JPH045561Y2 - - 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流路を形成するサイ
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節
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４図ＡおよびＢと特開昭58−
106008号公報、第５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の変動に素早く
対応して放流量を調節できる効果がある（第６
図）。

(ハ) 考案が解決しようとする問題点 第４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自然流
下する。（第６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。（第６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となる。（第６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。

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。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７図、第８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１５ａを構成し、このサイ
フオン１５ａを構成し、このサイフオンの呑口１
１ａ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
は各々独立にサイフオン下面板１６ａを横桁を利
用して曲面となるように取付けると共に、該下面
板１６ａの上方に所要の間隔を隔ててサイフオン
上面板１７ａを取付け、下面板１６ａと上面板１
７ａおよび隔壁２０とによつてサイフオン管路１
５ａを構成するものである。かつこのサイフオン
管路１５ａは呑口１１ａのレベルを図に示すよう
にそれぞれ変化させるとともにそれぞれのサイフ
オン管路１５ａ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。したがつて隔壁で区切られたサイフオン管
路１５ａ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。

しかし堰柱間に嵌合した一体の水門扉を第７図
に示すように製作することが事実上可能であると
は考え難い。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の位置は
一定不変でなければならず、その上でそれぞれの
サイフオン管路の上面の頂点１４ａの高さをほぼ
一線に揃えて呑口１１ａの位置だけを上下さまざ
まに変動するためには、サイフオンを構成する上
面板１６ａと下面板１７ａ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
必要とし、実際の施工に耐えられないのではある
まいか。

あるいはまた、サイフオン管路１５ａの上面頂
点１４ａの位置を変えて呑口１１ａの位置を変え
るとすれば同じ曲率の鋼板を上下にずらして隔壁
と溶接すればよいが、この場合でも長い一体の水
門扉が異なる状態の部屋２１を多数連結して組立
られていくこととなり、相当に煩わしく構造的に
好ましくないのは同様である。

また仮に製作が実現できたとしても単一体の水
門扉の単に鋼板による隔壁で隔てられて連続して
いる複数のサイフオン管路の中でいずれかのサイ
フオンで振動が発生したときには、この振動に耐
えるためにゲート全体の強度を十分大きく設定し
ておかなければきわめて危険であるという課題が
ある。

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。

この考案は以上に述べた問題点を解決するため
サイフオン流に移る段階で最高に発生する騒音と
振動を最小限にとどめ、かつ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サイフオン
付き水門扉を最も製作容易で強度上の信頼性高く
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 この考案に係るサイフオン付水門扉は水路を横
切つて立設した複数の堰柱間に別々に嵌装され、
それぞれの水門扉は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１５を具え該サイフオン管路１５の呑口１
１から屈曲した管路底面を形成する底面板１６を
ほぼ同一状態で取り付けるとともに、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
する他の水門扉と異なる高さで固着して、各水門
扉ごとに該上面板１７の管路頂点１４と、先端１
９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、かつ呑口１１の断面積を管路の吐出
口１３の断面積より大きい範囲でそれぞれ変動し
て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１５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。

すなわち水路を横切つて立設された複数の堰柱
Ｐ１，Ｐ２…の間に嵌装した別個の水門扉１０，
１０′，１０″…はそれぞれサイフオン管路１５，
１５′，１５″…を上架している。各水門扉のサイ
フオンを構成する管路底面板１６を全長に亘つて
共通した同一曲板で一致して立設し、サイフオン
を構成する管路上面板１７も全長に亘つて共通し
た同一曲板で製作し管路底面板１６との間隔だけ
を変えて管路の上面頂点１４および上面板の先端
１９が突出する高さを変える。当然呑口１１の断
面積も変動するがどの水門扉についてもこの断面
積はそれぞれ管路の吐出口１３，１３′，１３″…
の断面積よりは大きく設定している。

(ホ) 作 用 この発明のサイフオン流路は以上の構成よりな
るから、上流側の水位が高まつて各水門扉のサイ
フオン流路の下底点に達すると、流路の底面に沿
つて越流がはじまる。このとき流路内の水位と流
路の天端１４，１４′，１４″…との空間距離H₁，
H₂，H₃…は天端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
の流路では吐出口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の流路では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。

