JPS6125857B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、河川に設置される堰に、昇降自在
に設けられる流量調節用の水門扉に関するもので
ある。

〔従来の技術及びその問題点〕

従来、この種の水門扉における放流量の調節
は、水門扉を電気的に昇降させることによつて行
なつており、水門扉は河川の流量が常に変化して
いるため、連日にわたり随時稼動している例が多
い。

この場合、水門扉の昇降はコンピユータなどに
よつて自動制御されるが、自動制御の場合でも安
全対策上、管理要員を常駐させて監視しなければ
ならないので、人的配置上の問題がある。また、
常時連続運転状態のため機械部分の摩耗や故障、
誤動作、停電などのトラブルに対する不安もあ
る。

上記のような問題点を解決できる安全確実な水
門扉の制御方法は、可動部分をなくし、自然越流
のみにより制御する方式であるが、水位すなわち
越流水深の増加に伴なう越流放流量の増加の割合
が小さく、放流調節能力が不足する場合が多い。

このような放流量の不足を補う一つの方式とし
て固定堰にサイフオンを取付けたものがある。こ
のサイフオン方式は一般の堰に比較して格段の放
流量を確保できるが、大規模洪水時においてはこ
のサイフオン固定堰そのものが洪水時の疎通能力
を阻害することになる。

そこで、この発明は、上記のような従来方式の
欠点を解決するためにサイフオン作用により十分
な放流能力を発揮できると共に、大規模洪水時に
疎通能力が阻害されないサイフオン付水門扉を提
供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題点を解決するために講じた手段は次
のとおりである。

即ち、昇降自在に設けられる扉体の上流面に、
上下方向の放流管路を複数並列に設け、この放流
管路の上部に扉体の最高部近傍から下向きに上流
側へ彎曲する彎曲部を設け、この彎曲部の上流側
端部に呑口を設け、放流管路の下端に扉体の下流
側に開口する吐口を設けると共に、放流管路の下
端を絞つて吐口部分に放流管路を流れる水によつ
て閉塞される閉塞部を形成したのである。

〔作用〕 その作用は次の通りである。

即ち、上流側水位が上昇し、上流側の水位が放
流管路上部に設けた彎曲部の放流管路内の最高部
を越えると、まず最初は自然越流によつて上流側
の水は呑口から放流管路内を通り、吐口から下流
側に放出される。その後、上流側の水位が増水に
よつてさらに上昇して、放流管路の呑口が水面下
に沈み、これによつて放流管路の呑口が閉塞され
るようになつてくると、放流管路を流れる水の量
も多くなり、放流管路を絞つた吐口部分が水によ
つて閉塞されるようになる。

このように、放流管路の両端の呑口と吐口が閉
塞されると、放流管路内への空気の流通が遮断さ
れるため、放流管路内に空気が閉じ込められた状
態になり、続いてさらに上流側水位が上昇する
と、放流管路内の空気が放流管路内を流れる水に
伴なつて移動して水と置換し、放流管路内の空気
圧は負圧になり、その値が次第に大きくなる。こ
の放流管路内の負圧の発生に伴い呑口から上流側
の水がサイフオン作用によつて吸引され、これに
よりわずかな水位の上昇によつて吐口からの放流
量が飛躍的に増大する。これをいわゆるサイフオ
ン流という。水位がさらに上昇し、放流管路内の
空気が完全に水によつて置換、排除されると、サ
イフオン流による放流量が最大に達し管路流とな
る。

このように、サイフオン流および管路流による
放流量は、自然越流による放流量よりもはるかに
増大するので、中小洪水のような場合には、扉体
を上げずに放流管路からの放流のみによつて上流
側の水位変動巾を小さく抑えることができ、これ
により上流側の水位を安全水位に保つことができ
る。

