JPH045560Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この考案は河川湖沼の流量を調節し、取水と洪
水調節のため流路を横断して設置する水門扉、特
にその上面よりサイフオン式管路を形成するサイ
フオン付水門扉に関するものである。

(ロ) 従来技術 サイフオン付水門扉は、河川などの流量を調整
する上できわめて効率的な技術として既に幾つか
の提案がなされている。たとえば出願人自身の発
明に係る「サイフオン付水門扉」（特開昭57−
155412号公報、第７図ＡおよびＢと特開昭58−
106008号公報、第８図ＡおよびＢ）がある。従来
放水量を調節するためには水門扉を電気的に上下
する必要があり人的配置上、また機械的メンテナ
ンス上問題があり、又は可動部分をなくした自然
越流のみでは上流側水位の急増に対応できない問
題があつたが、前記発明ではサイフオン作用によ
つて越流水を吸引して下流側へ放流する作用を有
するため、管路内の流速は急増し、大量放流を可
能とする。実験的には一般越流に比べ同一越流
幅、同一越流水深であれば、８倍の放流能力が得
られる。このようにサイフオン付水門扉は水門扉
を常時上下しなくても上流側の水位ｈの変動に素
早く対応して放流量ｑを調節できる効果がある
（第９図）。

(ハ) 考案が解決しようとする問題点 第７図Ａにおいて上流側水位が上つて呑口１に
設けられたサイフオン管路の底面頂点２をこすと
越流水はサイフオン管路内に空隙を残して管路内
自然越流となる。（第９図のh₁） さらに水位が上つて呑口１の直線部の先端９が
上流側の水面に接すると吐出口３も満水となり先
端９がサイフオンブレーカーとなつてサイフオン
作用が始まる。このとき呑口１から上流側の大量
の水が吸引されるが、この吸引に伴つて大量の空
気も吸い込まれて空気泡を生じ、呑口１の先端直
線部やサイフオン管路内の壁面に衝突して騒音と
振動を発生するサイフオン流となる。（第９図h₁
とh₂の間） さらに水位が上つてサイフオン管路の上面頂点
４に到達すると空気の吸い込みが終つてサイフオ
ン管路内の空気泡がなくなり、管路内は満水とな
つてサイフオン流量は最大の管路流となる。（第
９図h₂） そしてサイフオン管路の騒音と振動はおさま
る。騒音は河川近くに人家があれば大きな公害源
となるし、繰返し振動をうけることは製作上強度
を過大に要する上、鋼板の溶接部分に金属疲労を
蓄積し、欠陥があれば容易に破壊するおそれがあ
る。

この課題を解決する目的で提案された従来技術
としては第１１図、第１２図に示す特開昭58−
86208号公報がある。図で示すようにゲート本体
の内部に左右方向に並ぶ多数の隔壁２０を設けて
各隔壁間にサイフオン管路３０ａを構成し、この
サイフオンの呑口１１ａのレベルをサイフオンご
とに変化させ、かつ各サイフオンに接続させたブ
レーカー２２の呑口レベルも変化させたものであ
る。

具体的には隔壁２０で区画された部屋２１内に
は各々独立に底面板１６ａを横桁を利用して曲面
となるように取付けると共に、該底面板１６ａの
上方に所要の間隔を隔てて上面板１７ａを取付
け、底面板１６ａと上面板１７ａおよび隔壁２０
とによつてサイフオン管路３０ａを構成するもの
である。かつこのサイフオン管路３０ａはそれぞ
れの呑口１１ａのレベルを図に示すように変化さ
せるとともにそれぞれのサイフオン管路３０ａの
上面頂点１４ａに孔を設け上流側の水面上まで延
出したブレーカー２２を設けている。したがつて
隔壁２０で区切られたサイフオン管路３０ａのサ
イフオン作用の開始と終了の時期をずらすことが
でき、騒音と振動の同時発生と突然の大量放流を
軽減するとしている。

