(57)【要約】【課題】  従来の標準的なラビリンス堰は、凹凸のサイクル数が多いため構造が複雑になり、施工が煩雑であると同時に経済性にも劣る傾向にあると同時に、遡上魚などの自然環境には適応しがたい構造となっている。さらに、ラビリンス堰下流部での底高さが一定なため、越流した水の流れの状態が乱れる要素が大きかった。【解決手段】  ラビリンス堰のサイクル数を少なくし、上流から見て凹型の大きなラビリンス堰形状にすることによりシンプルな構造を実現し、凹型に形成されるラビリンス堰下流部の溝状のスペースでは、下流に向かって傾斜を設けることにより、ラビリンス堰を越流してからの越流水の流れを改善し、さらに、凹型に形成される溝形のスペースに魚道を設けて、自然にやさしい構造としたり、植石を配置するなどにより景観に優れた構造とすることが可能となるラビリンス固定堰を提案する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラビリンス堰のサイクル数を少なくし、上流から見て凹型の大きなラビリンス堰形状にすることによりシンプルな構造を実現し、施工性に優れるとともに現場への適合性を高めることができ、かつ、多自然型工法を志向する景観に優れた構造とすることが容易となるラビリンス堰。
【請求項２】
ラビリンス堰の下流側に形成される凹型のスペースにおいて、このスペースに下流に向かって傾斜を設けることにより、凹部の流れの状態を向上させるラビリンス堰。
【請求項３】
ラビリンス堰の下流側に形成される凹型のスペースにおいて、このスペースを魚道として活用することにより、固定堰でありながら多自然型構造物としての機能を向上させるラビリンス堰。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、越流部の平面形状が前後に交互に突き出しする凹凸状に屈折形成されたラビリンス堰構造の固定堰に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラビリンス堰とは固定堰の形式のひとつであり、越流部の平面形状が、三角形や台形状で前後に交互に突出するように、ジグザグに屈折形成された構造を持つ堰である。（図１参照）
【０００３】
ラビリンス堰の特長として、流路を直線的に塞ぐ直線堰に比較して、越流水の落下する堰頂長さを長く設定することが極めて容易であり、河川横断幅当たりの越流量を容易に増大することができることにある。（特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３６０５２号公報
【０００５】
一般に、堰において越流量を増加させるためには、越流長さを長くする必要があるが、従来の直線的な堰では堰を計画する地点での川幅を広くすることで、必要長さの確保と流量の増大を期待する手法が採られる。（図２（ａ）参照）
【０００６】
一方、ラビリンス堰では、河川等の縦断方向にスペースを確保する構造のため、河川敷地の中で必要規模を確保することが可能であり、新たに横断方向の河川用地を取得する必要が無いなどの利点がある。（図２（ｂ）、（ｃ）参照）
【０００７】
従来の固定堰では、河川の横断幅を大きく必要とするという特徴から、設置地点が制限されるなどの制約を受け、機械的に上下するゲートや、膨張・収縮の可能なゴム引きゲートなどの、固定堰以外の工法によらざるを得ないケースもあったが、これらに比較してラビリンス堰は越流頂長さの設定の自由度が大きい構造となっている。
【０００８】
しかしながら、このように越流能力に優れるラビリンス堰の、河川や水路でのこれまでの適用例は少ない。これは、ラビリンス堰の詳細な研究成果での、一般的な書物での発表が平成１３年以降と最近であり、認知度が低いことも一因となっているが、一方では、従来のラビリンス堰は凹凸のサイクル数が多いため構造が複雑になりやすく、施工が煩雑であると同時に経済性にも劣る傾向にあったためである（図１参照）。
【０００９】
これらの問題を解決すべく、堰のユニット化（特許文献２、３参照）などが試みられているが、ユニット化は型枠やコンクリートなどの施工材料の、現場での投入量を少なくして施工性に配慮するとともに、経済性にも資することを目的としたものである。
【００１０】
【特許文献２】特開平１１−３３６０５３号公報
【特許文献３】特開平１１−３３６０５８号公報
【００１１】