そして、放流管路からの放流によつて、上流側
の水位が下降し呑口近くになると、空気を吸い始
め、その後僅かな水位の低下で放流管路の一端が
開いて放流管路内が大気圧の状態に戻り、サイフ
オン作用が停止し、放流管路内の放流水もサイフ
オン流から自然越流に戻る。

なお、大規模洪水時のように、放流管路からの
サイフオン流および管路流による放流によつても
上流側の水位が上昇しつづけると、ついには放流
管路外面の上端及び扉体の最高部を越えて越流す
ることになるが、この水位が危険水位に達すると
扉体を上昇させて放流し、大規模洪水に対処す
る。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

第１図及び第２図に示すように、扉体１は鋼板
製の前面板２、上面板３、背面板４及び底面板５
によつて中空に形成されている。

また、扉体１を形成する各面板の内部には型鋼
が鋼板からなるステイフナー６やダイヤフラム７
を固定して補強してある。

上記扉体１の上流面には、上下方向の放流管路
８が複数並列に設けられている。この放流管路８
は、扉体１の前面板２と、この前面板２の上流側
に所定の間隔をおいて設けられたカバープレート
９と、このカバープレート９と上記前面板２の間
に形成される間隔を区画する隔板１０とによつて
形成されている。また、上記カバープレート９の
上部を上流側に彎曲せしめると共に、上記前面板
２の上端に扉体１の最高部（天端）の近傍から下
向きに上流側に彎曲する彎曲板１１を設けること
により、放流管路８の上部に彎曲部１２が形成さ
れている。この彎曲部１２の上流側端部には、呑
口１３が形成されている。また、上記前面板２と
カバープレート９の下方は、下流側に若干屈曲し
て形成され、放流管路８の下部に屈曲部１４が形
成されるようになつている。この屈曲部１４の下
端は、扉体１の下流側に開口し、その開口部分に
吐口１５が形成される。また、上記屈曲部１４
は、下方に向かつて次第に狭く絞られており、上
記吐口１５部分に放流管路８を流れる水によつて
閉塞される閉塞部１６が形成されるようになつて
いる。

上記彎曲板１１の上面と上面板３との間は整形
板１７によつて連結され、彎曲板１１と上面板３
との間に凹みが形成されないようにしてある。

なお、上記カバープレート９の下端には鋼板か
らなるリツプ１８が全長にわたつて固定され、そ
の下縁には水底Ａに密着する水密ゴム１９が全長
にわたつて取付けられている。

次に、上記のように構成された実施例の作用
を、第３図に基づいて説明する。

まず、第３図ａのように、上流側の水位が呑口
１３より下方にある位置から上昇し、上流側の水
位がカバープレート９の最高部２０を越えると、
第３図ｂのように、越流を開始して上流側の水は
呑口１３から放流管路８を通つて吐口１５から下
流側に放出される。この状態では、呑口１３と吐
口１５が共に越流水によつて閉塞されていないの
で、放流管路８内の圧力は大気圧のままであり、
越流水は単なる自然越流である。

その後、上流側の水位が増水によつてさらに上
昇して呑口１３がさらに水面下に沈むようになつ
てくると、第３図ｃのように、呑口１３が上流側
の水によつて閉塞され、吐口１５も越流水によつ
て閉塞され、吐口１５に閉塞部１６が形成される
ようになり、放流管路８の両端が閉塞される。こ
のように放流管路８の両端が閉塞されると、放流
管路８内への空気が遮断されるため、放流管路８
内に空気Ｂが閉じ込められた状態になり、続いて
さらに上流側水位が上昇すると放流管路８内の空
気Ｂが放流管路８内を流れる水に伴なつて移動し
て水と置換し、放流管路８内の空気圧は負圧にな
り、その値は次第に大きくなる。この放流管路８
内の負圧の発生に伴ない呑口１３から上流側の水
がサイフオン作用により吸引され、これによりわ
ずかな水位の上昇によつて吐口１５からの放流量
が飛躍的に増大する。これをいわゆるサイフオン
流という（第３図ｄ参図）。