しかし一体の水門扉を第１１図、第１２図に示
すようにそれぞれのサイフオンの上面頂点１４ａ
の高さを横一直線に揃え、かつ呑口１１ａの位置
を上下に変動して形成するのは困難である。すな
わち一体の水門扉である以上、上流側に垂直に直
面するスキンプレート１８ａの位置は一定不変で
なければならいから、サイフオン管路を構成する
上面板１７ａと底面板１６ａの曲率を各サイフオ
ンごとにすべて変動しなければこの条件は成立し
ない。このためにきわめて複雑で煩瑣な製作工程
を必要とする。

さらにまた各サイフオン流路の上面頂点から多
数の鋼管を屈曲して前方へ突出するため、上流側
水面上の浮遊物（流木、塵介など）がサイフオン
ブレーカーの先端と衝突して破損したり、係止閉
塞してサイフオン作用のコントロールを妨げた
り、共鳴して一層振動を助長したりする障害も無
視できない。

一方このサイフオン付水門扉は上流側の水位変
動に素早く対応できる長所のある反面、下流への
大量の放流が突然はじまり下流側の中小河川の洪
水や事故が前触れの届くまえに生じるおそれもあ
る。

さらに、たとえば第７図Ｂや第８図Ｂのように
すべての水門扉の幅一列に亘つてサイフオン管路
の形成が同一に揃つているから流態の変遷も全幅
で完全に一致して進行し、上流側からの大洪水に
よつて一斉にサイフオン流が生じ、水位がさらに
サイフオン管路の上面頂点４に到達すると一斉に
管路流がはじまり大量の放流が下流へ殺到する急
変が瞬時に起る懸念も大きい。この考案は上記の
問題点を解決するためサイフオン流から管路流に
移るときに最高に発生する騒音と振動を最小限に
とどめ、かつ水門扉を越える大洪水が発生しても
下流側の水位の大きな変動をできるだけ円滑に平
準化する新しいサイフオン付水門扉を提供するこ
とを目的とする。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本考案に係るサイフオン付水門扉は、サイフオ
ン管路３０を隔壁１５によつて幅方向に分割し、
それぞれのサイフオン管路３０の呑口１１から屈
曲して管路上面を形成する上面板１７を隣接する
他のサイフオン管路と異なる高さで固着して、各
サイフオン管路ごとに該上面板１７の上面頂点１
４と、先端１９で形成するサイフオンブレーカー
とを異なる高さで形成し、かつそれぞれの呑口１
１の断面積を管路の吐出口１３の断面積より大き
く形成したことによつて前記の課題を解決した。

この考案の構成の一例を図に基づいて説明する
と、第１図は、この考案のサイフオン付水門扉を
サイフオン管路３０の上面頂点１４において河川
幅に直角な垂直面で切つた側面図である。

水門扉１０に上架したサイフオン管路３０，３
０′，３０″…の管路上面板１７，１７′，１７″…
は隣接するすべての管路ごとに互いに高さを変え
て組合せているから、管路の上面頂点１４および
上面板の先端１９が突出する高さを変える。呑口
１１の断面積は同一でもよく、相違してもよい
が、それぞれ管路の吐出口１３，１３′，１３″…
の断面積よりは常に大きく設定している。第２図
Ａから第２図Ｄまでは、段差を形成して分割され
た各サイフオン管路を河川幅に平行な垂直面aa′，
bb′，cc′，dd′でそれぞれ切つた正面断面図であ
る。

(ホ) 作用 このサイフオン管路は以上の構成よりなるから
上流側の水位が高まつて、分割された管路の底面
頂点に達すると、管路の底面板１６に沿つて越流
がはじまる。このとき管路内の水位と流路の上面
頂点１４，１４′，１４″…との空間距離H₁，
H₂，H₃…は上面頂点が段差を形成しているから
夫々その差に対応した差が生じている。水位が第
２図の状態にあるとき、最もＨの小さい第２図
Ａ，Ｃの管路では吐出口１３が既に越流水で満水
状態となるからサイフオン作用がはじまり急速に
流速は増大するサイフオン流となる一方、吸引し
た空気泡が管壁に衝突して騒音と振動が生じる。

