(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
暗渠排水管に接続される横管とこの横管から上方向に立ち上げられる縦管とを連通させてなるＴ字管と、
前記縦管内に挿入しうる大きさの略円筒状に形成されているとともに、軸線方向に沿う異なる高さ位置に複数の排水孔が形成されており、その下端部に前記横管内の排水を遮断する弁体が設けられている止水筒と、
前記縦管内に挿入されて前記止水筒の外周面に対して摺動回転可能な略円筒状に形成されているとともに、前記止水筒に対する回転位置に応じて異なる高さ位置の前記排水孔を開放する開放スリットを有する回転筒と
を有し、
前記止水筒の各排水孔は、軸線に沿って直線状に配置されているとともに、前記回転筒の開放スリットは、長辺の一方または両方が軸線に対して斜めに形成されている、水位調整型水閘。
【請求項２】
前記横管には、前記縦管と略平行に立ち上げられたフロート管が連通されているとともに、このフロート管内には、前記縦管内の水位に応じて上下動するフロートが配置されている請求項１に記載の水位調整型水閘。
【請求項３】
前記縦管内の水位を測定する水位測定手段と、
所定の作物に適した水位データを記憶する記憶手段と、
前記止水筒に対して前記回転筒を回転駆動する回転駆動手段と、
前記水位測定手段から測定水位を取得するとともに、前記記憶手段から水位データを取得し、前記測定水位が前記水位データと一致するように前記回転駆動手段を駆動する制御手段と
を有している請求項１または請求項２記載の水位調整型水閘。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水田の田面水位や圃場における地下水位（以下、総称して「水位」という）を調整可能な水位調整型水閘に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水田や圃場の地下には、暗渠排水管が埋設されており、水田や圃場の余剰水を排出することで冷害や湿害を軽減するようになっている。また、近年では、作物の生育状況を改善するため、いわゆる水閘を用いることにより、天候や季節に応じて暗渠排水の排水量を制御し、水田や圃場における水位を調節することが行われている。
【０００３】
上記のような水閘として、例えば、特開２００７−２６３３３２号には、暗渠排水を止水する場合、保護管の内部に配置された弁棒を降下させて弁を弁座に着座させる一方、暗渠排水を排水する場合、弁棒を上昇させて弁を開放する竪管式水平水閘が開示されている（特許文献１）。この水閘では、弁棒に複数の水位調整孔が形成されているとともに、弁棒の外径と略等しい内径を有する水位調整カラーが嵌め込まれている（段落［００１１］，図１，図７等）。そして、水位調整カラーを上下動させて水位調整孔を露出／閉鎖することにより水位を調節するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６３３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載された発明を含め、従来の水位調整型水閘においては、水位を調整する場合、保護管内に挿入されている弁棒を上方へ引き上げた後、別途、水位調整カラーを手作業で上下にスライドさせて所望の位置に設定しなければならない。このため、調整作業が煩雑であり、時間がかかるという問題がある。
【０００６】
また、従来の水閘においては、水位調整カラーのスライド位置により水位を調節しても、実際の水位はズレていることが多い。このため、所望の水位に正確に調整するには、上記のような調整作業を繰り返して確認しながらスライド位置を微調整しなければならず、経験度合いによることになり作業性が悪いという問題がある。
【０００７】
さらに、水位調整カラーは、弁棒との摩擦力によってのみスライド位置を保持する構造上、弁棒にきつめに嵌め込まれて高い摩擦力を発生させている。このため、上下方向にスライドさせるには強い腕力が必要であり、高齢者や女性には負担の大きい作業となる。
【０００８】
また、従来の水閘においては、水位調整カラーが自重によって勝手にずり下がるおそれがあるため、比較的小径に形成されている。このため、制御可能な排水量が少なく、迅速な水位の調整が困難なため、作物に適した減水深（一日あたりの水位の減少量）を確保できないという問題がある。
【０００９】
