JP3357982B2

JP3357982B2 - 地下排水施設の排水ポンプ

Info

Publication number: JP3357982B2
Application number: JP00362099A
Authority: JP
Inventors: 国雄高田; 健二大谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1999-01-11
Filing date: 1999-01-11
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH11247284A

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。開水路運用は地下水路１０１への急激
な流入により立坑１０２から地上へ溢流するリスクを最
小にする為、地下水路１０１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。

【０００４】また、本図に示すように地下水路１０１の
終端に設置するポンプ１０７の羽根車設置レベルは、地
下水路１０１が常に空になるように運転するため地下水
路１０１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１０１の底近傍レベ
ルに設定する。そして、ポンプ１０７は角形ポンプ場に
配置され、ポンプ１０７の起動・停止は予め規定された
ポンプ井１０６の水位にて行なっている。

【０００５】一方、閉水路運用は少なくとも地下水路１
０１を満水状態にし、更に図３０の立坑１０２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。

【０００６】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。

【０００７】

【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１０
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１０７の全揚程が大きくなりポンプ１０
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１０１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。

【０００８】そして、数Ｋｍの長さになる地下水路１０
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
１０７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。

【０００９】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１０７の全揚程が小
さくなりポンプ１０７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。

【００１０】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。

【００１１】本発明は、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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題は、雨水等の排
水が流入される地下水路の下流端に設けられた排水ポン
プ機場の吸水槽に吸込口が連通され、前記吸水槽から水
を揚水して放流先の河川等に放流する排水ポンプであっ
て、前記吸水槽の底面が前記地下水路の下流端の上端位
置と地表との間に位置され、前記排水ポンプの吸込口が
前記吸水槽の底面以上の高さ位置に位置されてなる排水
ポンプとすることにより、解決できる。

【００１３】すなわち、吸水槽の底面レベルを地下水路
の下流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とともに、吸水槽の底面レベルが浅
いので、排水ポンプの最高揚程をおさえてコストを低減
できる。また、吸水槽の設置位置を浅くできるので、そ
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。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。

【００１４】

【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。

【００１５】図１に、本発明に係る大深度地下排水施設
の基本的な構成を斜視図で示す。図示のように、大深度
地下排水施設は、地下の深いところに地下水路１０１が
埋設され、これに立坑１０２を介して放水路、管渠等か
ら雨水等が流入する。地下水路１０１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
１０７により放流先の河川に排水するように構成してい
る。

【００１６】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１０１が埋設され、こ
れに立坑１０２を介して放水路１０３、管渠１０４、河
川１０５等から雨水等が流入する。地下水路１０１の下
流端はポンプ機場のポンプ井１０６に連通し、ポンプ井
１０６に流入する流入水を、ポンプ１０７により放流先
の吐出水槽１０８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１０１の底部としている
が、図２の例の開水路運用ではポンプ１０７を地下水路
１０１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１０１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１０１の水位を
最低水位Ｌ．Ｗ．Ｌに保持し、地下水路１０１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１０１を満管にして閉水路とし、立
坑１０２迄水位を上昇させることを許容する。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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５７ｍ、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１０１が満管になり立
坑１０２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。

【００２０】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。そして、最低水位Ｌ．Ｗ．Ｌは地下水路１０１
の管径１０ｍ、ポンプ１０７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３ｍないし９ｍ上方に設置でき掘削工事費が低減され
る。このように、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にすることにより、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。

【００２１】また、地下水路１０１は長大な距離を有す
ることから、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１０７を上方に設置可
能とし、地下水路１０１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１０１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１０１の
掘削工事費を低減できる。また、貯留効果によりポンプ
１０７の頻繁な発停が発生するハンチングを防止でき
る。

【００２２】次に、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。同図の実線で示す
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。

【００２３】また、図５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８
０％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。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。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。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。

【００２４】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。同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１０６とポ
ンプ１０７の間に大容量吸水槽６１を設けたことによ
り、その貯留効果から地下水路１０１より地上へ溢流す
るリスクが低減され、地下水路１０１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。そして、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。

【００２５】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。

【００２６】図７に、本発明に係る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。同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１０２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１０２に流入する流
量を集計し地下水路１０１内の流れ解析を行い地下水路
１０１の流量と水位を算出する。地下水路１０１の流量
からポンプ井１０６への流入量解析を行いポンプ井１０
６への流入量と水位を算出する。ポンプ井１０６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１０１内の流れ解析ステッ
プへフィードバックする。

【００２７】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。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。

【００２８】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。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。

【００２９】１．物理的シミュレーションによるもの２．上流側立坑の水位変化によるもの３．上流において鉄砲水を検知するもの４．学習機能を有するニューロにより予測するもの。