しかし第２図Ｂの管路ではH₂が大きく吐出口
１３′は満水とはなつていないから単なる自然越
流が続いているに過ぎない。これを管路内自然越
流という。

また、第２図Ｄの上面頂点が最も低い管路Ｄで
は呑口先端のサイフオンブレーカーが完全に水中
に入つて呑口から空気の吸引はなく、最大量の水
を放流するサイフオン流であつて騒音と振動はお
さまつている。これを管路流という。

水位が更に高まり第３図の状態に移ると第３図
Ａ，Ｃの管路では既に空気の吸引はなくサイフオ
ン作用が最盛であり大量の放流が続く管路流とな
る。

第３図Ｂの管路ではH₂が縮まりサイフオン作
用が始まつてサイフオン流となる。

第３図Ｄの管路では水位が上面頂点１４を超え
て越流する管路上自然越流となる。

このように分割された複数の管路において水位
が変動すると管路内自然越流、サイフオン流、管
路流、管路上自然越流の四種の流態が時間的ズレ
を伴つて順次移行して行く作用が生じる。

(ヘ) 実施例 第１図から第３図まではこの発明の第一実施例
である。この例では隔壁１５によつて分割された
管路の底面頂点と上面頂点の距離（１２〜１４，
１２′〜１４′，１２″〜１４″，…）は夫々一定で
あるが、第４図、第１０図Ａ，Ｂ，Ｃの第２実施
例では、各管路の底面頂点１２を一直線に揃え、
上面頂点１４に段差をつけたからサイフオン管路
３０の高さ寸法に差を設けている。

この例では、サイフオン付水門扉１０の断面は
管路の底面板１６とスキンプレート１８とで囲ん
だ扉体本体１００の外周に、管路の上面板１７を
所定の距離を隔てて設けることにより扉体本体１
００とサイフオン管路３０を一体としたものであ
る。扉体本体１００は内部に仕切板３１と扉体長
さと同じ長尺の補強部材３２とを設けているから
工作容易で信頼できる強度を有する。この強固な
扉体本体１００に固着させた隔壁は管路の上面板
１７をしつかりと支えると共に分割された複数の
管路を形成している。このような構成からなるサ
イフオン付水門扉１０は工作容易であつて強度上
の信頼性が大きいという特徴がある。さらに管路
３０，３０′，３０″はそれぞれ導水断面積に差を
設けているから、水位の底・中・高において管路
内、管路上を通過する四種の状態の放流量の大・
中・小を選択して組み合わせて、河川の特性に応
じた最適のサイフオン付水門扉を設計できるとい
う効果を奏する。

(ト) 考案の効果 この考案に係るサイフオン付水門扉では上流側
水位の上昇に応じて、分割された管路の一部にお
いてサイフオン作用がはじまるが他の管路ではま
だ越流状態であるから、河川幅全域に渡つて一斉
にサイフオン作用が生じる従来技術に比べはるか
に騒音や振動の発生が小さい。振動が最高に発生
するのはサイフオン作用の最終段階（管路流に移
る直前）であるが、分割された管路においてこの
最終段階が時間的ズレを伴つて生じるため全体と
して騒音と振動が分散され公害発生の原因を大幅
に取り除き、製作強度上も有利な計算ができる。

効果の一例として第二実施例の振動を加速度
（ガル）で計測したデータを第５図ＡおよびＢで
示す。計測は第４図Ｓ点に管路の鉛直方向と管路
方向の測定可能な歪ゲージ式加速度計をとりつ
け、アンプを通じて電磁オツシログラフに波形を
記録し振動の加速度を測定した。

