JP4641002B2 - 堰構造 - Google Patents

Description

本発明は、堰構造に関するものである。

従来、各種工場やプラントの冷却水等は、放水流路に放水されてきた。図７は、従来の放水流路１０１を示す図である。放水流路１０１では、矢印Ｈに示す方向に放水が行われるが、波浪１０５などの種々の外的要因に伴って矢印Ｉに示す方向の逆流が生じ、粒子が水底１０７に堆積物１０９として堆積する問題があった。堆積物１０９による放水流路１０１の機能の阻害を防ぐためには、侵入した堆積物１０９を定期的に除去、清掃する必要があった。

また、港湾においても、潮流により航路等に土砂が流入堆積する現象が問題となっていた。その対策として、貯水池等に貯水した水を、貯水池内外の水位差ができた起点で放水し、その流速を利用したエジェクタを使い水底の土砂を連続的に浚渫する方法が提案されてきた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２３２０５１号公報

しかしながら、従来の方法は、潮汐差が小さい海域や河川での適用が困難であった。

前述した目的を達成するための本発明は、放水流路に設けられる堰構造であって、流入口を有する第１の堰板と、放水口を有し、前記第１の堰板の下流側に所定の間隔をおいて配置される第２の堰板と、を具備し、前記第１の堰板の上流側の水位よりも高い位置に設けられた前記流入口から流入した水が、前記第１の堰板と前記第２の堰板との間の空間を流路として落下し、前記第２の堰板の下流側の水位よりも低い位置に設けられた前記放水口から噴出されることを特徴とする堰構造である。

第１の堰板に設けられる流入口とは、開口部、または、堰板の上端部に設けられた凹部である。第２の堰板に設けられる放水口は、開口面積を可変とするのが望ましい。

第１の堰板および第２の堰板は、放水流路に着脱可能に設置される。堰構造では、第１の堰板、第２の堰板を分割する中仕切り壁をさらに設け、中仕切り壁に第１の堰板および第２の堰板を着脱可能に設置してもよい。このとき、中仕切り壁に溝を設け、第１の堰板の側部および第２の堰板の側部を溝に嵌め込むのが望ましい。第１の堰板と第２の堰板とは、連結部材を用いて一体化してもよい。

本発明では、放水流路に、流入口を有する第１の堰板と、放水口を有し、第１の堰板の下流側に所定の間隔をおいて配置される第２の堰板とを設置して堰構造を形成する。本発明の堰構造では、第１の堰板の上流側の水位よりも高い位置に設けられた流入口から流入した水が、第１の堰板と第２の堰板との間の空間を流路として落下し、第２の堰板の下流側の水位よりも低い位置に設けられた放水口から噴出する。

本発明によれば、外的要因による逆流が発生した際、粒子が流路内に侵入、堆積することを防止する堰構造を提供できる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、特殊堰７が設置された放水流路１の斜視図、図２は、特殊堰７が設置された放水流路１の平面図、図３は、特殊堰７が設置された放水流路１の垂直方向の断面図である。図３は、図２の矢印Ｅ−Ｅによる断面を示す。図４は、堰板の立面図である。図４の（ａ）図は、施設側堰板１３の立面図、図４の（ｂ）図は、海側堰板１７の立面図を示す。

図１から図３に示すように、放水流路１は２枚の側壁３で仕切られた流路である。側壁３は、放水流路１の内部側の面に、２本の縦方向の溝５を有する。側壁３には、放水流路１の上流側すなわち施設側２７に溝５ａが、下流側すなわち海側３１に溝５ｂが配置される。

放水流路１に設置される特殊堰７は、中仕切り壁９、施設側堰板１３、海側堰板１７等からなる。中仕切り壁９、施設側堰板１３、海側堰板１７は、耐海水性のある材質とする。

中仕切り壁９は、放水流路１の幅を分割するように配置される。中仕切り壁９は、両面にそれぞれ２本の縦方向の溝１１を有する。中仕切り壁９には、放水流路１の上流側すなわち施設側２７に溝１１ａが、下流側すなわち海側３１に溝１１ｂが配置される。

施設側堰板１３、海側堰板１７は、図１から図３の矢印Ｃに示す放水流路１の流れの方向に対してほぼ垂直に、所定の間隔をおいて配置される。施設側堰板１３は、放水流路１の上流側すなわち施設側２７に配置される。海側堰板１７は、放水流路１の下流側すなわち海側３１に配置される。

施設側堰板１３は、中仕切り壁９の両側に各１枚ずつ配置される。施設側堰板１３は、一方の側部が中仕切り壁９の溝１１ａに、他方の側部が側壁３の溝５ａに嵌め込まれる。

海側堰板１７は、中仕切り壁９の両側に各１枚ずつ配置される。海側堰板１７は、一方の側部が中仕切り壁９の溝１１ｂに、他方の側部が側壁３の溝５ｂに嵌め込まれる。

図１、図３に示すように、施設側堰板１３は、特殊堰７の施設側２７の水２１の水位より高い位置に、流入口１５を有する。図１、図２、図４の（ａ）図に示すように、流入口１５は、縦方向の仕切り１４により、複数部分に仕切られる。

