JPH0610323A - 都市型洪水調節池 - Google Patents

都市型洪水調節池

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JPH0610323A
JPH0610323A JP4196110A JP19611092A JPH0610323A JP H0610323 A JPH0610323 A JP H0610323A JP 4196110 A JP4196110 A JP 4196110A JP 19611092 A JP19611092 A JP 19611092A JP H0610323 A JPH0610323 A JP H0610323A
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Masaki Ono
小野政喜
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のダム貯水池に比べてはるかに小さい面
積で洪水調節を行い得る都市型洪水調節池を提供する。 【構成】 予備水槽2が河川の上流側7に接続され、調
節水槽1が予備水槽2の下流側に隣接する。越流堰3が
予備水槽2と調節水槽1とを仕切る。予備水槽2の水面
積は調節水槽1の水面積より小さい。越流堰の下部に一
端が開口し、調節水槽を貫通してのび、他端が河川の下
流側8に開口する排水管4が設けられる。越流堰下部に
通水口5が形成される。通水口には、これを封閉可能な
大きさを有するフラップ板6が、上端縁を軸として予備
水槽側において回動可能に取り付けられる。排水路の断
面積および長さは、計画高水流量を越える水量が予備水
槽から越流堰を越えて調節水槽に流入するように規定さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特に都市部において、
洪水を調節し浸水被害を防止する都市型洪水調節池に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】流域内森林または水田等の開発によって
都市化された地域は、降雨時の保水性が悪く、地表構造
物および路面によって不透水化され、また遊水池を有し
ていない。このため、洪水時における雨水貯留能力が著
しく減少し、過去と同一の降雨量に対しても、その流出
時間が過去の場合に比較して短くなっており、洪水ピー
ク流量が増大し、渇水量は逆に減少するという傾向があ
る。これは、豪雨時における都市浸水災害の増大を引き
起こす最も重要な原因となっている。
【0003】図6に示したように、このような都市化さ
れた地域100内には、支川103が流れているが、各
支川には計画高水流量が規定され、支川流域からの洪水
流量は、この計画高水流量を越えないようにすることが
義務付けられている。
【0004】図7は都市河川に対する洪水流量曲線Cの
グラフであり、縦軸は流量を、横軸は時間をそれぞれ表
している。また、上方の棒グラフは、そのときの降雨R
の時間的変化を示している。図7において、降雨開始か
ら河川流入量Qi が計画高水流量Qopに達するまでの時
間をT1 、計画高水流量Qopに達した後、ピーク流量Q
p となり再び減少して再度計画高水流量Qopに至るまで
の時間をT2 、地上流出が終了するまでの時間をT3
する。このとき、支川のピーク流量Qp の計画高水流量
opに対する増加量はΔQとなり、このΔQが都市化さ
れた地域の浸水を引き起こす。このΔQをゼロにするた
めの効果的な対策を講ずることが求められる。
【0005】その対策の1つとして河道の拡幅が考えら
れるが、周辺民家に対する潰れ地の影響が大きく、都市
化された地域では、河道拡幅の方法は採用されていな
い。河道拡幅に代わるものとして、図6に示したよう
に、支川103にダム101を設け、貯水池102を形
成する方法があるが、これを実施しようとすると一般に
広大な貯水池用の土地が必要となる。しかし、都市部で
は土地の節約は非常に重要であり、上記の方法に代わ
り、比較的小さい面積で洪水調節を行い得る洪水調節池
を開発することが求められている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
課題は、従来のダム貯水池に比べてはるかに小さい面積
で洪水調節を行い得る都市型洪水調節池を提供すること
である。
【0007】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は、河
川の途中に設けられ、河川の上流側から流入する予め設
