになる。

【０１８４】しかし、本実施例によれば、ディフューザ
流路を隔壁５により独立した流路６Ａ，６Ｂに分割し、
かつそれらの流路のディフューザ羽根入口端７Ａ’，７
Ｂ’の位置を、羽根車の回転方向に対し、互いにずれた
位置にしている。従って、羽根車流路から流出する流体
は、そのずれ量に応じた回転角の位相角度ζ°がずれた
関係で、２つのディフューザ流路６Ａ，６Ｂに流入し
て、流出することになる。従って、２つのディフューザ
流路６Ａ，６Ｂの入り口部で発生した圧力脈動は、その
位相ずれに応じて出口部で互いに打消され、ディフュー
ザ流路出口部における圧力脈動が低減される。

【０１８５】特に、各ディフューザ流路６Ａ，６Ｂの羽
根の入口端７Ａ’，７Ｂ’を、ほぼ羽根車の羽根ピッチ
の半分の角度だけずらせた場合は、各ディフューザ流路
６Ａ，６Ｂで交互に発生する圧力脈動の位相が、互いに
１/２波長ずれるので、両流路の圧力脈動が打消しあっ
て圧力脈動を大幅に減少することになる。即ち、羽根車
の羽根枚数をＺｉ、ディフューザの羽根枚数をＺｄと
し、前記角度ζ°について、下記の関係に設定した場
合、 ζ°＝１／２×３６０°／Ｚｉあるいは３６０°／Ｚｄ−ζ°＝１／２×３６０°／Ｚｉ両流路６Ａ，６Ｂから交互に発生する脈動は、互いに位
相が１／２波長ずれるため、両流路を伝わる圧力脈動が
干渉し、圧力脈動は著しく減少する。

【０１８６】なお、両流路６Ａ，６Ｂの羽根入口端７
Ａ’，７Ｂ’の位置をずらせたことにより、これらの位
置とポンプ吐出口までの距離が異なってくる。しかし、
この距離の違いは、一般に圧力脈動の波長にくらべ著し
く小さいので、前記位相のずれに与える影響は無視でき
る。従って、上記式を満足するζ°だけずらせればよ
い。上述したように、本実施例は、ディフューザ部の
形状の工夫により脈動低減を図ったのである。そして、
隔壁５は円板状となり、ディフューザの羽根も通常２次
元形状になる。これに対し、羽根車内の流路を隔壁によ
り仕切り、この隔壁の両側の羽根をずらして圧力脈動を
減少させる従来技術によれば、片吸込遠心型羽根車の場
合の隔壁は流線に沿った曲面形状となり、かつ羽根車の
羽根は通常３次元曲面に形成することが多い。従って、
従来技術にくらべ本実施例によればポンプの製作が容易
となる。

【０１８７】また、本実施例によれば、羽根車入口部に
隔壁を設けていないので、キャビテーション性能の悪化
を生じない。

【０１８８】また、羽根車内の中央流線に沿った隔壁が
ないため、ポンプを小流量で運転するとき、羽根車内の
遠心流れおよび逆流の発生が抑制されず、ポンプ揚程曲
線の不安定化等の特性悪化を生ずることがない。

【０１８９】今迄に述べた開水路・閉水路共存運用を行
う大深度地下排水施設には下記のような効果がある。

【０１９０】Ａ．ポンプ全揚程の低減が顕著で、ポンプ
及び駆動機を含むポンプ機場の設備備費が小さくなる。

【０１９１】Ｂ．地下水路の掘削工事費が低減される。

【０１９２】Ｃ．長大な地下水路の貯留効果により地上
へ溢流するリスクが小さくなる。

【０１９３】Ｄ．上記の貯留効果により大容量吸水槽を
必要としないから土地の取得が困難な都心にポンプ機場
の建設ができる。

【０１９４】以上大深度地下排水施設に関し、種々の実
施例を説明したが、本発明は上記実施例に記載された各
技術を適宜組み合わせて実施する態様も含むものであ
る。

【０１９５】

【０１９６】

【０１９７】

【０１９８】

【０１９９】

【発明の効果】本発明によれば、立坑などからの溢水を
防いで、大深度地下排水施設の安定運用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の大深度地下排水施設の基本的な構成を
示す斜視図である。