図１、図３に示すように、海側堰板１７は、特殊堰７の海側３１の水２５の水位より低い位置に、放水口１９を有する。図１、図２、図４の（ｂ）図に示すように、放水口１９は、複数箇所に設けられる。

図１から図３に示すように、特殊堰７では、施設から放水流路１の施設側２７に矢印Ｃに示す方向に放水された水２１が、矢印Ａに示すように、施設側堰板１３の流入口１５から堰内部２９に流入し、堰内部２９の空間を流路４７として落下する。堰内部２９の水２３は、矢印Ｂに示すように、海側堰板１７の放水口１９から放水流路１の海側３１に噴出する。放水口１９から噴出した噴流は、矢印Ｄに示す方向の波浪３７により水底３３に堆積した堆積物３５を掃流する。

一般的な水理公式により算出すれば、流速が０．３９８ｍ／ｓを越えていれば、粒径ｄ＝０．１ｃｍの砂が水底３３に留まることはない。放水を行う施設の定期点検中の特殊堰７の越流量がＱ＝１８００ｍ^３／ｈ＝０．５ｍ^３／ｓであるとき、高さ０．２５ｍ、幅１ｍの放水口１９を４箇所に設けるとすると、放水口１９から放出される水の平均流速は０．５ｍ／ｓとなり、０．３９８ｍ／ｓを上回る。一辺０．２５ｍの放水口１９を４箇所に設けるとすると、平均流速は２．０ｍ／ｓとなる。

次に、特殊堰７を０．５ｍ^３／ｓの流量の水が流れるとき、海側堰板１７の前後にできる水位差を考える。オリフィスの損失水頭の考え方を用いると、高さ０．２５ｍ、幅１ｍの放水口１９を４箇所に設けるとき、水２３と水２５との水位差は０．０３８ｍとなる。また、一辺０．２５ｍの放水口１９を４箇所に設けるとき、水２３と水２５との水位差は０．６１ｍとなる。

施設側堰板１３を全幅堰として考え、特殊堰７の越流量を０．５ｍ^３／ｓ、施設側堰板１３の幅を１２ｍ、水底３３から流入口１５の下端までの高さを３ｍとすると、流入口１５の越流水深は、０．０９ｍとなる。すなわち、１０ｃｍ程度と小さい。

以上から、特殊堰７では、海側堰板１７に一辺０．２５ｍの放水口１９を４箇所設けることが提案できる。中仕切り壁９を有する特殊堰７では、図１、図２、図４の（ｂ）図に示すように、放水口１９は、１枚の海側堰板１７につき２箇所に設けられる。

施設側堰板１３の流入口１５には、水幕で空気が封じ込められるのを防ぐため、所定の位置に仕切り部分１４を設けるのが望ましい。中仕切り壁９を有する特殊堰７では、図１、図２、図４の（ａ）図に示すように、仕切り部分１４は、例えば、１枚の施設側堰板１３の流入口１５の両端部分と中央部分に設けられる。

放水口１９は、大きな石等が転がってきたときに開口が塞がれるのを防ぐため、水底３３から３０ｃｍほどの高さに設けるのが望ましい。

放水流路１に特殊堰７を設置するには、まず、中仕切り壁９を水底３３に設置する。そして、施設側堰板１３の一方の側部を中仕切り壁９の溝１１ａに、他方の側部を側壁３の溝５ａに嵌め込む。また、海側堰板１７の一方の側部を中仕切り壁９の溝１１ｂに、他方の側部を側壁３の溝５ｂに嵌め込む。

放水流路１から特殊堰７を撤去するには、施設側堰板１３を中仕切り壁９の溝１１ａ、側壁３の溝５ａに沿って引き上げる。また、海側堰板１７を中仕切り壁９の溝１１ｂ、側壁３の溝５ｂに沿って引き上げる。そして、中仕切り壁９を水底３３から引き上げる。

このように、本実施の形態によれば、流入口１５を有する施設側堰板１３と放出口１９を有する海側堰板１７を所定の間隔で配置して特殊堰７を形成することにより、潮汐差が小さい海域や河川でも、堰上げという自然の位置エネルギを利用して水底３３の堆積物３５を除去できる。特殊堰７は、施設の定期検査中も２４時間運転が可能であり、施設側２７の水２１の量が少ない場合でも逆流が発生しない。

特殊堰７は、側壁３の溝５、中仕切り壁９の溝１１に沿って施設側堰板１３および海側堰板１７を着脱可能とすることにより、施設運転中に、簡単に水中から撤去することができる。また、特殊堰７の使用中を含め、容易に維持管理を行える。

なお、本実施の形態では、一辺が０．２５ｍの放水口１９を４箇所に設けることを提案したが、放水口１９の仕様はこれに限らない。放水口１９は、開口を締め切ったり絞ったりすることにより、開口面積の大きさを変化させる機能を有するものとしてもよい。放水口１９の開口面積の大きさを可変とすることにより、放水流露１の海側３１に噴出する噴流の速度を変化させることができる。

