JP2932062B2

JP2932062B2 - 大深度地下排水施設

Info

Publication number: JP2932062B2
Application number: JP9201472A
Authority: JP
Inventors: 国雄高田; 健二大谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2014-08-09
Also published as: JPH1072861A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】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の技術に属す
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】本発明は、大深度地下排水施設の建設コス
トの低減を図ることを解決課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題は、大深度地下
に配設された地下水路と、この地下水路の下流端に連通
された吸水槽と、この吸水槽の水を揚水して放流先の河
川等に放流する排水ポンプとを備え、前記吸水槽の底面
レベルを前記地下水路の下流端の上端と地表との間に位
置させてなる大深度地下排水施設とすることにより解決
できる。

【００１４】すなわち、吸水槽の底面レベルを地下水路
の下流端の上端と地表との間に位置させたことから、排
水ポンプを地下水路下流端の上端位置よりも地下の浅い
位置に設けることができるので、吸水槽の掘削工事費は
もとより、排水ポンプ機場の掘削工事費や建設費を低減
できる。

【００１５】しかも、吸水槽の底面レベルが浅くなった
ことから、排水ポンプの最高揚程を下げることができ、
排水ポンプのコストを低減できる。なお、本発明に係る
地下水路は、少なくとも所定の排水時には、地下水路の
下流端の内部が水で満たされた状態で運用される、いわ
ゆる閉水路運用となる。

【００１６】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図により説
明する。先ず、大深度地下排水施設の基本的な構成を説
明する。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。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。

【００１７】次に、開水路・閉水路共存運用を行う大深
度地下排水施設の特徴部構成について説明する。図２は
本発明の開水路・閉水路共存運用を行う大深度地下排水
施設の構成を説明する説明図である。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。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、図２の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。

【００１８】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。図３は、図２の例にお
いて、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は、この場合と従来
技術とのポンプ特性を説明する図である。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。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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】このようにして、図４で説明したように、
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。

【００２２】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４０万ｍ³の容積を持ち、能力２００ｍ³／Ｓｅｃのポ
ンプで約３０分間の貯留時間を有し、この時間の余裕が
ポンプ７を上方に設置可能とし、地下水路１の管径を水
位上昇のリスクが小さくなるから従来の１２．５ｍから
１０ｍに縮小することができる。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。

【００２３】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。図５を用いて、開水路・閉水路共
存運用に適したポンプ特性を説明する。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１００％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。

【００２４】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、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ることにより開水路・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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】次に、本発明の特徴に係る閉水路運用を行
う大深度地下排水施設の実施の形態について説明する。
図６は本発明の閉水路運用を行う大深度地下排水施設の
構成を説明する説明図である。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。

【００２９】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。

【００３０】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。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。

【００３１】図７に、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場合の構成を説明する説明図を
示す。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ミュレーショ
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
測する場合について説明する。

【００３２】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。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。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。

【００３３】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。

【００３４】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。１．物理的シミュレーションによる。２．上流側立坑の水位変化による。３．上流において鉄砲水を検知する。４．学習機能を有するニューロにより予測する。

【００３５】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。図１０は排水システムの鉄
砲水検知と到達時間の予測の手順の一例を示すフローチ
ャートである。図１１は本例に係る排水システムの全体
構成図を示す。図１１に示すように、本例の排水システ
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１４を
含んで構成されている。

【００３６】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、本例で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。

【００３７】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。

【００３８】ここで、図１０を用いて、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。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，１
６ｅ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１０に示すような処理を実行するよ
うになっている。

【００３９】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３
１）。

【００４０】

【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。

【００４１】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、ここ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。

【００４２】

【数２】

【００４３】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。

【００４４】

【数３】

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】

【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。

【００４８】

【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。

【００４９】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。

【００５０】

【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。上記例で
は、この方法によっている。なお、本例では、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'f
dを予測する。

【００５１】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。

【００５２】上述したように、本例によれば、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。

【００５３】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。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。

【００５４】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。１）複数排水路から立坑への流入量制御２）可動堰によるポンプ機場への流入量制御３）開水路、閉水路の排水４）複数機場の統合管理５）ポンプ吐出側の越流堰による流量制御。

【００５５】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に示す地下排
水システムのように、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。

【００５６】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。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。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。

【００５７】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。

【００５８】図１５に、排水システムにおいて、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を示す。同図に示すように、
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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】図１６は、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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】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。（１）ポンプ翼角・回転数制御による排水待機運転（２）ポンプの先行待機運転（３）小容量・高揚程、大容量・低揚程ポンプの組合せ（４）排水優先運転アルゴリズムの適用（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（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。

【００６７】ここで、（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。また、（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。

【００６８】図１７に、排水施設の他の構成を縦断面図
で示す。同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１
４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。

【００６９】次に、（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。図１８は、この
場合の排水施設の構成を示す縦断面図である。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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。
図１９は、この場合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。また、図２０
は、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。起動水位は従来に比較し低い水位Ｂ
２で起動する。また、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。

【００７３】図２１は、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。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。

【００７４】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。
図２２は、この場合の地下排水施設の概念構成を示す縦
断面図である。図示のように、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。

【００７５】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。

【００７６】上記のように構成される地下排水施設の動
作及び運転方法を次に説明する。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１
１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。