【００３０】このうち、１の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５１
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５２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５１に導き、ここから河川に放流するようにし
ている。排水路５２は、幹線管路５３と複数の枝管路８
ａ〜ｄから形成されている。排水ポンプ機場５１は、図
示のように、幹線管路５３から流入される排水を貯留す
る図示せざるポンプ井と、そのポンプ井の排水を汲み上
げて放流先の河川等に放流するポンプ１０７と、このポ
ンプ１０７の運転を制御するポンプ制御装置５４を含ん
で構成されている。

【００３１】枝管路８ａ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１６ａ，１６ｂ
が、また枝管路８ｂの上流地点ｅとその下流地点ｆに、
それぞれ水位検出器１６ｅ、１６ｆが設置されている。
これらの水位検出器は、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ポンプ制御装
置５４に伝送されるようになっている。なお、他の枝管
路８ｃ，８ｄ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５１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５１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。

【００３２】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５４の働きにより、排水ポ
ンプ機場５１の内水位を基準に、排水ポンプＰ_１，
Ｐ_２，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。

【００３３】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５４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。

【００３４】図１０に、枝管路８ａに発生した鉄砲水に
かかる処理を示す。なお、枝管路８ｂについても同様の
処理になるので、ここでは枝管路８ａ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３２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３１）。

【００３５】

【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。

【００３６】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。

【００３７】

【数２】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。

【００３８】

【数３】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。

【００３９】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。

【００４０】

【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。

【００４１】

【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。

【００４２】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。

【００４３】

【数６】Ｔ'bd＝α(Ｔ'bc＋Ｔ'cd) 数６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８ａと管径などの管路条件が異なるので、初期水位ｈ
ｏ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８ｂ〜ｄ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８ａ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８ａよりも枝管路８ｂ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
８ｂの鉄砲水について到達時間Ｔ'fdを予測する。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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、河川や排水路から立坑１０２への
導水路に可動の流入量調整装置５５を設けた。これによ
り、各河川や排水路から地下水路１０１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
排水路から立坑１０２への流入量を別々に調節すること
ができる。

【００５０】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５５を可動堰１０９で構成したも
のである。可動堰１０９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、河川や排水路から立坑１０２への導
水路を管路とし、図１２における流量調整装置５５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。

【００５１】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
１０７の運転状態、地下水路１０１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５５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１０７の運転状
態、地下水路１０１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。

【００５２】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５６は、河
川Ａ、排水路Ｂ及び管渠Ｃの水位、立坑１０２への流入
量Ｑ、地下水路１０１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。

【００５３】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、地下水路１０１の水位、ポ
ンプ１０７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５５に制御信号を送り、河川Ａからの流入量Ｑ
ａを増加させる。この時、仮にポンプ１０７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５５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５
６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。

【００５４】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水路１０１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。

【００５５】また、この際、ポンプ１０７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。

【００５６】図１６は、ポンプ機場上流側の地下水路１
０１に可動堰１１１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１０６に流入するのも防止でき、ポンプ１０７の信頼
性をさらに向上することができる。

【００５７】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、地下水路１０１の勾配θにもよる
が、例えばポンプ１０７の不具合などでポンプ１０７の
立上りが遅れた場合には、可動堰１１１を閉じて地下水
路１０１の貯留効果を最大限に利用できる。

【００５８】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１１１の高さを調節することにより、ポンプ井１０６
の水位を安定化させ、従ってポンプ１０７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１０７の信頼性を高めることができ
る。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】図１７に、排水施設の他の構成を縦断面図
で示す。同図に示すように地下貯水池１１０から地下水
路１０１に連通させた放流管路１１２に弁１１３が挿入
されている。地下水路１０１の終端にポンプ井１０６が
設けられ、ポンプ井１０６内にポンプ１０７が浸漬され
ている。ポンプ１０７の吐出管５７の吐出弁５８よりも
上流側から分岐して地下貯水池１１０に連通させた還流
路５９が設けられ、この還流路５９に弁６０が挿入され
ている。降雨があるとポンプ井１０６への流入予測が行
われ、流入水がポンプ井１０６に到達する前に放流路１
１２の弁１１３を開きポンプ井１０６へ地下貯水池１１
０の貯留水を供給する。一定時間遅れて放流水がポンプ
井１０６へ到着しポンプ井１０６の水位がポンプ１０７
の運転可能な値に上昇した時ポンプ１０７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。

【００６３】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１０１の埋設深さが深くなると、ポンプ井１０
６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１０６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
量を増大すればよい。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１１０の底面よりも下
のレベルに設ける。