また、施設側堰板１３の仕様は、図１から図４に示すものに限らない。図５は、他の施設側堰板３９の立面図である。図５に示す施設側堰板３９は、上端部４５の両端部および中央部に仕切り部分である凸部４３が設けられる。施設側堰板３９では、凸部４３に挟まれた凹部４９を流入口４１として用いる。施設側堰板３９においても、流入口４１は、特殊堰７の施設側２７の水２１の水位より高い位置に設けられる。

さらに、施設側堰板１３と海側堰板１７とを一体化してもよい。図６は、施設側堰板１３と海側堰板１７とを一体化した特殊堰７ａの平面図を示す。図６に示す特殊堰７ａでは、連結部材５１を用いて施設側堰板１３と海側堰板１７とが一体化される。

特殊堰７ａでは、放水流路１の側壁３の内側面に１本の縦方向の溝５ｃが設けられる。また、中仕切り壁９の両面に各１本の縦方向の溝１１ｃが設けられる。特殊堰７ａでは、最も側壁側の連結部材５１ａが側壁３の溝５ｃに、最も中仕切り壁側の連結部材５１ｂが中仕切り壁９の溝１１ｃに嵌め込まれる。

放水流路１に特殊堰７ａを設置するには、中仕切り壁９を水底３３に設置した後、連結部材５１ａを側壁３の溝５ｃに、連結部材５１ｂを中仕切り壁９の溝１１ｃに嵌め込む。放水流路１から特殊堰７ａを撤去するには、連結部材５１ａを側壁３の溝５ｃに、連結部材５１ｂを中仕切り壁９の溝１１ｃに沿って引き上げた後、中仕切り壁９を水底３３から引き上げる。

本実施の形態では、中仕切り壁９を１枚設置したが、中仕切り壁９の設置枚数を２枚以上としてもよい。また、中仕切り壁９を設けず、各１枚の施設側堰板、海側堰板の側部を放水流路１の側壁３に着脱可能に固定してもよい。

本実施の形態では、側壁３と中仕切り壁９にそれぞれ溝５、溝１１を設けて施設側堰板および海側堰板を固定したが、施設側堰板および海側堰板の固定方法はこれに限らない。施設側堰板および海側堰板を、他の着脱可能な方法で側壁３や中仕切り壁９に固定する場合もある。

放水口１９の開口面積の大きさを可変とした場合、図５に示すような施設側堰板３９を用いた場合、施設側堰板と海側堰板を連結部材を用いて一体化した場合、中仕切り壁９の設置枚数を２枚以上とした場合、中仕切り壁９を設けない場合、施設側堰板および海側堰板を溝に嵌め込む以外の着脱可能な方法で側壁３や中仕切り壁９に固定した場合においても、特殊堰７と同様の効果が得られる。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる堰構造の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

特殊堰７が設置された放水流路１の斜視図 特殊堰７が設置された放水流路１の平面図 特殊堰７が設置された放水流路１の垂直方向の断面図 堰板の立面図 他の施設側堰板３９の立面図 施設側堰板１３と海側堰板１７とを一体化した特殊堰７ａの平面図 従来の放水流路１０１を示す図

符号の説明

１………放水流路
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ………溝
７、７ａ………特殊堰
９………中仕切り壁
１３、３９………施設側堰板
１５………流入口
１７………海側堰板
１９………放水口
２１、２３、２５………水
４３………凸部
４５………上端部
４７………流路
４９………凹部
５１………連結部材

Claims (8)

1. 放水流路に設けられる堰構造であって、
   流入口を有する第１の堰板と、
   放水口を有し、前記第１の堰板の下流側に所定の間隔をおいて配置される第２の堰板と、
   を具備し、
   前記第１の堰板の上流側の水位よりも高い位置に設けられた前記流入口から流入した水が、前記第１の堰板と前記第２の堰板との間の空間を流路として落下し、前記第２の堰板の下流側の水位よりも低い位置に設けられた前記放水口から噴出されることを特徴とする堰構造。
2. 前記流入口が、前記第１の堰板に設けられた開口部であることを特徴とする請求項１記載の堰構造。
3. 前記流入口が、前記第１の堰板の上端部に設けられた凹部であることを特徴とする請求項１記載の堰構造。
4. 前記放水口の開口面積が可変であることを特徴とする請求項１記載の堰構造。
5. 前記第１の堰板および前記第２の堰板が、前記放水流路に着脱可能に設置されることを特徴とする請求項１記載の堰構造。
6. 前記第１の堰板、前記第２の堰板を分割する中仕切り壁をさらに具備し、前記中仕切り壁に前記第１の堰板および前記第２の堰板が着脱可能に設置されることを特徴とする請求項５記載の堰構造。
7. 前記中仕切り壁に溝が設けられ、前記第１の堰板の側部および前記第２の堰板の側部が前記溝に嵌め込まれることを特徴とする請求項６記載の堰構造。
8. 前記第１の堰板と前記第２の堰板とが、連結部材を用いて一体化されることを特徴とする請求項１記載の堰構造。

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