【００７７】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。

【００７８】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。イ．ポンプ機場の階層化ロ．円形に配置したポンプ機場ハ．鉛直方向に配置したポンプ機場。

【００７９】まず、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。図２３に、この場合
の排水ポンプ機場の概念構成を縦断面図で示す。図２４
は図２３の部分詳細図である。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２
０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。

【００８０】このように構成されることから、図２３、
２４の排水ポンプ機場によれば、上層階の排水ポンプＰ
Ｈ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ＰＨ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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】次に、ハの鉛直方向に配置したポンプ機場
について説明する。図２５に、立軸駆動多重ポンプを配
置したポンプ機場を縦断面図で示す。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１
７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。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。

【００８５】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。

【００８６】以上のように、図２５に示した排水ポンプ
機場によれば、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。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。

【００８７】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。

【００８８】また、駆動機１は、両ポンプ駆動として構
成を簡単化した。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１３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。

【００８９】また、図２５の排水ポンプ機場によれば、
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。

【００９０】図２６は、他の構成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。図中、図
２５と同一符号のものは、同等部であるから、その説明
を省略する。図示のように、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。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１７Ｂ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。２４は、連結軸１７Ｂのト
ルクを上記各羽根車の回転軸１８Ａ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。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。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。

【００９１】以上のように構成された図２６のポンプ機
場によれば、図２５に示したものと同様、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１８Ａ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。

【００９２】また、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
能という特有の効果がある。

【００９３】一般に、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。図２７〜図２９に脈動を低減した片吸込遠心
型のディフューザポンプを示す。図２７は、ポンプ回転
軸と直交する方向の断面図である。図２８は図２７のII
−IIから見た断面図である。図２９は図２７のIII−III
から見た断面図である。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１１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。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６Ａ，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。また、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７
Ｂ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。

【００９４】このように構成される図２７のディフュー
ザポンプの動作について次に説明する。ポンプ吸込口１
５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。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。

【００９５】しかし、このディフューザポンプによれ
ば、ディフューザ流路を隔壁５により独立した流路６
Ａ，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’，７Ｂ’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６
Ａ，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。

【００９６】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となり、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。

【００９７】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、図２７のディフューザポンプに
よれば、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、ポンプ
の製作が容易となる。また、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。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。

【００９８】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。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Ｂ．地下水路の掘削工事費が低減される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
る以上大深度地下排水施設に関し、種々の例を説明した
が、上記の各例の技術を適宜組み合わせて実施すること
ができる。

【００９９】

【発明の効果】本発明によれば、大深度地下排水施設の
建設費を低減できる。

【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大深度
地下排水施設の構成の一例を説明する説明図である。

【図３】図２の例の開水路・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】ポンプ特性の一例を説明する図である。

【図５】開水路・閉水路共存運用に適したポンプ特性を
説明する図である。

【図６】閉水路運用を行う大深度地下排水施設の構成の
一例を説明する説明図である。

【図７】ポンプ機場への流入量を正確に予測及び制御す
る場合の構成を説明する説明図である。

【図８】降雨からポンプ排水決定に到る手順の一例のフ
ローチャートを示す。

【図９】時間と降雨量、時間と流入量の関係を示す図で
ある。

【図１０】排水システムの鉄砲水検知と到達時間の予測
の手順の一例を示すフローチャートである。

【図１１】鉄砲水検知を適用した排水システムの一例の
全体構成図を示す。

【図１２】地下排水施設の他の例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】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一例のブロック図であ
る。

【図１６】ポンプ機場上流側の地下放水路に可動の堰を
設けた一例の縦断面図である。

【図１７】地下排水施設の他の例の構成を示す縦断面図
である。

【図１８】地下水施設の更に他の例の構成を示す縦断面
図である。

【図１９】ポンプ井水位上昇速度の一例を示した図であ
る。

【図２０】ポンプ井水位上昇速度が大きい場合の起動パ
タンを示した図である。

【図２１】ポンプ井水位上昇速度が遅い場合の起動パタ
ンを示した図である。

【図２２】本発明の実施の形態の地下排水施設の概念構
成を示す縦断面図である。

【図２３】排水ポンプ機場の更に他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】立軸駆動多重ポンプを配置したポンプ機場の
一例を示す縦断面図である。

【図２６】立軸駆動多重ポンプを配置したポンプ機場の
他の一例を示す縦断面図である。

【図２７】片吸込遠心型のディフューザポンプの一例
を、回転軸と直交する方向の断面図で示した図である。

【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地下排水施設の構成を説
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】大深度地下に配設された地下水路と、こ
の地下水路の下流端に連通された吸水槽と、この吸水槽
の水を揚水して放流先の河川等に放流する排水ポンプと
を備え、前記吸水槽の底面レベルを前記地下水路の下流
端の上端と地表との間に位置させてなる大深度地下排水
施設。
【請求項２】大深度地下に配設された地下水路と、こ
の地下水路の下流端に連通された吸水槽と、この吸水槽
の水を揚水して放流先の河川等に放流する排水ポンプと
を備え、前記吸水槽の底面レベルを前記地下水路の最深
部の上端と地表との間に位置させてなる大深度地下排水
施設。