第５図Ａは鉛直方向、Ｂは管路方向だが、何れ
も流量Ｑが急速に増加しても振動の加速度（ガ
ル）は殆んど変らず管路流へ移つていることが認
められる。

比較のために第６図ＡおよびＢに示すのは流路
の幅と高さを同一とするが、先端に段差を設けて
いない従来技術のサイフオン付水門扉における振
動の加速度を測定したものであり、流量Ｑの増加
と共に加速度（ガル）が急激に増幅していること
が認められる。

この考案の別の効果として、上流側については
分割された何れかの管路でサイフオン作用により
急激な放流が行われる一方、水位に適応して他の
管路では越流又は管路流が生じており、この多様
な流態の変化により全体としては放流能力をさほ
ど損なわないで段差をつけただけ幅広い水位の変
動に追随することができる。

一方下流側については、上流水位の突発的な上
昇があつた場合、急激な放流を時間的に引き延ば
して変化を平準化し、対応の時間的余裕を与え、
洪水や事故の防止に役立つことができる。

また、ほぼ同じ目的で開発した第１１図および
第１２図に示した従来の技術と異なり、それぞれ
のサイフオン管路については、同じ曲率で加工し
た鋼板の底面板、上面板を基礎からの高さだけを
変えて組合せ溶着するだけで足り、工作上の容易
な点で有利である。特に第４図および第１０図に
示す第二実施例の場合はその有利な点がさらに助
長される。

従来の技術では別に管路の頂点から前方へ屈曲
して延出するサイフオンブレーカーを付加してい
たが、この考案では呑口１１の断面積を常に吐出
口１３の断面積よりも大きく設定しているため、
管路内の負圧を維持することが容易であり、呑口
の先端１９がサイフオンブレーカーの作用を果
し、特別に部材を付加するまでもなくサイフオン
流をコントロールすることができる。

従来技術の場合には延出したサイフオンブレー
カー２２に上流側の浮遊物が衝突して破損した
り、閉塞してサイフオン流のコントロールを妨げ
たりする懸念もある。

一番大きな相違点は従来の技術では上流側水位
の急増する大洪水が発生するとき、すべてのサイ
フオン管路の上面頂点へ水位が到達すると一斉に
管路上の越流がはじまり下流側への放流量が一気
に増加するので下流に対する影響が急変すること
である。このことは大洪水の下流側への急激な影
響に対応しようとするサイフオン管路設定の本来
の目的から見て看過し難い難点であり、工作上の
難易、サイフオンブレーカー、大洪水時の下流側
への影響緩和のいずれの点に着目しても大きな相
違がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の第一実施例を示す側面断面
の一部、第２図のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄと第３図のＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは夫々同じ実施例の作用を示す正面断
面図、第４図と第１０図Ａ，Ｂ，Ｃは第二実施例
を示す側面断面の一部と正面断面図、第５図Ａお
よびＢはこの考案の効果を示す図表、第６図Ａお
よびＢは従来技術の結果を示す図表、第７図Ａお
よびＢと第８図ＡおよびＢは夫々別の従来技術を
示す正面断面図および側面断面図の一部、第９図
はサイフオンの効果を示す図表、第１１図と第１
２図はさらに別の従来技術を示す側面図と正面
図。 １０……水門扉、１１……呑口、１２……底面
頂点、１３……吐出口、１４……上面頂点、１５
……隔壁、１６……底面板、１７……上面板、１
９……先端、３０……サイフオン管路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 水路を横断して設置する水門扉の上面よりサイ
   フオン作用によつて越流水を吸引して下流側へ放
   流するサイフオン管路を形成するサイフオン付水
   門扉において、サイフオン管路３０を隔壁１５に
   よつて幅方向に分割し、それぞれのサイフオン管
   路の呑口１１から屈曲した管路上面を形成する上
   面板１７を隣接する他のサイフオン管路と異なる
   高さで固着して、各サイフオン管路ごとに該上面
   板１７の管路頂点１４と、先端１９で形成するサ
   イフオンブレーカーとを異なる高さで形成し、か
   つそれぞれの呑口１１の断面積を管路の吐出口１
   ３の断面積より大きく形成したことを特徴とする
   サイフオン付水門扉。