この減水深が小さいと、表面の暖かい水が下方の根までに届き難くなって作物の収量や質が低下する上、水が淀んでしまうためメタンガスが発生しやすくなってしまう。メタンガスは二酸化炭素の約２３倍の温暖化効果を有することから、温暖化対策の面からも問題改善が求められている。さらに、排水量を増やしたい場合、あるいは水田や圃場等の規模が大きい場合には、多数の水閘を設置する必要があるため、全ての水閘を管理し、調整する作業は極めて困難となる。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、迅速かつ簡単に水位の調節作業を行えるとともに、大量の排水を制御して所望の減水深を確保でき、管理作業を簡易化することができる水位調整型水閘を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る水位調整型水閘は、暗渠排水管に接続される横管とこの横管から上方向に立ち上げられる縦管とを連通させてなるＴ字管と、前記縦管内に挿入しうる大きさの略円筒状に形成されているとともに、軸線方向に沿う異なる高さ位置に複数の排水孔が形成されており、その下端部に前記横管内の排水を遮断する弁体が設けられている止水筒と、前記縦管内に挿入されて前記止水筒の外周面に対して摺動回転可能な略円筒状に形成されているとともに、前記止水筒に対する回転位置に応じて異なる高さ位置の前記排水孔を開放する開放スリットを有する回転筒とを有している。
【００１２】
また、本発明の一態様として、前記止水筒の各排水孔は、周方向に沿って螺旋状に位置をずらして形成されているとともに、前記回転筒の開放スリットは、軸線に沿って直線状に形成されていてもよい。
【００１３】
さらに、本発明の一態様として、前記止水筒の各排水孔は、軸線に沿って直線状に配置されているとともに、前記回転筒の開放スリットは、長辺の一方または両方が軸線に対して斜めに形成されていてもよい。
【００１４】
また、本発明の一態様として、前記横管には、前記縦管と略平行に立ち上げられたフロート管が連通されているとともに、このフロート管内には、前記縦管内の水位に応じて上下動するフロートが配置されていてもよい。
【００１５】
さらに、本発明の一態様として、前記縦管内の水位を測定する水位測定手段と、所定の作物に適した水位データを記憶する記憶手段と、前記止水筒に対して前記回転筒を回転駆動する回転駆動手段と、前記水位測定手段から測定水位を取得するとともに、前記記憶手段から水位データを取得し、前記測定水位が前記水位データと一致するように前記回転駆動手段を駆動する制御手段とを有していてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、迅速かつ簡単に水位の調節作業を行えるとともに、大量の排水を制御して所望の減水深を確保でき、管理作業を簡易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る水位調整型水閘の第１実施形態を示す一部断面図である。
【図２】本第１実施形態の止水筒を示す（ａ）全体図、および（ｂ）２Ｂ−２Ｂ線断面図である。
【図３】本第１実施形態の回転筒を示す（ａ）全体図、および（ｂ）３Ｂ−３Ｂ線断面図である。
【図４】本第１実施形態における水位調整型水閘の使用状態を示す図であって、（ａ）いずれの排水孔も開放されていない状態、および（ｂ）下から２つ目の排水孔を開放した状態を示す図である。
【図５】本発明に係る水位調整型水閘の第２実施形態を示す一部断面図である。
【図６】本第２実施形態における（ａ）回転筒、および（ｂ）止水筒を示す図である。
【図７】本第１実施形態において、水位調整作業を自動化する構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る水位調整型水閘の第１実施形態について図面を用いて説明する。本第１実施形態の水位調整型水閘１Ａは、図１〜３に示すように、主として、略Ｔ字形状のＴ字管２と、このＴ字管２内を流れる排水を止水可能な止水筒３と、この止水筒３の外周面に対して摺動回転可能な回転筒４とを有している。以下、各構成部について詳細に説明する。
【００１９】
Ｔ字管２は、水田や圃場の地下に埋設された暗渠排水管２３に接続されものであり、図１に示すように、略水平方向に配置される横管２１と、この横管２１から上方向に立ち上げられる縦管２２とを有しており、略Ｔ字形状をなすように連通されている。本第１実施形態において、横管２１の一端（図１の右側）には暗渠排水管２３が接続されており、他端（図１の左側）には排水路へ通じる排水管２４が接続されている。また、縦管２２の上端部には、異物が混入するのを防止する蓋２５が設けられている。
