(57)【要約】【目的】堰等構造物における水流の落下騒音防止、及び水流の落下により発生する気泡が堰等構造物の下流に位置する管水路等に連行されることに伴うサージング、または通水阻害等の種々の水理的障害を防止する。【構成】上流からの流量が増加し水位が上昇すると水位に追随して上昇するフロート２０を具備するとともに、フロート２０の上昇に連動して開弁し、上流からの流量が減少し水位が降下するとフロート２０も水位に追随して下降しこれに連動して閉弁する開閉弁２１を具備し、かつまた弁の吐き出し口（３１）を水中とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
堰等構造物における落下水流による騒音及び気泡の発生を防止するための装置であって、堰等構造物の水位維持をするため、上流からの流量が増加し水位が上昇すると、水位に追随して上昇するフロートを具備するとともに、このフロートの上昇に連動して開弁し、上流からの流量が減少し水位が降下するとフロートも水位に追随して下降し、これに連動して閉弁する開閉弁を具備し、かつまた弁の吐き出し位置を水中としたことを特徴とする上流水位制御型フロート弁装置。
【請求項２】
開閉弁からの噴流を拡散しないように、水中に導流管を設け下流管水路に接続することで、水流の吐き出し時の速度水頭を有効利用可能とし下流管水路の送水能力向上に寄与する請求項１記載の上流水位制御型フロート弁装置。
【請求項３】
堰等構造物の機能として、越流水深により流量を測定する場合において、越流堰の完全越流を妨げない範囲の最小越流落下高さでフロートの作動上限水位を設定し、フロートの作動ストロークを可能な限り少なくすることにより、水流の落下高さを最小とすることで落下水流による騒音及び気泡の発生を最少とし、かつまた越流堰と下流管水路との間に水槽を設けるようにした請求項１又は２記載の上流水位制御型フロート弁装置。
【請求項４】
既設の越流部を有する落差工等は、越流部を水流が越流しない高さまで嵩上げし、落差工等の壁体に穴を開けフロート弁機構を取り付け水中放流孔とするようにした請求項１〜３のいずれかに記載の上流水位制御型フロート弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、堰等構造物における落下水流による騒音及び気泡の発生を防止するための上流水位制御型フロート弁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
農業用水路等の各種の水路における堰等構造物の設置目的は、水流を堰き上げることにより水面勾配を緩やかにし流速を遅くする場合や、分水のための最低水位を確保するため堰き上げする場合や、堰の越流水深により流量測定をする場合や、水路の貯留量を確保する場合や、これらの複合目的の場合などである。水路における堰等構造物の設置目的は種々異なるものの、水流の落下に伴い騒音が発生することに変わりはない。騒音の内おおむね１００ヘルツ以下の低周波音の防止対策として実開平６−８５４２５が開示されているが、低周波音の発生する越流水深は数ｃｍ以下であり、越流量の一部の領域の低周波音対策に過ぎず騒音防止とは成り得ない。
【０００３】
堰等構造物に発生する騒音対策についての特許文献は見当たらない。他の技術文献については、農林水産省農業工学研究所発行の農土試技報Ｂ５１．のＰ１３〜Ｐ２４に掲載の「農業用の落差工に発生する騒音について」があり、これによると、効果的に騒音を低減させるには、騒音発生源を密封する必要があるが、落差工の場合は水面高さが上下流とも変化するため、現実的にはむりがあると思われる、としている。また、防音壁体を完全に密閉できない場合は、壁体は防音壁体として働かず、音道としての役割しか果たさず、部分的には騒音を大きくしてしまう危険性がある、としている。このように、堰等構造物の落下水流による騒音対策について、有効な方法が見出せないのが現状である。
【０００４】
また堰等構造物の下流における水流の落下により発生する気泡が管水路内に混入連行されると、流れを阻害するだけでなく、サージングやエアハンマーを生じさせ、管水路施設に悪影響をおよぼす場合がある。このような管水路に混入連行される気泡を排除する装置として特許第２９７９１４４号があるが、新規に建設する場合以外の旧来の土地改良事業計画基準により作られた多くの堰等構造物を改良するには、新たな用地買収が生じ構造物規模の変更を図るなどの困難な課題があり、さらに、この方法では騒音問題の解決にはならないなどの問題があり、既設構造物の範囲内での対策工が望まれている。
【０００５】