一方、河川を固定堰で塞ぐ場合に、遡上する生物種に対する悪影響が問題となっており、固定堰には魚道の設置が必至である。従来の直線的な堰に魚道を設ける場合は、下流側に魚道のためのスロープとなるスペースを別途用意する必要があり、不経済であるばかりでなく、魚道の入口が堰体から離れるため、遡上魚が魚道の入口を見つけにくくなり、迷走するなどの問題があった。（図４（ａ）参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の標準的なラビリンス堰は、凹凸のサイクル数が多いため構造が複雑になり、施工が煩雑であると同時に経済性にも劣る傾向にあると同時に、遡上魚などの自然環境には適応しがたい構造となっている。さらに、ラビリンス堰下流部での底高さが一定なため、越流した水の流れの状態が乱れる要素が大きかった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ラビリンス堰のサイクル数を少なくし、上流から見て凹型の大きなラビリンス堰形状にすることによりシンプルな構造を実現し、施工性に優れるとともに、現場への適合性を高めることを実現する。また、凹型に形成されるラビリンス堰下流部の溝状のスペースでは、下流に向かって傾斜を設けることにより、ラビリンス堰を越流してからの越流水の流れを改善する。（図３参照）
【００１４】
また、凹型に形成される溝形のスペースに魚道を設けて、自然にやさしい構造としたり、植石を配置するなどにより景観に優れた構造とすることが可能となるラビリンス固定堰を提案する。（図４（ｂ）参照）
【発明の効果】
【００１５】
ラビリンス堰自体は平面的な凹凸の形状が所定のピッチでジグザグに連続する堰であり、従来の直線的な堰に比較して、長い越流頂を設定しやすく、高い越流能力が容易に実現する。従来の固定堰でも、越流効率を良くするために多くの形式が提案されているが、越流係数の最も大きな標準型堰断面で越流係数：Ｃ≒２前後であり、ラビリンス堰の実検式ではこれらの固定堰に比較して越流係数：Ｃ≒６〜８を示し、３〜４倍以上の能力を示す。（特許文献１：「図６（ａ）限られたスペースでの密度・平面形による放流能力の変化」参照）
【００１６】
この能力はラビリンスのサイクル数の多少で決定されるものではなく、あくまでも凹凸の形状比によって決定されるものである。したがって大きなラビリンス堰構造を構成し、サイクル数を少なくすることにより、シンプルな構造を実現すると同時に越流性能も高い性能を維持するものである。（図３参照）
【００１７】
構造がシンプルになることにより煩雑な施工性は改善され、かつ、施工場所をあまり選ばなくなるなどの利点がある。また、構造がシンプルになることにより、施工性、施工材料の単純化により経済性をも高めることが可能となる。
【００１８】
ラビリンス堰をシンプル化することにより、凹形状で発生する大きなスペースを有効利用し、魚道を配置して川に生息する生物が遡上しやすい構造とすること。また、雄大で大きなラビリンス堰の配置により、景観にも優れた構造とすることが可能となる。
【００１９】
また、ラビリンス堰下流部の凹部のスペースには、下流に向かって傾斜を設けることにより、ラビリンス堰を越流してからの越流水を流れ易くできる。（図３（ｃ）参照）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
ラビリンス堰の１サイクルの向きは、一般的には上流から見て凸型を標準とし、越流した水を左右に振り分ける利用方法を標準とする。（図５（ａ）参照）
【００２１】
本発明ではこれを凹型で用いる。これにより、ラビリンス堰凹部に越流水が集中することから、河川の中央部（河心)に、越流した水の流れを導くことが可能となる。水の流れの中心（流心）を川の中央部（河心)に近づけることにより、護岸の根入れ部分に高速流が集中することを軽減することができ、護岸根入れ部の洗掘を防止することなどが可能となり、堤防施設の安全性が向上する。（図５（ｂ）参照）
【００２２】
また、上流から見て凹型の大きなラビリンス堰を採用することにより、越流頂を経て落下する高速の水脈が、堰下流部の左右合流点で互いにうち消し合う効果も期待でき、高速流となる堰からの跳水を減勢するための施設が軽減される効果が期待できる。
【００２３】
ラビリンス堰での凹型に形成されるスペースは、左右の堰頂から越流した越流水が合流し、下流に向かって流下する。この凹部の上流端と下流端は当然ながら流れる流量が異なり、負担する堰頂長さが短い上流部は流量が比較的少なく、越流量の大部分を負担する下流部は流量が大きい。この流量差の度合いは形状比や越流水深により千変万化するが、上流部の流量に比較して、下流部の流量が大きいという傾向はラビリンス堰の形状特性に係わらず不変である。
【００２４】