水位が更に高まり第３図の状態に移ると第３図
Ａ，Ｃの流路ではブレーカー１９は水中に没し既
に空気の吸引はなく、サイフオン作用は最盛であ
り急速大量の放流が続いている。第３図Ｂの流路
ではブレーカー１９が水面にまさに接しようとす
る瞬間であり、大量の空気を吸い込みサイフオン
作用が始まろうとしている。

また上流側の水位が低下したときには水中に没
していた上面頂点１４の先端に設けたサイフオン
ブレーカー１９が水面から離れ第３図Ｂの状態と
なつてサイフオン流量は減少しさらにブレーカー
１９が水面から離れると第２図Ｂの状態となつて
サイフオン作用は終了し自然越流となる。このた
めに水位の上昇によつて二以上の水門扉のサイフ
オン流路において越流、サイフオン流、管路流の
三種の流態が時間的ズレを伴つて順次移行してい
く作用が生じる。

本考案の作用を従来技術の作用と比較する。第
４図Ａおよび第５図Ａに示したものはサイフオン
管路の上面板の先端９が呑口１の前方へ水平状に
張り出してサイフオンブレーカーを形成している
ため、サイフオン流への遷移時に吸引する気泡の
影響を増幅しやすく騒音の原因となりやすい。ま
た呑口１の高さもサイフオンブレーカー９の高さ
も同一水平面上に揃つているから水路の全長に亘
つてサイフオン流が一斉にはじまり同調して大き
く共鳴する傾向がある。

また第７図、第８図に示した従来技術はサイフ
オンブレーカーとして別に屈曲した円管を上流側
水面へ向けて突出している。これに反し本考案の
場合は呑口１１の断面積が各水門扉ごとに変動し
つつも常に吐出口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、呑口の上端面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。

(ヘ) 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、二以上の水門扉のサイフオ
ン流路において、サイフオン作用がはじまるが他
の流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、二以上の水門扉
のサイフオン流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。

この考案の別の効果として、上流側については
二以上の水門扉の何れかのサイフオン流路で、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流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７図および第８
図に示した従来の技術と異なり、それぞれ水門扉
内の各管路については同一形状に揃え、前記の変
動は各堰柱間のそれぞれの水門扉を一単位として
隣接する他の水門扉との間に設けているから、強
度上の信頼性が高く過大な構成を必要としない。
また工作上の容易さは言うまでもなく、この水門
扉ごとの変動であれば格別新しい負担を生じる訳
でなく工作上の障害の原因となるおそれはない。

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なけ
ればサイフオン流をコントロールできず、工作上
の難易の差はさらに大きくなる。

一方本考案については、サイフオン流への遷移
は各水門扉ごとに生じ他の水門扉へ伝播すること
はないから、全長に亘つて共鳴するような懸念も
全くない。したがつて同じ長さであれば強度的に
有利であることは当然である。従来技術の場合に
は延出したサイフオンブレーカーに上流側の浮遊
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。

すなわち本考案とこの従来技術とでは、その工
作上の難易、騒音、振動の伝播特性、強度上の優
劣のいずれの点に着目しても大きな相違が認めら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例を示す側面断面の一
部、第２図のＡ，Ｂ，Ｃと第３図のＡ，Ｂ，Ｃは
夫々同じ実施例の作用を示す正面断面図、第４図
ＡおよびＢと第５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
６図は従来技術の効果を示す図表、第７図、第８
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
……サイフオン管路、１６……管路底面板、１７
……管路上面板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 水路を横切つて立設した複数の堰柱間へ別個で
   昇降自在に嵌装する水門扉において、水門扉はそ
   れぞれ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１５を
   具え該サイフオン管路１５の呑口１１から屈曲し
   た管路底面を形成する底面板１６をほぼ同一状態
   で取り付けるとともに、呑口１１から屈曲した管
   路上面を形成する上面板１７を隣接する他の水門
   扉と異なる高さで固着して、各水門扉ごとに該上
   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、
   かつ呑口１１の断面積を管路の吐出口１３の断面
   積より大きい範囲でそれぞれ変動して形成したこ
   とを特徴とするサイフオン付水門扉。