定される計画高水流量を越える水量を一時的に貯水し、
河川の下流側には常に前記計画高水流量以下の水量だけ
を排水することによって洪水を防止する洪水調節池であ
って、河川の上流側に接続された予備水槽と、前記予備
水槽に隣接する調節水槽と、前記予備水槽と前記調節水
槽とを仕切る、下部に通水口が形成された越流堰と、前
記越流堰の通水口に設けられ、常時は前記通水口を閉鎖
するが、前記調節水槽の水位が前記予備水槽の水位より
大きいときに前記通水口を開放する制御弁手段と、前記
予備水槽と河川の下流側を接続する排水手段とを有して
おり、前記予備水槽の水面積は前記調節水槽の水面積よ
り小さくなるように形成され、前記排水手段の断面積お
よび長さは、前記計画高水流量を越える水量が前記予備
水槽から前記越流堰を越えて前記調節水槽に流入するよ
うに規定されていることを特徴とする都市型洪水調節池
を構成したものである。ここに、排水手段は、予備水槽
の水を河川の下流側に排水する構造であればどのような
ものでもよいが、排水管あるいは排水路であることが好
ましい。
【0008】本発明の好ましい実施例では、前記制御弁
手段が、前記通水口を封閉可能な大きさを有し、前記通
水口に、上端縁を軸として前記予備水槽側において回動
運動可能に取り付けられたフラップ板からなっている。
本発明の別の好ましい実施例では、前記排水手段の長さ
が最短となるように形成されている。
【0009】
【作用】以上の構成を有する本発明による都市型洪水調
節池は、次のように作動する。河川上流側から予備水槽
への流入量が計画高水流量より小さいとき、予備水槽に
流入する水はすべて排水路から河川下流側に排出され、
越流堰を越えての調節水槽への水の流入はない。このと
き、予備水槽の水位は調節水槽の水位より高いから、通
水口の制御弁手段は閉鎖されている。
【0010】河川からの流入量が増大して計画高水流量
を越えるようになると、予備水槽に流入する水量のうち
計画高水流量を越える水量が、越流堰を越えて調節水槽
内に流入する。そして、調節水槽の水位が徐々に上昇し
て貯水量が増加する。この間においても、予備水槽の水
位は調節水槽の水位よりも高いから、通水口の制御弁手
段は閉鎖されている。また、このとき、計画高水流量に
相当する水量は排水路を通じて河川下流側に放流され続
ける。
【0011】その後、洪水減衰期に入り流入量が計画高
水流量より小さくなると、越流堰を越えて調節水槽に流
入する水量はなくなり、また、調節水槽の水位は予備水
槽水位より高くなるため、越流堰の通水口の制御弁手段
が開放され、通水口を通じて調節水槽から予備水槽への
流出が始まる。そして、予備水槽に流出した水は、排水
路を通じて河川下流側に排水される。
【0012】こうして、洪水時に河川上流側において発
生した計画高水流量を越える水量は一時的に調節水槽に
貯えられ、河川の下流側には、常に計画高水流量以下の
水量しか排水されない。その結果、河川下流側における
浸水災害が防止される。
【0013】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。図1に示したように、本発明による都
市型洪水調節池は、河川の途中に設けられ、河川の上流
側7に接続された予備水槽2と、予備水槽2の下流側に
隣接する調節水槽1と、予備水槽2と調節水槽1を仕切
る越流堰3とを有している。また、予備水槽2の水面積
は、調節水槽1の水面積よりも小さくなるように形成さ
れる。
【0014】さらに、越流堰3の下部に一端が開口し、
調節水槽1の下部を貫通してのび、他端が河川の下流側
8に開口する排水管4が設けられる。こうして、予備水
槽2の水は排水管4を通じて河川の下流側8に排水され
る。このとき、排水管4は、予備水槽2と河川の下流側
8を最短距離で接続していることが好ましい。また、排
水管4の代わりに、調節水槽1の外側に排水路を設け、
この排水路を通じて予備水槽2の水を河川の下流側8に
排水する構成とすることもできる。また、越流堰3の下
部には通水口5が形成される。通水口5には、これを封
閉可能な大きさを有するフラップ板6が、上端縁を軸と
して予備水槽2側において回動運動可能に取り付けられ
る。この場合、通水口5には、常時は通水口5を閉鎖
し、調節水槽1の水位が予備水槽2の水位より大きいと
きにのみ通水口5を開放する手段であればどのようなも
のを使用してもよい。
【0015】そして、調節水槽1の水深hが予備水槽2
の水深h1 と等しくなったときに、排水管4の放流量Q