【００２０】
止水筒３は、Ｔ字管２を流れる排水を制御するバルブの役割を果たすものである。具体的には、止水筒３は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、縦管２２内に挿入しうる大きさの略円筒状に形成されているとともに、軸線方向に沿う異なる高さ位置に複数の排水孔３１が形成されている。また、本第１実施形態において、各排水孔３１は、止水筒３の周方向に沿って螺旋状に位置をずらして設けられている。具体的には、平面視において時計回りに、その高さ位置が徐々に高くなるように形成されている。
【００２１】
止水筒３の下端部は、図１および図２に示すように、横管２１の下流側から上流側に向けて先細り形状に形成されている。そして、その下端部の周縁には、横管２１内の排水を遮断するリング状の弁体３２が設けられている。なお、本第１実施形態では、図１に示すように、横管２１の内周面に沿って弁体３２と当接する弁座２６が設けられており、水密状態を保持するようになっている。
【００２２】
また、止水筒３の下端部には、縦管２２の下端部と当接して止水管を安定させる棒状の当接部材３３が固着されている。このため、止水筒３が下降位置にある場合、図１に示すように、弁体３２が弁座２６に当接するとともに、当接部材３３が縦管２２の下端部に当接し、止水筒３がしっかりと安定するようになっている。一方、止水筒３の上端部には、図１および図２に示すように、止水筒３を上下動させて弁体３２を開閉するための上下動ハンドル３４が設けられている。
【００２３】
さらに、止水筒３には、図１および図２に示すように、最下位置の排水孔３１よりも下方位置に、止水筒３よりも一回り大径の保持部材３６が設けられている。この保持部材３６は、図１に示すように、回転筒４の下端部と当接し、止水筒３に対する回転筒４の高さ位置を所定の位置に保持するものである。
【００２４】
回転筒４は、止水筒３から排水する際の排水高さを制御して水位を調整するものである。具体的には、回転筒４は、図１および図３に示すように、縦管２２内に挿入されて止水筒３の外周面に対して摺動回転可能な略円筒状に形成されており、その内部に止水筒３が挿入されている。本第１実施形態において、回転筒４には、軸線に沿って直線状の開放スリット４１が形成されている。
【００２５】
この開放スリット４１は、図１および図３に示すように、止水筒３に形成された全ての排水孔３１と重なり得る長さを有している。この構成により、回転筒４は、止水筒３に対する回転位置に応じて、開放スリット４１が止水筒３に形成された排水孔３１のいずれかと重なることとなり、異なる高さ位置の排水孔３１の一部または全部を開放するようになっている。
【００２６】
なお、回転筒４の上端部には、図１および図３に示すように、回転筒４を回転させて開放スリット４１を所望の回転位置に合わせるための回転ハンドル４２が設けられている。この回転ハンドル４２の軸部４４は、図１に示すように、上下動ハンドル３４の軸部３５を挿通しうるように筒状に構成されている。また、回転筒４の外周面には、軸線方向に所定の間隔を隔てて強度を確保するための補強リング４３が設けられている。
【００２７】
また、図１に示すように、縦管２２の上端部に設けられた蓋２５には、上下動ハンドル３４の軸部３５および回転ハンドル４２の軸部４４を固定するための固定部材２７が設けられている。この固定部材２７は、上下動ハンドル３４の軸部３５および回転ハンドル４２を上昇位置で固定し、止水筒３の弁体３２を開放状態で保持するようになっている。
【００２８】
また、本第１実施形態では、図１に示すように、横管２１の上流側には、縦管２２と略平行に立ち上げられたフロート管５が連通されている。そして、このフロート管５内には、浮遊性を有するフロート５１が配置されており、このフロート５１に水位の指標となる水位棒５２が差し込まれている。このため、止水筒３が止水した状態では、後述するように、水田や圃場の水位まで縦管２２およびフロート管５の内部に排水が流れ込むため、フロート５１が縦管２２内の水位に応じて上下動するようになっている。
【００２９】
以上の構成を備えた本第１実施形態の水位調整型水閘１Ａによる作用について、図面を用いて説明する。