上流部と下流部に流れる流量に違いがあることは、流れの性質として一般には不定流と定義され、変化量が大きく、流下能力とのバランスがとれない場合には、流れに乱れが生じることが知られている。水理学での定常流れの運動方程式が厳密に適用されるほどではないが、不等流の基礎方程式に準拠する断面となり、少なくとも、この凹部が縦断的にレベルで設定される一般的なラビリンス堰では、流れの乱れは大きくなる。
【００２５】
例として、横越流堰の底勾配をレベルに設定した場合に、上流端の水深よりも下流端の水深の方が大きくなってしまう現象でも説明できる。（非特許文献１参照）
【００２６】
また、フィルダムでの側水路型洪水吐においては、底勾配をＩ≒１／１３に下流に向かって勾配を設けることが推薦されている。（非特許文献２参照）
【００２７】
側水路型洪水吐は底勾配に傾斜を設けることと同時に、横断幅を変化させ、上・下流の流下能力のバランスをとることで、流れの状態を安定させる努力をしている。この場合、流れの諸元の判定は、支排断面の基礎方程式に準拠した繰り返し計算により求めるが、本方程式の厳密解は本出願の主旨ではないため割愛する。（図６参照）
【００２８】
【非特許文献１】水理公式集「平成１１年板」土木学会編  図３−１．２１Ｐ２５０
【非特許文献２】土地改良事業計画設計基準  設計「ダム」２−２３５頁
【００２９】
ラビリンス堰においても、凹部で形成される下流溝において、このスペースに下流に向かっての傾斜を設けることにより、凹部での流れの状態を向上させうる。基本的には、水の流れの向きに従って底の勾配を傾斜させるという、川の流れの原則に沿うものである。また、凹部に傾斜を設けることは、越流頂からの水脈の落下比高を縮小する機能も併せ持つものである。
【００３０】
シンプルで大きな凹型の形状を採用することにより発生するスペースを、魚道の設置スペースとして有効に活用することが可能となる。この構造の利点の１つは前述したように流れの中心と魚道の入口が整合することにあり、遡上魚の迷走を防ぐことができること。（図４（ａ）（ｂ）参照）また、凹型のラビリンス堰を設けることは、新たに魚道の遡上ルートのためだけのスロープ状の水路を設備する必要が無いなどの経済性に優れた構造を実現できる。
【００３１】
一方、河川に設けられる魚道は多くの型式が提案されているが、本ラビリンス堰での魚道配置スペースは広く提供することが可能であるため、魚道の形式を選ばない利点もあり、石材などの自然材料を組み合わせた自然環境を模した形式の魚道配置も容易である（図４（ｂ）参照）。
【００３２】
本発明の特徴として、越流効率を高めるためにラビリンス堰の形状特性を強力にすることは、幅に比較して縦断方向の長さを長く設定することとなり、魚道として利用できるスペースを確保しやすくなることにあり。このことは、ラビリンス堰の特長を強化するほど、縦断距離が大きく設定され、それにより凹部縦断勾配を緩く設定できるため、魚道勾配が緩くなるため、魚道としての機能が有利となることが特筆される。（図２（Ｃ）参照）
【００３３】
河川などの景観において、一般的には堰などの構造物を河川に構築する場合には、鋼製やコンクリート製の柱の連続となってしまうため、従来は景観などで工夫できる部分は少なかった。せいぜい河川上に配置される上屋などを木製仕様にする程度である。一方、本発明の方式を用いたラビリンス堰では、雄大で大きな凹型ラビリンスの採用が可能となり、景観的にも優れた構造とすることが可能である。（図７参照）
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ラビリンス堰の標準的な形状を説明する図面である。
【図２】（ａ）は、一般的な直線の堰で越流能力を高める場合に採用される構造を示す図面である。（ｂ）はラビリンス堰の標準的な形状を説明する図面である。（ｃ）は本発明の主旨である「凹型ラビリンス堰」を説明する図面である。
【図３】本発明での「多自然型ラビリンス固定堰」を示す説明図であり、（ａ）は下流端での横断面図、（ｂ）は平面図を示し、（ｃ）は縦断面図である。
【図４】魚道を設けた場合の例を示し、（ａ）は固定堰での一般的な魚道の形状を示し、（ｂ）は本発明での魚道の設置状況を説明する図面である。
【図５】（ａ）は一般的なラビリンス堰での凹凸の考え方を説明する図面であり、（ｂ）は本発明での凹凸の考え方を説明する図面である。
【図６】不定流断面での水理諸元を解説するための基本公式である。
【図７】景観に優れるラビリンス堰を下流側から俯瞰した場合の景観図面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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