JPS6125858B2

JPS6125858B2 -

Info

Publication number: JPS6125858B2
Application number: JP7864382A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Nozaki
Original assignee: Kurimoto Iron Works Ltd
Current assignee: Kurimoto Iron Works Ltd
Priority date: 1982-05-10
Filing date: 1982-05-10
Publication date: 1986-06-18
Also published as: JPS58195617A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、河川等に、開閉自在に設けられる
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法とし
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。

また、従来、河川に設置される堰として設けた
水門扉は、上流側の水位が扉体の天端より一定値
（一般に0.3〜0.5）高い規定水位までは扉体を開
かずに越流させ、洪水のため上流側の水位が前記
の規定水位以上になつた場合に、扉体を開いて放
流するようにしている。

したがつて、平常時は扉体の頂部から長時間に
わたつて越流させているため、越流の際の落差が
大きく、そのため水の落下音によつて騒音公害が
起るという問題もあつた。

そこで、この発明は、上記のような問題点を解
決するために、サイフオン作用により十分な放流
能力を有し、また、大規模洪水時の疎通能力を阻
害することがなく、しかも騒音公害のない水門扉
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、開閉自在に設けられる扉体に、逆Ｕ字形
に彎曲するサイフオン流路を設け、このサイフオ
ン流路の一端に、扉体の上流側の中程部分に開口
する呑口を形成し、サイフオン流路の他端に、扉
体の下流側の下端に開口する吐口を形成し、サイ
フオン流路の彎曲部分の下壁面の最高部を扉体の
天端と略同一の高さに設定し、上流側のサイフオ
ン流路に、扉体の天端近傍位置にサイフオンブレ
ーカ孔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、扉体が閉じられた状態において、上流側
の水位が上昇すると、これに伴つて呑口からサイ
フオン流路内に水が流入し、上流側の水位の上昇
とともにサイフオン流路内の水位も上昇し、この
水位がサイフオン流路の彎曲部分の下壁面の最高
部を越えると、サイフオン流路内で越流が始ま
り、呑口からサイフオン流路内に入つた水がサイ
フオン流路内を通り吐口から下流側へ放流され
る。

さらに、水面が上昇してサイフオン流路内を越
流によつて流れる水が増加すると、サイフオン流
路の両端の呑口と吐口、それにサイフオンブレー
カ孔がそれぞれ水によつて閉塞されるので、サイ
フオン流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、サイ
フオン流路内の空気がサイフオン流路内を流れる
水に伴なつて移動して水と置換し、サイフオン流
路内の空気圧は負圧になり、その値が次第に大き
くなる。このサイフオン流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。これが
いわゆるサイフオン流である。

そして、サイフオン流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流よりもはるかに
増大するので、中小洪水のような場合には、扉体
を開かずにサイフオン流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、サイフオン流路からの放流に比べ、上
流側の増水量が減つて、上流側の水位がサイフオ
ンブレーカ孔の位置まで下降すると、サイフオン
ブレーカ孔からサイフオン流路内に空気が入り、
サイフオン流路内が大気圧の状態に戻り、これに
よりサイフオン作用が停止する。

なお、大規模洪水時のように、サイフオン流路
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
はサイフオン流路外面の上端及び扉体の天端を越
えて越流することになるが、この水位が危険水位
に達すると扉体を開放させて放流し、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図において、１はてん倒ゲート
の扉体であつて、その下端は河床２に設けた軸受
に軸４によつて起伏自在に支承させ、パツキン３
によりこの部分の水密を保つている。

上記扉体１の上流側の面から天端２０を経て下
流側の面に沿つて逆Ｕ字形に彎曲するサイフオン
流路５が設けられている。このサイフオン流路５
の横断面の形状は、第２図に示すように角形を呈
している。

上記サイフオン流路５の下流側の下端に吐口６
が開口されるとともに、上流側の下端は、端板７
で閉鎖され、この下端より若干上方の扉体１の中
程扮伏には呑口８が開口されている。また、この
上流側のサイフオン流路５には、扉体１の天端
（すなわち、サイフオン流路５の彎曲部分の下壁
面の最高部２１）２０よりも若干低い位置にサイ
フオンブレーカ孔９が設けられている。