【００６４】このように構成することにより、上層階の
低揚程ポンプ８Ｂは設置レベルが高い分だけ放流先河川
６２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、上階層の低揚程ポンプ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１０６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、低い階層の高揚程
ポンプ８Ａは高揚程ではあるが、小容量でよい。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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１０１の比較的
下流側に、地表と地下水路１０１の中間に位置させて、
一定の容積を有する地下貯留池１１０が埋設されてい
る。この地下貯留池１１０は立坑１０２を介して地下水
路１０１に連結されている。この立坑１０２の地下貯留
池１１０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１１０の底部は貯留水の放流管路１２を介して立
坑１０２に連結されている。この放流管路１１２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）１１３が設けられている。ここで、放流管路１１
２は地下水路１０１に直接連結することも可能である。
また、地下貯留池１１０の底部に連通させて揚水ポンプ
１１５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１１０の上部は空気孔１１４を
介して大気に開口され、地下貯留池１１０に対応する地
表面には公園１１７や運動場等の公共施設が、更に地表
と地下貯留池１１０との間のスペースを利用して地下駐
車場１１６などの施設が設けられている。また、地下貯
留池１１０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１０１の貯留能力を差し引いた量以上に設
定する。

【００６９】ここで、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説明する。雨が降って河川等
の水位が上昇すると地下水路１０１に流入する水量が増
加し、雨量の程度に応じて地下水路１０１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１０１が満水状態になり、地下貯留池１
１０の立坑１０２の水位が急激に上昇し、図２２に示し
た動水勾配１２０に従って、水位が地下貯留池１１０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１１０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１０６に到達してから、ポンプ１０７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１１０の入口レベルに水位が到達してか
らポンプ１０７を運転開始しても、上流側水路の放水路
１０３、管渠１０４、河川１０５又は空気孔１１４から
流入水が逆流して生ずる冠水を防止できる。

【００７０】なお、ポンプ１０７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１１０に水位が達してからポンプ１０７を運
転開始すれば、水位の上昇を抑えられるのである。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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１０１により集められた雨水などの流入水は
ポンプ井１０６に流入される、ポンプ井１０６内の流入
水は排水ポンプ群７１によって汲み揚げられ、集合吐出
管路７２と排水路７３を介して放流先の河川６２に排出
されるようになっている。排水ポンプ群７１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，Ｐ
Ｌ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７６、７７は環状の集合吸
込管路７４，７５を介してそれぞれポンプ井１０６に連
通されている。集合吸込管路７４，７５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７６、７７にはそれぞれ吸込仕切り弁
７８、７９が設けられている。集合吐出管路７３は排水
ポンプ群７１の中心に縦型に設けられ、各排水ポンプＰ
Ｈ，ＰＬの吐出管路８０，８１が連結されている。集合
吐出管路７３の上部は排水路７３によって河川６２に連
通されている。また、集合吐出管路７２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７１が設置される
地下ポンプ建家８２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８２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８２内には排水ポンプＰＨ，ＰＬおよび電動機８３、
８４などを保守するための保守エリアが設けられてい
る。なお、図に示すように、集合吐出管路７２の上端を
地上に露出させ、その部分に例えば噴水又は滝８５を設
けたり、地下ポンプ建家８２の地上部分を公園８６等と
して利用できるようにしてもよい。

【００７４】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６２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。

【００７５】また、排水システムではポンプ井１０６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−６０
ｍ）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−４５
ｍ，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。

【００７６】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８２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。

【００７７】また、ポンプ井１０６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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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２０６Ａ，２０６Ｂ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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、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】１０１地下水路１０２立坑１０３放水路１０４管渠１０５河川１０６ポンプ井１０７ポンプ１０８吐出水槽６１大容量吸水槽７１雨量レーダ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】大深度地下に配設され雨水等の排水が流
入される地下水路の下流端に設けられた排水ポンプ機場
の吸水槽に吸込口が連通され、前記吸水槽から水を揚水
して放流先の河川に放流する排水ポンプであって、前記
吸水槽の底面が前記地下水路の下流端の上端位置と地表
との間に位置され、前記排水ポンプの吸込口が前記吸水
槽の底面以上の高さに位置されてなる地下排水施設の排
水ポンプ。
【請求項２】雨水等の排水が流入される地下水路の下
流端に設けられた排水ポンプ機場の吸水槽に吸込口が連
通され、前記吸水槽から水を吸水して放流先の河川ある
いは吐出水槽に放流する排水ポンプであって、前記吸水
槽の底部が縦水路を介して前記地下水路の下流端部に連
通され、前記排水ポンプのポンプ羽根車の位置が前記吸
水槽のほぼ底部レベルに位置されてなる地下排水施設の
排水ポンプ。
【請求項３】雨水等の排水が流入される地下水路の下
流端に設けられる排水ポンプ機場の排水ポンプであっ
て、前記地下水路の下流端部の上端と地表との間に羽根
車が配置され、前記地下水路の下流端部に連通されかつ
該地下水路の下流端の上端レベルと放流先の水位レベル
との間のレベルに配置された吸水槽に吸込口が接続され
てなる地下排水施設の排水ポンプ。