【図２】本発明の開水路・閉水路共存運用を行う実施例
の構成を説明する説明図である。

【図３】本発明の実施例の開水路・閉水路共存運用を行
う場合のポンプ起動水位を説明する説明図である。

【図４】本発明の実施例のポンプ特性を説明する図表で
ある。

【図５】本発明の実施例の開水路・閉水路共存運用に適
したポンプ特性を説明する図表である。

【図６】本発明の実施例の閉水路運用を行う実施例の構
成を説明する説明図である。

【図７】本発明のポンプ機場への流入量を正確に予測及
び制御する実施例の構成を説明する説明図である。

【図８】本発明の実施例の降雨からポンプ排水決定に到
る手順のフローチャートを示す。

【図９】本発明の実施例の時間と降雨量、時間と流入量
の関係を示す図表である。

【図１０】本発明の本実施例の排水システムの鉄砲水検
知と到達時間の予測の手順を示すフローチャートであ
る。

【図１１】本発明の実施例の排水システムの全体構成図
を示す。

【図１２】本発明の実施例の地下排水施設の構成を示す
縦断面図である。

【図１３】図１２における可動の流入量調整装置を可動
堰で構成した縦断面図である。

【図１４】図１２における可動の流入量調整装置をバル
ブで構成した縦断面図である。

【図１５】本発明の実施例の河川や排水路からの最適な
流入量を決定し、最適値に調整する流量調整装置のブロ
ック図である。

【図１６】本発明の実施例のポンプ機場上流側の地下放
水路に可動の堰を設けた縦断面図である。

【図１７】本発明の実施例の排水施設の構成を示す縦断
面図である。

【図１８】本発明の実施例の排水施設の構成を示す縦断
面図である。

【図１９】本発明の実施例のポンプ井水位上昇速度を示
した図表である。

【図２０】本発明の実施例のポンプ井水位上昇速度が大
きい場合の起動パタンを示したものである。

【図２１】本発明の実施例のポンプ井水位上昇速度が遅
い場合の起動パタンを示したものである。

【図２２】本発明の実施例の地下排水施設の概念構成を
示す縦断面図である。

【図２３】本発明の実施例の排水ポンプ機場の概念構成
を示す縦断面図である。

【図２４】図２３の部分詳細図である。

【図２５】本発明の実施例の立軸駆動多重ポンプを配置
したポンプ機場を示す縦断面図である。

【図２６】本発明の他の実施例の立軸駆動多重ポンプを
配置したポンプ機場を示す縦断面図である。

【図２７】本発明の実施例の片吸込遠心型のディフュー
ザポンプ回転軸と直交する方向の断面図である。

【図２８】図２７のII−IIから見た断面図である。

【図２９】図２７のIII−IIIから見た断面図である。

【図３０】従来の開水路運用の構成を説明する説明図で
ある。

【符号の説明】１地下水路２立坑３放水路４管渠５河川６ポンプ井７ポンプ８吐出水槽６１大容量吸水槽７１雨量レーダ

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E03F 1/00 E03F 5/22 F04D 15/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】降雨情報により降雨量を算出し、該降雨
量と降雨パタンと降雨パタンの時間間隔で定める流出係
数から立坑への流入量を算出し、該立坑への流入量から
ポンプ場への流入量を算出し、該ポンプ場への流入量を
排水するためのポンプ台数と能力を定めることを特徴と
する大深度地下排水施設の運用方法。
【請求項２】降雨情報により降雨量と降雨量の時間経
過を示す降雨パタンを求め、該降雨パタンに基づいて流
出係数を定め、該流出係数と前記降雨量とから立坑への
流入量を算出し、該流入量に基づいて排水ポンプの台数
を定めるポンプ運用手段を備えた大深度地下排水施設。
【請求項３】請求項２に記載の大深度地下排水施設に
おいて、前記降雨情報は、雨量レーダの計測データに基
づいて予測した降雨量データと雨量計により実測した降
雨量データであることを特徴とする大深度地下排水施
設。
【請求項４】請求項２に記載の大深度地下排水施設に
おいて、前記ポンプ運用手段は、前記立坑への流入量の
算出結果に基づいて、前記立坑からポンプ井に至る地下
水路の流量と水位及びポンプ井への流入量と水位とを解
析し、該解析結果に基づいて前記排水ポンプの運転シミ
ュレーションを行って排水ポンプの運転台数、吐出量及
び運転停止のタイミングを決めるとともに、該運転シミ
ュレーション結果を前記地下水路の流量と水位の解析に
フィードバックすることを特徴とする大深度地下排水施
設。