上流側の水位が第３図ｅのようにさらに上昇
し、放流管路８内の空気Ｂが完全に水によつて置
換、排除されると、サイフオン流による放流量は
最大に達し、管路流となる。

このように上流側の水がサイフオン流及び管路
流によつて放流される場合、その放流量Q₁は次
式のように放流管路８の吐口１５から上流側水位
までの高さＨの関数によつて表わされる。

Q₁＝mA√2 （ｍ：流量係数、Ａ：サイフオン断面積） ここで、自然越流の場合の放流量Q₂とサイフ
オン流による管路流の場合の放流量Q₁との流量
比ｒを比較すると、次の通りである。

即ち、Q₂＝CBh³／_２ （Ｃ：流量係数、Ｂ：越流幅、ｈ：越流水深）
であるから、 となり、たとえばｍ＝0.80，Ｃ＝2.0，ｈ＝
0.15m，Ｈ＝2.8mとすれば となり、管路流は自然越流の約7.6倍の放流能力
であることがわかる。

このように、管路流は自然越流に比し、わずか
な水位の上昇によつてはるかに大きな放流量が得
られるのである。

そして、放流管路８からの放流に比べ上流側の
増水量が減つて、上流側の水位が第３図ｆのよう
うにわずかに低下しても、呑口１３からの空気の
吸い込みがないので、管路流による放流が続き、
その後、水位がさらに低下し、上流側の水位が第
３図ｇのように彎曲板１１の先端に近づいてくる
と、空気Ｂを吸い始めると共に、サイフオン流に
よる放流量が急激に低下し、その後の僅かな水位
の低下で、放流管路８の一端が第３図ｈのように
開いて放流管路８内が大気圧の状態に戻り、サイ
フオン作用が停止する。これにより、放流管路８
内の放流水もサイフオン流から自然越流に戻る。

なお、大規模洪水時のように、放流管路からの
サイフオン流および管路流による放流によつても
上流側の水位が上昇しつづけると、ついには第３
図ｉのように放流管路８の彎曲板１１の頂部２１
及び扉体１の最高部（天端）を越えて越流するこ
とになるが、この水位が危険水位に達すると扉体
１を上昇させて放流し、大規模洪水に対処するも
のである。

〔効果〕

この発明は、以上の如きものであるから、以下
のように効果を奏する。

即ち、扉体の越流水位が上昇すると、自然越流
からサイフオン流および管路流へと放流量が飛躍
的に増大するので、中小洪水のような場合では、
扉体を上げずに扉体の上流面に設けられた放流管
路の放流のみによつて上流側の水位変動巾を小さ
く抑えることができ、その結果上流側の水位を安
全に保つことができる。

また、大規模洪水時のように、放流管をからの
放流によつては上流側の水位上昇を抑え切れない
ような場合には、扉体を上昇させれば、サイフオ
ン作用が働く放流管路が扉体と共に上昇するの
で、従来の固定式サイフオン堰のように疎通能力
を阻害するということもない。

さらに、放流管路の吐口は扉体前面板の下端に
設けられているので、放流水の流勢による排砂効
果が向上し、しかも放流水の落下による騒音が少
なくなるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の水門扉の縦断側面図、第２
図は第１図のＤ−Ｄ線の拡大断面図、第３図ａ〜
ｉは作用を示す線図である。 １……扉体、８……放流管路、１２……彎曲
部、１３……呑口、１５……吐口、１６……閉塞
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 昇降自在に設けられる扉体の上流面に上下方
   向の放流管路を複数並列に設け、この放流管路の
   上部に扉体の最高部近傍から下向きに上流側へ彎
   曲する彎曲部を設け、この彎曲部の上流側端部に
   呑口を設け、放流管路の下端に扉体の下流側に開
   口する吐口を設けると共に、放流管路の下端を絞
   つて吐口部分に放流管路を流れる水によつて閉塞
   される閉塞部を形成して成るサイフオン付水門
   扉。