【００３０】
本第１実施形態の水位調整型水閘１Ａによって、水田の田面水位や圃場の地下水位を調整する場合、上下動ハンドル３４を用いて止水筒３を下降させ、弁体３２を横管２１内の弁座２６に当接させる。これにより、弁体３２が暗渠排水からの排水を止水するため、図４（ａ）に示すように、開放スリット４１がいずれの排水孔３１にも重なっていない場合、堰き止められた排水は、縦管２２と回転筒４との間の空間内に流れ込み、大気圧によって水田や圃場の水位と略同じ高さまで押し上げられる。
【００３１】
つぎに、回転ハンドル４２を用いて回転筒４を止水筒３に対して摺動回転させ、所望の高さ位置にある排水孔３１と重なり合うように開放スリット４１を位置合わせする。これにより、例えば、下から２つ目の排水孔３１が開放された場合、図４（ｂ）に示すように、縦管２２と回転筒４との間の空間内に充填されていた排水が、止水筒３の内部へ越流するとともに止水筒３の下端部から吐出され、横管２１の下流側へと排水される。したがって、水田や圃場の水位は、開放された排水孔３１の高さに対応する位置まで調整される。
【００３２】
このとき、本第１実施形態では、単に回転筒４を回転させるだけで、所望の高さ位置にある排水孔３１が開放されるため、水位の調節作業が簡単であり、速やかに水位調整できる。また、回転筒４は止水筒３に対してずり落ちることがないため、径サイズを太くしても従来のような問題が生じない。したがって、１つの水位調整型水閘１Ａで制御できる排水量が増大されて大きな減水深が確保されるため、水田や圃場の水位を気候や気温の変化等に応じて素速く調整できる結果、作物の収量や質を向上させることができる。また、排水量を増大させることで水位調整型水閘１Ａの設置数を減らせるため、大規模な水田や圃場における管理作業が簡易化する。
【００３３】
また、本第１実施形態では、止水状態にある場合、縦管２２よりも上流側のフロート管５内に、縦管２２と同じ水位まで排水が流れ込む。このため、フロート５１が当該水位まで正確に上昇するとともに水位棒５２が上昇し、水田や圃場と略同水位である縦管２２内の水位が視認可能となる。よって、縦管２２内の水位を確認しながら、回転ハンドル４２を回転させられるため、水位調整作業がより効率的になる。
【００３４】
以上のような本第１実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
１．水田や圃場の水位を迅速かつ簡単に調節することができる。
２．排水量を増大して大きな減水深を確保し、酸素の供給量を増大することができるため作物の収量や質を向上することができる。
３．水が淀まないように適度に移動させ、メタンガスの発生を抑制することができる。
４．大規模な水田や圃場における水位調整型水閘１Ａの設置数が低減できるため、管理作業が極めて簡易になる。
５．水位を確認しながらの調整作業を可能とし、作業効率を向上することができる。
６．乾土効果を向上できるとともに、地中の空隙を増やして酸素の供給量を増大し、作物を呼吸を促すことができ、生育に好影響を与えられる。
【００３５】
つぎに、本発明に係る水位調整型水閘の第２実施形態について図面を用いて説明する。なお、本第２実施形態のうち、前述した第１実施形態の構成と同一若しくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００３６】
本第２実施形態の水位調整型水閘１Ｂは、上述した第１実施形態と比較して、止水筒３における排水孔３１の配置、および回転筒４における開放スリット４１の形状が異なっている。具体的には、図５および図６に示すように、止水筒３の各排水孔３１は、軸線に沿って直線状に配置されているとともに、回転筒４の開放スリット４１は、その一辺が軸線に対して斜めに形成されている。
【００３７】
なお、本第２実施形態では、開放スリット４１の長手方向の一辺のみが軸線に対して傾斜されているが、この構成に限定されるものではなく、開放スリット４１を構成する長辺の一方または両方が軸線に対して斜めに形成されていればよい。すなわち、二辺とも傾斜させて、軸線に対して傾斜する平行な二辺と、上下辺とによって開放スリット４１を構成してもよい。
【００３８】
以上の構成を備えた本第２実施形態の水位調整型水閘１Ｂを用いて水位を調整する場合、上述した第１実施形態と同様、止水筒３を下降させて止水状態にした後、回転筒４を回転させる。これにより、斜めに形成された開放スリット４１が、低い位置から高い位置に向かって各排水孔３１を徐々に閉じたり、高い位置から低い位置に向かって各排水孔３１を徐々に開放する。