落下水流による気泡の発生を抑制する方法として、特許第３０６９６４２号が開示されている。同発明は水面近傍に整流板を設け、落下水流と衝突させ気泡の水中潜り込みを抑制する方法であるが、気泡の発生を防止することはできず、落下水流による騒音防止には何ら寄与するものではない。このように、従来の技術では、水流の落下騒音及び落下水流による気泡の発生を同時に防止する方法は見当たらない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記の実情に着目してなされたものであり、その課題は、堰等構造物における水流の落下騒音防止、及び水流の落下により発生する気泡が堰等構造物の下流に位置する管水路等に連行されることに伴うサージング、または通水阻害等の種々の水理的障害を防止することである。また本発明の他の課題は、堰等構造物の水流落下エネルギーを開閉弁からの噴流に変換し、速度水頭の有効利用により特に下流管水路の送水能力向上に寄与し、あるいは減勢装置を用いて接続水槽の静水面の確保を図るなど多面的効用を発揮しつつ、水路における堰等構造物と同様の水位保持機能も有する上流水位制御型フロート弁装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために本発明は、堰等構造物の水位維持をするため、上流からの流量が増加し水位が上昇すると水位に追随して上昇するフロートを具備するとともに、このフロートの上昇に連動して開弁し、上流からの流量が減少し水位が降下するとフロートも水位に追随して下降しこれに連動して閉弁する開閉弁を具備し、かつまた弁の吐き出し位置を水中とするという手段を講じたものである。これにより、従来の堰等構造物において発生した水流の落下騒音及び、水流の落下により発生した多量の泡を防止し、下流に接続する水路における空気連行によるサージング等の発生を防止するとともに、フロート弁体のキャビテーションを防止することができる。さらに、開閉弁からの噴流を拡散しないように、水中に導流管を設け下流管水路に接続することで、水流の吐き出し時の速度水頭を有効利用可能とし下流管水路の送水能力向上に寄与するものとなる。
【０００８】
堰等構造物の機能として、越流水深により流量を測定する場合において、越流堰の完全越流を妨げない範囲の最小越流落下高さでフロートの作動上限水位を設定し、フロートの作動ストロークを可能な限り少なくすることにより、水流の落下高さを最小とすることで落下水流による騒音及び気泡の発生を最小とすることが望ましい。越流堰と下流水路との間に水槽を設けることにより、前記と同様にフロートを浮動可能とし、フロートと連動して開閉するフロート弁機構により水流を流下可能とすることができる。
【０００９】
既設の越流部を有する落差工等に対しては、越流部を水流が越流しない高さまで嵩上げし、落差工等の壁体に穴を開けフロート弁機構を取り付け水中放流孔とすることにより、新規に設置する上流水位制御型フロート弁機構と同様に機能するという手段を講じることができる。これにより、既設構造物の範囲内での対策工が実現される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る上流水位制御型フロート弁装置は、実施例１の場合、流水を導入するための貯留空間１０と、貯留空間１０の水面を浮動可能なフロート２０と、貯留空間１０と壁体３２によって隔てられた外部の水槽３０と、堰等構造物に相当する壁体３２に開口された、外部の水槽３０へ流出する流路としての水中放流孔３１と、水中放流孔３１に設けられた開閉弁２１と、下流管水路５０に開閉弁２１からの噴流４３を導く導流管４０により構成されている。
【００１１】
貯留空間１０は、最低水位２４を確保し最高水位２５を上回らないことを必要条件とするもので、越流堰で言えば、最低水位２４は越流流量がゼロの場合で、最高水位２５は越流流量が最大の場合に相当する。これらの水位の間でフロート２０が浮動するように、フロート２０の規模及び開閉弁２１を開閉するレバー２２の長さを選定することにより上流水位制御型フロート弁装置が成立し得る。
【００１２】
堰等構造物の機能と同様な水位維持機能をフロート弁装置が果たすには、上流からの流量が増加して水位が上昇したときにフロート２０も水位に追随して上昇し、開閉弁２１も連動して開弁し、上流からの流量が減少し水位が降下するとフロート２０も水位に追随して下降し開閉弁２１も連動して閉弁するように構成する必要がある。
【００１３】
開閉弁２１を開閉する機構として、レバー２２の９０度の回転で開閉可能な汎用弁を使用することは機構上好都合なことである。レバー２２で開閉可能なことにより、フロート２０との連動も構成し易くなり、汎用品であればコストも相対的に低く抑えられ、また製品の信頼性も安定していると考えられるからである。汎用弁としては、バタフライ弁、ボール弁、偏心構造弁等を使用することができる。実施例１では短面間バタフライ弁を、貯留空間１０を仕切っている例えばコンクリートより成る堰等構造物に相当する壁体３２に固定し、壁体３２には開閉弁２１からの噴流４３の流路として、水中放流孔３１を形成するとともに、水中放流孔３１の孔径を開閉弁２１の流路断面積より大きい水中放流孔３１とすることにより、水流の循環を可能とし、開閉弁２１のキャビテーション防止を図っている。
