(57)【要約】【課題】構造が簡単である上、土砂や石礫の堆積がなく維持管理が容易で安価な、段落水路や小規模河川に好適な減勢工を提供する事。【解決手段】騒音の発生する段落流を静かな流況に変える減勢工。該減勢工は、段落流を斜面に沿うように流下させる傾斜角αの段落斜面と、この斜面と直交し下流側水路入り口まで這い上がる這い上がり斜面とを有することが特徴である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
騒音や波状流の発生する段落流を静かな流況に変える減勢工であって、該減勢工が、段落流を斜面に沿うように流下させる傾斜角αの段落斜面と、この斜面と直交し下流側水路入り口まで這い上がる這い上がり斜面とを有することを特徴とする直角Ｖ字型減勢工。
【請求項２】
前記段落斜面の頂部が、流下水が該斜面を離れて自然落下しないように丸みを有する曲面である、請求項１に記載された直角Ｖ字型減勢工。
【請求項３】
前記段落斜面と這い上がり斜面が直交する角が丸みを有する、請求項１又は２に記載された直角Ｖ字型減勢工。
【請求項４】
前記αが４５度である、請求項１〜３の何れかに記載された直角Ｖ字型減勢工。
【請求項５】
前記段落斜面部と這い上がり斜面部をユニット化してなる直角Ｖ字型減勢工。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載された直角Ｖ字型減勢工を有するカスケード工であって、該直角Ｖ字型減勢工を含む一定の下流部が貯留部となる如く、前記這い上がり斜面の下流に水クッション部を形成する略水平の底部と、該底部の下流側にデフレクター部を有することを特徴とするカスケード工。
【請求項７】
前記直角Ｖ字型減勢工の這い上がり斜面頂部迄の深さＤ（ｍ）が、前記デフレクターの這い上がり高さＤ’（ｍ）の１．５倍以上である、請求項６に記載されたカスケード工。
【請求項８】
前記直角Ｖ字型減勢工の這い上がり斜面頂部の高さで測定した該直角Ｖ字型減勢工の幅Ｌ（ｍ）が、前記Ｄ（ｍ）の約２倍である、請求項７に記載されたカスケード工。
【請求項９】
前記カスケード工の水クッション部を形成する略水平の底部の長さＬ’（ｍ）が、前記直角Ｖ字型減勢工の上流側頂部と下流側這い上がり斜面頂部の段落差Ｗ（ｍ）の２倍以上である、請求項６〜８の何れかに記載されたカスケード工。
【請求項１０】
請求項１〜４の何れかに記載された直角Ｖ字型減勢工を、適宜の距離を置いて２段以上連ねてなることを特徴とする段落水路。
【請求項１１】
請求項６〜９の何れかに記載されたカスケード工を、２段以上連ねてなることを特徴とする段落水路。
【請求項１２】
請求項１〜４の何れかに記載された直角Ｖ字型減勢工と請求項６〜９の何れかに記載されたカスケード工を、適宜組合せてなる段落水路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段落流で発生する波状流及び騒音を解消しつつ、水路の安全と環境を保全するに適した減勢工に関し、特に取水も容易となる直角Ｖ字型減勢工、それを使用したカスケード工、及びそれらを使用した段落水路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えばダムの放流水の水勢を弱め、水流を制御し易くするための減勢工が知られている。しかしながら、このような減勢工の規模は大きく、その構造も複雑で工費もかさむものであったので、住居に近い段落水路にそのまま転用できるというものではなかった。一方、急勾配の小規模河川で発生する波状流は騒音の原因となるだけでなく、水流を制御することができないので治水も困難であり、その対策が求められるに至った。そこで本発明者等は、段落水路や小規模河川に使用する事のできる安価な減勢工について鋭意検討した結果、流下水流方向に対して直交する這い上がり壁面を有する直角Ｖ字工が、簡単な構造であると共に土砂や石礫が堆積する事もなく維持管理が容易であるので安価であり、且つ環境保全にも適することを見出し、本発明に到達した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、本発明の第１の目的は、構造が簡単である上に、土砂や石礫の堆積がなく維持管理が容易で安価な、段落水路や小規模河川に好適な減勢工を提供する事にある。
本発明の第２の目的は、急流の多い小規模河川において計画水量を容易に確保するに適した、安価なカスケード工又は段落水路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