【００３９】
以上のような本第２実施形態によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果を奏する上、水位をアナログ的に調整することができる。ただし、開放スリット４１の幅を広くし過ぎると、回転筒４の強度が低下するため、留意が必要である。
【００４０】
つぎに、本発明に係る水位調整型水閘の第３実施形態について図面を用いて説明する。なお、本第３実施形態のうち、前述した第１実施形態の構成と同一若しくは相当する構成については同一の符号を付して再度の説明を省略する。
【００４１】
本第３実施形態では、第１実施形態または第２実施形態の水位調整型水閘１Ａ，１Ｂに、上述した水位調整作業を自動化する構成が追加されている。具体的には、図７に示すように、縦管２２内の水位を測定する水位測定手段６と、所定の作物に適した水位データを記憶する記憶手段７と、止水筒３に対して回転筒４を回転駆動する回転駆動手段８と、各構成手段を制御する制御手段９とを有している。
【００４２】
水位測定手段６は、例えば、フロート５１の位置を読み取る位置センサや、水位を直接検知可能な水位センサ等から構成されている。記憶手段７は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスク等から構成されており、前記水位データの他に、水位調整作業を実行するための水位調整型水閘用制御プログラムがインストールされている。回転駆動手段８は、回転筒４の回転ハンドル４２に設けられており、回転位置を制御可能なステッピングモータ等から構成されている。
【００４３】
制御手段９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されており、前記水位調整型水閘用制御プログラムを実行するものである。この水位調整型水閘用制御プログラムに従って、制御手段９は、水位測定手段６から測定水位を取得するとともに、記憶手段７から水位データを取得し、測定水位が水位データと一致するように回転駆動手段８を駆動するようになっている。
【００４４】
以上の本第３実施形態の構成を備えた水位調整型水閘１Ａ，１Ｂによって水位を調整する場合、記憶手段７に、所定の作物に適した水位データや気候や気温に応じた水位データ等を記憶させておく。制御手段９は、図７に示すように、常時または所定の時間間隔で水位測定手段６から実際の測定水位を取得し、記憶手段７の水位データと比較する。そして、測定水位が水位データと異なる場合、制御手段９は、測定水位を水位データに一致させるための回転筒４の回転位置を算出し、当該回転位置に回転させるための駆動信号を回転駆動手段８へ出力する。
【００４５】
以上のような本第３実施形態によれば、自動的に水田や圃場の水位を一定値に保持することができる。このため、特に畑地では、地下水位を所定の高さ位置に保持することで、発芽率を向上させることができる。
【００４６】
なお、本発明に係る水位調整型水閘は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００４７】
例えば、止水筒３の排水孔３１および回転筒４の開放スリット４１の形状や数は、上述した実施形態の形状に限定されるものではなく、止水筒３に対する回転位置に応じて、回転筒４の開放スリット４１が、異なる高さ位置の排水孔３１を開放するように構成されていればよい。
【符号の説明】
【００４８】
１Ａ，１Ｂ  水位調整型水閘
２  Ｔ字管
３  止水筒
４  回転筒
５  フロート管
６  水位測定手段
７  記憶手段
８  回転駆動手段
９  制御手段
２１  横管
２２  縦管
２３  暗渠排水管
２４  排水管
２５  蓋
２６  弁座
２７  固定部材
３１  排水孔
３２  弁体
３３  当接部材
３４  上下動ハンドル
３５  上下動ハンドルの軸部
３６  保持部材
４１  開放スリット
４２  回転ハンドル
４３  補強リング
４４  回転ハンドルの軸部
５１  フロート
５２  水位棒
【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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