この実施例においては、サイフオン流路５は、
第２図に示すように、一定の間隔で多数設け、か
つ扉体１の上端の各サイフオン流路５間に遮水板
１０を固定してサイフオン流路５のない部分から
の越流を防止するようになつている。

なお、上記サイフオン流路５は扉体１の全長に
亘り設けることもできる。また、この実施例にお
いてはサイフオン流路５の上流側の部分の下端に
端板７を設けた扉体１の全倒伏時（第１図の鎖線
の状態）に塵芥が水流によりサイフオン流路５内
に押し込まれないようにしてあるが、この端板７
を省略し、この部分に呑口８を形成するようにし
てもよい。

上記扉体１の起伏は下流側の河床２に設けた図
示しない油圧シリンダによつて昇降するラムによ
り行なうようになつている。

次に、上記のように構成された実施例の作用
を、第３図ａ〜ｆに基づいて説明する。

まず、第３図ａのように、扉体１が起立して状
態において、上流側の水位が上昇するに従つて呑
口８からサイフオン流路５内に水が流入し、上流
側の水位の上昇とともに、サイフオン流路５内の
水位が上昇する。この水位が第３図ｂのように、
サイフオン流路５に形成したサイフオンブレーカ
孔９を越え、さらに扉体１の天端２０すなわちサ
イフオン流路５の彎曲部分の下壁面の最高部２１
を越えると、サイフオン流路５内で越流が始ま
り、呑口８からサイフオン流路５内に入つた水が
サイフオン流路５内を通り吐口６から下流側へ放
流される。このとき、サイフオン流路５のない部
分は遮水板１０によつて扉体１の上端を越流する
ことがない。

さらに、水面が上昇してサイフオン流路５内を
越流によつて流れる水が増加すると、サイフオン
流路５の下流側がサイフオン流路５を流れる水に
よつて閉塞されるようになる。これにより、サイ
フオン流路５の両端の呑口８と吐口６、それにサ
イフオンブレーカ孔９がそれぞれ水によつて閉塞
されるので、サイフオン流路５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
が上昇するとサイフオン流路５内の空気Ｂがサイ
フオン流路５内の空気圧の負圧になり、その値が
次第に大きくなる（第３図ｃ参照）。このサイフ
オン流路５内の負圧の発生に伴い呑口８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６からの
放流量が飛躍的に増大する。これがいわゆるサイ
フオン流である。

そして、サイフオン流路５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（第３図ｄ参
照）。

このように上流側の水がサイフオン流および管
路流によつて放流される場合、その放流量Q₁は
次式のようにサイフオン流路５の吐口６から上流
側水位までの高さＨの関数によつて表される。

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＝CBh^3/2 （Ｃ：放流係数、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。

次にサイフオン流路５からの放流に比べ、上流
側の増水量が減つて、上流側の水位が低下して
も、この水位がサイフオンブレーカ孔９の位置ま
で下降するまでは、第３図ｅのように、サイフオ
ン作用による放流が続く。

その後、水位がさらに低下し、この水位がサイ
フオンブレーカ孔９の位置まで下降すると、サイ
フオンブレーカ孔９からサイフオン流路５内に空
気が入り、サイフオン流路５内が大気圧の状態に
戻り、これによりサイフオン作用が停止してサイ
フオン流路５からの放流が停止する。これによ
り、上流側の水位が、第３図ｆのように、サイフ
オンブレーカ孔９の位置、即ち、扉体１の天端２
０より若干低い位置に保持される。

次に、大規模洪水時のように、サイフオン流路
５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
にはサイフオン流路５外面及び遮水板１０の上端
を越えて越流するが、この水位が危険水位に達す
ると扉体１を倒伏させて放流し、大規模洪水に対
処する。