【００１４】
開閉弁２１からの噴流４３は水槽３０で減勢させ、下流管水路５０へと流下させるのが通常の考え方である。しかし近年管水路の老朽化に伴い管更生工法等により管水路断面積が縮小され、当初の流量が流れなくなると言う障害が発生している。そこで本発明ではこれらの事態の対応策として開閉弁２１からの噴流４３の速度水頭を利用することに着目し、この速度水頭を下流管水路５０に引き継ぐことにより、当初の流量が流れなくなると言う障害の除去に貢献するものであ
る。
【００１５】
噴流４３の速度水頭を下流管水路５０に引き継ぐには、噴流４３の拡散を最小限として導流管４０で受けとり下流管水路５０に引き渡せば可能となる。導流管４０の入口は下流管の管径より大きくし、出口は同一口径とすることにより噴流４３の速度水頭を効率良く受け渡すことができる。導流管４０の入り口と壁体３２との離隔は、人が管理用に出入りする場合は最低６０ｃｍ離すことが管理上必要であり、出入り用のタラップ４１を導流管４０の支持材として設置し、下流管水路５０が接続されている水槽３０の壁体５１とは固定板４２で接続し、導流管４０の安定を保っている。
【００１６】
開閉弁２１の下流水槽３０における水位変化を見ると、水位４５は最小流量時の水位で、水位４６は落差工としての最大流量時の水位とした場合、水位４７は噴流４３の速度水頭を効率良く下流管水路５０に引き継いだ場合のエネルギー標高を表しており、例えば噴流４３の流速を５ｍ／ｓとすれば速度水頭は１．２７ｍとなり、少なくとも速度水頭の５０％程度の水位エネルギーの確保は容易なこととなり、下流管水路５０で有効活用が可能となる。
【００１７】
実施例２は、越流堰６２の越流水深を以て流量測定を実施しており、流量測定の方法の変更ができないため、落下水流を無くすことが不可能なときの対応事例である。この場合、課題は貯留空間６０と貯留空間１０の夫々の水位６３と水位２４の水位差を最小とすることであり、落下水流による騒音及び気泡の発生を最小とする。
【００１８】
貯留空間６０の水位６３は越流頂と同じであり変更はできないので、貯留空間１０の水位２４を上げることが課題となり、そのために開閉弁２１のレバー２２を限りなく短くし、フロート２０を限りなく大きくすれば、水位２５と水位２４は限りなく近づくこととなる。水位２５は越流頂６２からの水脈が完全越流可能な最も高い水位に設定するので、水位２５と水位２４が限りなく近づくことは水位２４が上昇し、水流の落下高さを小さくし、落下水流による騒音及び気泡の発生を最小とすることとなる。貯留空間６０から貯留空間１０に導入された水流は実施例１と同様に作用し効果も同様である。
【００１９】
実施例３の場合、越流部３３を完全封鎖し、コンクリート等より成る壁体３２と一体とすれば実施例１と全く同様な実施例となる。以上の何れの実施例でも、流路である水中放流孔３１を開閉する開閉弁２１を常に水中に置き、水中放流とすることで、落下水流が発生しないため、落下水流による騒音も泡も発生せず、さらに導流管４０の設置により開閉弁２１からの噴流４３の速度水頭の有効活用が図られ、本来の堰機能である上流水位保持機能も発揮されると言う特徴が発揮される。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成され、かつ作用するものであるから、堰等構造物による騒音及び泡の発生の防止は、堰等構造物の概念を変え、又は、堰等構造物を改良して上流水位制御型のフロート弁を設置することによって、安価に安定的に問題が解決されるのみならず、落差工で失っていた貴重な水位エネルギー取り戻し有効活用を可能とする等顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る上流水位制御型フロート弁装置の実施例１を示す、模式的な断面図。
【図２】同じく実施例２を示す、模式的な断面図。
【図３】同じく実施例３を示す、模式的な断面図。
【符号の説明】
１０　上流水位を呈する貯留空間
２０　フロート
２１　開閉弁
３１　水中放流孔
３２、５１　壁体
４０　導流管
４３　噴流
５０　下流管水路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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