即ち本発明は、騒音の発生する段落流を静かな水流に変える減勢工であって、該減勢工が、水流を斜面に沿うように流下させる傾斜角αの段落斜面と、この斜面と直交し下流側水路入り口まで這い上がる這い上がり斜面とを有することを特徴とする直角Ｖ字型減勢工、並びに、該直角Ｖ字型減勢工を有するカスケード工であって、該直角Ｖ字型減勢工を含む一定の下流部が貯留部となる如く、前記這い上がり斜面の下流に水クッション部を形成する略水平の底部と、該底部の下流側にデフレクター部を有することを特徴とするカスケード工、及び、前記直角Ｖ字型減勢工及び／又はそれを有する前記カスケード工を、適宜組合せてなる段落水路である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の直角Ｖ字型減勢工は、減勢効果が顕著に表れることから、騒音公害や波立ちによる水路環境の破壊を起こし難くすることができる。また、従来の段落水路減勢工に比べて、構造が簡単であり、且つ段落高さに対して水クッション部の規模が小さいために、建設費が低廉であると共に、土砂、石礫の堆積がなく、浮遊流下物による通水障害も起こり難いために維持管理が容易である上、環境保全にも適しており、計画流量を安定して流下することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の直角Ｖ字型減勢工を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の直角Ｖ字型減勢工の断面図である。図中の符合１は、直角Ｖ字型減勢工、２は水流を斜面に沿うように流下させる傾斜角αの段落斜面、３は、この段落斜面２と直交し、下流側水路入り口まで這い上がる這い上がり斜面である。符号４は上流側水路取り付け部、５は下流側水路取り付け部である。また、適宜床固めの基礎６を設けたり、更に、取水の必要がある場合には、直角Ｖ字型減勢工の側壁に取水量に応じた孔口（図示せず）を設けることができる。
【０００７】
一般に開水路の流れは、一定の水深及び一定の水路勾配附近では、落下水の流量変動等によるわずかなエネルギー変化によって波状流が発生し、不安定な流況になりやすくなる。このときの等流水深及び水路勾配を、「限界水深」及び「限界勾配」という。這い上がり斜面頂部と 段落斜面頂部との高低差である直角Ｖ字型減勢工の段落高さＷ（ｍ）は、流況に応じて適宜設計する事ができるが、上流水路と下流水路の等流水深が上記限界水深附近となることを避け、波状流が発生し難い流況となるように設定する必要がある。段落斜面の傾斜角αは４５度とすることが好ましい。
【０００８】
上流側から減勢工の段落斜面２を流下する水流は、這い上がり斜面に対して垂直に突入するため、這い上がり分流のほかに突入水流とは逆向きの分流が生じる。これらの二次水流が、突入水流を減勢するクッション（以下「水クッション」という。）を形成する。この水クッションの効果で突入水流のエネルギーの３０％〜４０％が減勢されるので、従来の段落水路減勢工に比べて構造が簡単で有るにもかかわらず、段落高さに対して水クッションの規模を小さくすることができ、建設費が低廉となる上に、騒音公害や波立ちによる水路環境の破壊が起こり難い。また、土砂や石礫の堆積がなく、浮遊流下物による通水障害も起こり難いので、維持管理が容易である上、計画流量を安全に流下させることができる。
【０００９】
一般に、流下水が斜面を離れて自然落下すると、騒音や波状流が生じる原因となることから、本発明においては、流下水が斜面を離れることを防ぐために、直角Ｖ字型減勢工の段落斜面の頂部である上流側水路落ち口を、丸みを有した曲面とすることが好ましい。該丸みの曲率半径Ｒ（ｍ）は、段落高さＷ（ｍ）の１／５以上であることが好ましい。本発明の直角Ｖ字型水クッションの深さＤ（ｍ）は、段落斜面２の傾斜角が４５度である場合には、這い上がり斜面３頂部の高さで測定した直角Ｖ字型減勢工の幅Ｌ（ｍ）の１/２である。
【００１０】
また、前記突入水流とは逆向きの分流を発生しやすくしてクッション効率（減勢効率でもある）を高めるために、直角Ｖ字型減勢工の段落斜面と這い上がり斜面が直交する角には丸みを持たせても良い。このようにすることにより、減勢工の底部に土砂や石礫が堆積することを、より効果的に防ぐことができる。本発明においては、上記水クッション部から取水するように、水クッション部側壁に孔口（図示せず）を設けて取水水路を結合しても良いが、このように分岐水路が有る場合には上流側の水路幅と下流側の水路幅を変えても良いことは当然である。
【００１１】
本発明の直角Ｖ字型減勢工は、少なくとも前記段落斜面部と這い上がり斜面部とからなるユニットとすることができる。ユニットの材料は、鋼板、コンクリート、又はそれらの組合せ等、公知の材料の中から適宜選択して使用することができる。該ユニットの形状を、施行現場の地形や傾斜度にあわせ、適宜設計することによって施工を容易にし、工期の短縮及び工費の軽減を図ることができる。段落斜面部と這い上がり斜面部のみからなるユニットであれば、大量生産が可能であるのでより経済的となる。