o が計画高水流量Qopに等しくなるように、すなわち、 h=h1 (1) のとき、 Qo =Qop (2) が満たされるように、排水管4の内径および長さが規定
される。このとき、排水管4の放水量は次式によって計
算される。 Qo =√(2g(h1 −h0)/(λi + λo + λf L/D)) ×0.785 D2 (3) ここで、Dは排水管内径、Lは排水管長、λi は流入損
失係数、λo は流出損失係数、λf は摩擦損失係数、h
1 は予備水槽水深、h0 は排水管放水口水深、gは重力
加速度をそれぞれ表している。また、排水管4の内径D
は、 D=√(4Qop/π) (4) で与えられる。
【0016】以下、図7を再び参照しながら、本発明に
よる都市型洪水調節池の作動方法について説明する。 (1)初期洪水調節時(図7における0〜T1 の間) 降雨が始まると、予備水槽2の水位はその水面積が小さ
いために急速に上昇し、同時に排水管4から放流が始ま
る。このときの排水管流量Qo は(2)式で規定される
ものとなる。しかし、河川からの流入量Qi が計画高水
流量Qopよりも小さく、Qi <Qopであり、越流堰3か
ら調節水槽1への水の流入はない。しかも、予備水槽2
の水位は調節水槽1の水位よりも高いのでフラップ板6
は閉じており、調節水槽1には通水口5からの水の流入
もない。したがって、調節水槽1の貯水量Vに対して、 dV/dt=0 (5) が成立する。さらに、河川流入量が増加し、予備水槽2
が最大水深h1 となると、排水管4からの放流量は計画
高水流量Qopに一致する。
【0017】(2)洪水調節時(図7におけるT1 〜T
2 の間) 河川からの流入量が増大しQi >Qopとなると、排水管
4の最大放流量以上の水量が予備水槽2に流入するか
ら、Qi −Qop=ΔQに相当する水量が、越流堰3を越
えて調節水槽1内に流入し、調節水槽1の水位が徐々に
上昇して貯水量が増加する。このとき、調節水槽1の貯
水量Vに対して、 dV/dt=Qi −Qop (6) が成立する。(6)式を解けば、初期貯水量をV0 とし
て、 V=(Qi −Qop)Δt+V0 (7) が得られ、調節水槽1の水深は、初期水深をh0 とし
て、 h=(Qi −Qop)/(dv/dh)×Δt+h0 (8) となる。
【0018】そして、図7のT2 の近くでは、調節水槽
1と予備水槽2の水位は等しくフラップ板6は閉じてお
り、越流堰3の通水口5を通じた調節水槽1から予備水
槽2への流量Q21は、常に Q21=0 (9) となる。また、この場合にも、計画高水流量Qopに相当
する水量が、排水管4を通じて河川下流側8に放流され
続ける。したがって、T2 において調節水槽1の貯水量
は最大となり、洪水調節のためにはこの時の容量が確保
されていればよい。
【0019】(3)洪水減衰期(図7におけるT2 〜T
3 の間) 洪水減衰期に入りQi <Qopとなると、予備水槽2の水
深hと調節水槽1の水深h1 との関係が、h>h1 とな
り、フラップ板6が自動的に開放され、調節水槽1の水
は通水口5を通じて予備水槽2に流出し始める。そし
て、調節水槽1の貯水量Vに対して、 dV/dt=−a√(2g(h−h1)) (10) が成立するようになる。実際には調節水槽1の形状は不
規則であるから、貯水量Vおよび水面積Aは水深hの関
数となり、 V=fV (h) (11) A=fA (h) (12) で表される。そして、通水口5を通じた調節水槽1から
予備水槽2への流出量Q21は、 Q21=fQ ( h−h1) (13) のように水深hおよびh1 の関数となる。これらの関数
は、図3および図4に示すグラフから計算される。図3
は、調節水槽1の水位−容量曲線C1 および水位−面積
曲線C2 のグラフ、図4は、予備水槽2の水位と排水管
4の排水流量の関係を表したグラフである。
【0020】また、図5は、(7)式を用いて数値計算
した、本発明による都市型洪水調節池の実際のシミュレ
ーションの結果を示したグラフであり、(A)は雨量の
時間変化を、(B)は河川流入量および放流量を、
(C)は調節水槽1の貯留量の時間変化をそれぞれ示し
たグラフである。なお、数値計算に必要なdA/dh、
およびdV/dhは、図3から簡単に求めることができ
る。
【0021】数値計算の結果、予備水槽2の計画最高水
位は8.24m、調節水槽1の最高水位もまた8.24
mとなった。その結果、予備水槽2の面積は3m2 、調
節水槽1の容積は6323m3 となった。また、排水管
4の内径は1.1m、長さ490m、越流堰3の通水口
5は0.18×0.18m2 となった。
【0022】一方、比較のために、同様の流入条件に対