第４図及び第５図は垂直昇降式のローラゲート
にこの発明を利用した例であつて、１１は扉体で
その下端には下降時に河床１２に密着するパツキ
ン１３を有している１５は逆Ｕ字形に彎曲するサイフオン流路で、
第４図の実施例の場合、その横断面の形状は全長
に亘つて第２図の例とほぼ同じ角状であり、一定
の間隔で複数配置してある。このサイフオン流路
１５は第１図の場合と同様に、扉体１１の上流側
の中程の位置に開口する。呑口１７から始まり、
扉体１１の上面を経て下流側に沿つて設けられ、
扉体１１の下流側の下端近くに吐口１６が開口さ
れている。

次に、第５図の実施例においては、サイフオン
流路１５は、扉体１１の巾方向の全長に亘り設け
られている。このサイフオン流路１５は、第４図
の実施例と同様に扉体１１の上流側の中程の位置
に開口する呑口１７から始まり扉体１１の上流側
上面よりスキンプレート１１′の上流側面を経
て、扉体１１の下部より下流側に開口されて吐口
１６となつている。

１８は扉体１１の天端３０より若干下の位置に
設けられたサイフオンブレーカ孔である。

第４図における１９はサイフオン流路１５間に
固定した遮水板でサイフオン流路１５のない部分
からの越流を防止するものであるが、サイフオン
流路１５を扉体１１の全長に亘り設けることもで
きる。なお、呑口１７には万全を期すためスクリ
ーンバーを設けて塵芥の流入を防止することが望
ましい。

第４図及び第５図の実施例の場合も、第１図の
実施例の場合と同様に、扉体１１が閉じられた状
態において、上流側の水位が上昇するに従つて、
呑口１７からサイフオン流路１５内に水が流入
し、水位がサイフオンブレーカー孔１８を越え、
さらにサイフオン流路１５の彎曲部分の下壁面の
最高部３１を越えると、サイフオン流路１５内に
おいて越流が始まり、呑口１８からサイフオン流
路１５に入つた水が吐口１６から下流側へ排出さ
れる。

さらに、水位が上昇してサイフオン流路１５内
を流れる水が増加して、サイフオン流路１５の両
端が閉塞されるようになると、サイフオン作用に
よる放量が始まり、放流量が飛躍的に増大する。

次に、上流側の水位が下つてサイフオンブレー
カー孔１８以下になるとこの孔１８からサイフオ
ン流路１５内に空気が吸い込まれ、これによりサ
イフオン作用が失われて放流が停止される。

〔効果〕

この発明は、以上の如きものであるから、以下
のような効果を奏する。

即ち、扉体の天端近くに水位が上昇すると、サ
イフオン作用により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
サイフオン流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、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、サイフオン流路
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、扉体を開くことによつ
て、サイフオン流路も扉体と共に移動するので、
従来の固定式サイフオン堰のようにサイフオン流
路が疎通能力を阻害するということも防止でき
る。

さらに、サイフオン流路の吐口は扉体の下端近
く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。

さらにまた、サイフオン流路の呑口は、扉体の
上流側の中程の位置に設けられているため、水面
の浮遊物が呑口から吸い込まれず、サイフオン流
路が詰まり難いという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す縦断側
面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線の断面図、第３
図ａ〜ｆは第１の実施例の作用を示す線図、第４
図及び第５図はそれぞれ第２、第３の実施例を示
す縦断側面図である。１，１１……扉体、５，１５……サイフオン流
路、８，１７……呑口、６，１６……吐口、９，
１８……サイフオンブレーカー孔、２０，３０…
…扉体の天端、２１，３１……下壁面の最高部。

Claims

【特許請求の範囲】

１開閉自在に設けられる扉体に、逆Ｕ字形に彎
曲するサイフオン流路を設け、このサイフオン流
路の一端に、扉体の上流側の中程部分に開口する
呑口を形成し、サイフオン流路の他端に、扉体の
下流側の下端に開口する吐口を形成し、サイフオ
ン流路の彎曲部分の下壁面の最高部を扉体の天端
と略同一の高さに設定し、上流側のサイフオン流
路に、扉体の天端近傍位置にサイフオンブレーカ
孔を形成して成るサイフオン付水門扉。