【００１２】
図２は、段落斜面の傾斜角を４５度としたときの上記本発明の直角Ｖ字型減勢工を用いた本発明のカスケード工を説明するための断面図である。本発明のカスケード工は、本発明の直角Ｖ字型減勢工を水クッション部の最上流側に有し、該直角Ｖ字型減勢工を含む一定の下流部が貯水部となる如く、前記這い上がり斜面３の下流に、より広い水クッション部を形成する略水平の底部と、該底部の下流側にクッション水を貯留するためのデフレクター部を有する。
【００１３】
本発明の直角Ｖ字型減勢工の這い上がり斜面頂部までの高さ（減勢工這い上がり高さ）Ｄ（ｍ）は、水クッション部の深さとなり、Ｄ（ｍ）は本発明のカスケード工のデフレクターの這い上がり斜面頂部迄の深さ（デフレクター這い上がり高さ）Ｄ’（ｍ）より深いことが好ましく、１．５倍以上であることがより好ましい。Ｄ’（ｍ）は０．３〜０．５ｍであることが好ましい。直角Ｖ字型減勢工の這い上がり高さＤ（ｍ）は以下のようにして求められるが、直角Ｖ字型減勢工に突入する段落斜面流下水の流速水頭の７０〜８０％が下流側水路の等流水深水位と等しくなるようにすることによっても求められる。  
【００１４】
水路の計画流量をＱ（ｍ３／ｓ）とすると、水路幅Ｂ（ｍ）、段落高さＷ（ｍ）及び重力加速度ｇ（ｍ／ｓ２）から、限界水深ｈｃ（ｍ）は、下記第１式で表される。
2006070537.tif 000003
【００１５】
また、限界水深時の流速（限界流速）Ｖｃ（ｍ／ｓ）は、下記第２式で表される。
2006070537.tif 000004
【００１６】
更に、段落斜面下端の流速Ｖ１（ｍ／ｓ）は下記第３式で表される。
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但し、Ｅ０は上流側水路落ち口部における比エネルギーであり、Ｅ０＝１．５ｈｃである。また、定数０．８はエネルギーの損失を考慮した数値である。
【００１７】
Ｖｃ及びＶ１より、Ｄ（ｍ）は下記式４で表される。
2006070537.tif 000006
但し、θは這い上がり斜面傾斜角、Ｋは係数であり、θ＝４５度のときＫ＝１．０１５である。
【００１８】
本発明のカスケード工において、  前記水クッション部を形成する略水平の底部の長さＬ’（ｍ）は、前記直角Ｖ字型減勢工の上流側頂部と下流側這い上がり斜面頂部の段落高さＷ（ｍ）の２倍以上であることが好ましい。
【００１９】
本発明の段落水路は、本発明の直角Ｖ字型減勢工及び／又は本発明のカスケード工を適宜組み合わせて構成することができる。直角Ｖ字型減勢工の設置間隔及び段落水路の勾配は、地形に応じて緩勾配又は急勾配のいずれでもよいが、波状流の発生し難い流況となるように限界勾配附近を避けると共に、急勾配の場合には施工上の難易を考慮し、適切な設置間隔と水路勾配を設定する必要がある。
【００２０】
例えば、水路勾配１／１０前後の斜路式魚道のように、一様な急勾配水路の場合には、本発明の直角Ｖ字型減勢工をＤ（ｍ）の２〜３倍の間隔で設置することによって、流下水の減勢をはかることができる（図３参照）。  また、水路幅は一定である必要はなく、水路系の途中で、流入水及び流出水がある場合には水路幅を変化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の直角Ｖ字型減勢工は、従来の段落水路減勢工に比べて構造が簡単であり、且つ段落高さに対して水クッションの規模が小さいために建設費が低廉である。更に、段落水路の最終段階に設置した場合には、従来必要とされていた下流側護床工を不要とすることもできる利点がある。更に、土砂や石礫の堆積がなく、浮遊流下物による通水障害も起こり難いために維持管理が容易である上、環境保全にも適しており、計画流量を安定して流下することができるので、産業上の利用可能性は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の直角Ｖ字型減勢工の断面図である。
【図２】本発明の直角Ｖ字型減勢工を用いたカスケード工を説明する断面図である。
【図３】本発明の直角Ｖ字型減勢工を連ねた段落水路の例である。
【符号の説明】
【００２３】
１  直角Ｖ字型減勢工
２  段落斜面部
３  這い上がり斜面部
４  上流側水路取り付け部
５  下流側水路取り付け部
６  Ｖ字型減勢工基礎
Ｗ  段落高さ（ｍ）
Ｄ  減勢工這い上がり高さ（ｍ）
Ｄ’デフレクター這い上がり高さ（ｍ）
Ｌ  減勢工幅（ｍ）
Ｌ’カスケード工底部の長さ（ｍ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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