して、従来のダムによる洪水調節池の場合に、洪水調節
池の水面積がどれだけ必要になるかを、ダムによる貯水
池の計画貯水量(V0)max を規定する式、 (V0)max =(Qi −Qo )Δt (14) ここで、V0 はダム貯水池の容量、tは時間、Qi は支
川洪水流入量、Qo はダム貯水池の放流量を表す、を用
いて計算した。計算の結果、洪水調節池の水面積は、本
発明による洪水調節池よりはるかに大きくなり、125
00m3 の容量が必要であることがわかった。これは、
本発明による洪水調節池の容量6323m3 の約2倍で
あり、本発明による洪水調節池がいかに小さい容積(面
積)で洪水を制御できるかがわかる。
【0023】このように、本発明によれば、洪水発生時
に、予め設定される計画高水流量を越える水量が一時的
に調節水槽に貯水され、排水管からは、常に計画高水流
量以下の水量しか排水されず、河川下流での浸水被害を
確実に防止することができる。しかも、かかる洪水制御
効果が、極めて簡単な構造において達成でき、建設コス
トも従来の方法に比べて非常に低減される。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
ダムによる貯水池に比べてはるかに小さい容積で洪水制
御が可能となるので、特に、土地の節約が要求される都
市部における洪水防止に著しい貢献をする。また、本発
明による洪水調節池は構造が簡単であり、建設が容易で
あり、しかも建設コストもあまりかからない。すなわ
ち、本発明は、極めて現実的であり社会的な貢献度も大
きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による都市型洪水調節池の実施例を示す
図であり、(A)はその上面図、(B)は(A)のX−
X線に沿った断面図である。
【図2】図1(A)のY−Y線に沿った断面図である。
【図3】図1の都市型洪水調節池の水位−容積曲線およ
び水位−面積曲線を示すグラフである。
【図4】図1の都市型洪水調節池の予備水槽水位と排水
管放流量との関係を示すグラフである。
【図5】図1の都市型洪水調節池のシミュレーションの
結果を示すグラフであり、(A)は雨量の時間変化を、
(B)は支川流入量および放流量を、(C)は調節水槽
貯留量の時間変化をそれぞれ示している。
【図6】都市化された支川流域に従来のダム貯水池を設
けた状況を示す概略図である。
【図7】都市河川に対する洪水流出流量と計画高水流量
との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 調節水槽 2 予備水槽 3 越流堰 4 排水管 5 通水口 6 フラップ板 7 河川の上流側 8 河川の下流側

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 河川の途中に設けられ、河川の上流側か
    ら流入する予め設定される計画高水流量を越える水量を
    一時的に貯水し、河川の下流側には常に前記計画高水流
    量以下の水量だけを排水することによって洪水を防止す
    る洪水調節池であって、 河川の上流側に接続された予備水槽と、 前記予備水槽に隣接する調節水槽と、 前記予備水槽と前記調節水槽とを仕切る、下部に通水口
    が形成された越流堰と、 前記越流堰の通水口に設けられ、常時は前記通水口を閉
    鎖するが、前記調節水槽の水位が前記予備水槽の水位よ
    り大きいときに前記通水口を開放する制御弁手段と、 前記予備水槽と河川の下流側を接続する排水手段とを有
    しており、 前記予備水槽の水面積は前記調節水槽の水面積より小さ
    くなるように形成され、前記排水手段の断面積および長
    さは、前記計画高水流量を越える水量が前記予備水槽か
    ら前記越流堰を越えて前記調節水槽に流入するように規
    定されていることを特徴とする都市型洪水調節池。
  2. 【請求項2】 前記制御弁手段が、前記通水口を封閉可
    能な大きさを有し、前記通水口に、上端縁を軸として前
    記予備水槽側において回動運動可能に取り付けられたフ
    ラップ板からなっていることを特徴とする請求項1に記
    載の都市型洪水調節池。
  3. 【請求項3】 前記排水手段の長さが最短となるように
    形成されていることを特徴とする請求項1または請求項
    2に記載の都市型洪水調節池。
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