(57)【要約】【課題】集水路下流端の深さを従来より大幅に浅くする事のできる低落差バースクリーン取水工を提供する事、及び、少なくとも１の低落差バースクリーン取水工を有し、より河川環境に適応し易い連流型カスケード工を提供する事。【解決手段】少なくとも流れ方向中央付近に、表流水を流下させる一定高さの段差を具備する斜面を有すると共に、該斜面にバースクリーンが配された取水部が設けられ、該取水部から内部の集水路に集水するバースクリーン取水工、及び該取水工を少なくとも１箇所に有する連流型カスケード工。特に、前記集水路の上流側壁面下部に円形開口フルームを有することが特徴。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも流れ方向中央付近に、表流水を流下させる一定高さの段差を具備する斜面を有すると共に、該斜面にバースクリーンが配された取水部が設けられ、該取水部から内部の集水路に集水するバースクリーン取水工において、前記集水路の上流側壁面下部に円形開口フルームを有することを特徴とする、低落差バースクリーン取水工。
【請求項２】
前記円形開口フルームにおける開口が、該円形フルームの全円周長の１／３〜１／２に相当する部分を水路方向に切り取ることによって形成されている、請求項１に記載された低落差バースクリーン取水工。
【請求項３】
前記斜面を流下した表流水が適宜滞留し、バースクリーンを介する取水が容易となるように、前記斜面底部の後部表流水流出部にデフレクター部が設けられてなる、請求項１又は２に記載された低落差バースクリーン取水工。
【請求項４】
前記フルームがプラスチック製である、請求項１〜３の何れかに記載された低落差バースクリーン取水工。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載されたフルームが、ユニット化されてなることを特徴とする低落差バースクリーン取水工。
【請求項６】
少なくとも流れ方向中央付近に、表流水を流下させる一定高さの段差を有する斜面を有すると共に、前記斜面を流下した表流水が適宜滞留するように前記斜面底部の後部にデフレクター部が設けられたカスケード工と、該カスケード工の後端部を、下流側に表流水を流下させる一定高さの段差を有する前記斜面を有する堰堤とする少なくとも１つののカスケード工を連設してなる連流型カスケード工であって、少なくとも何れか一つの前記斜面部分に、請求項１〜５の何れかに記載された低落差バースクリーン取水工を設けてなることを特徴とする、低落差バースクリーン取水工を有する連流型カスケード工。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は河川から取水するための、流れ方向に取水のためのバースクリーンを有する斜面を備えた取水工に関し、特に、取水落差が小さく、安価で、しかも「河川管理施設等構造令」（以下「構造令」と言う）に抵触することなく、河川環境保全と生態系保護を図りながら計画的取水を行う事のできる低落差バースクリーン取水工、及びそれを有する連流型カスケード工に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、「構造令」の縛りを受ける法河川に建設する取水堰は、新設は勿論、既設の固定堰方式の取水堰を改修する場合でも、すべて可動堰方式としなければならず、河床面上に露出した固定堰の建設は許されないことになっている。しかしながらこのような可動堰方式の取水堰は、建設コストが高い上に維持管理に多くの労力と費用を必要とする。かかる欠点は、計画河床縦断線下に、床固めカスケード方式の環境維持用水流下工と取水用のバースクリーンを有する床固めカスケード方式取水工とを、隔壁を挟んで並列に建設することによって解決することが可能である。
【０００３】
しかしながら、従来の床固めカスケード方式取水工の場合には、バースクリーンからの流入水が、集水路下流側側壁に落下した後上流側側壁を迫り上がり、二次流を形成して水面が大きく上昇するので、集水路下流端の深さを計画取水量に対する等流水深よりも大幅に深くしなければならず、河川地形が落差の制約を受ける場合には事実上建設する事が困難になるという欠点があった。
【０００４】
そこで本発明者等は、集水路下流端の深さを従来より大幅に浅くする事のできるカスケード方式取水工について鋭意検討した結果、集水路上流側側壁に開口円形フルームを取り付けることによって、バースクリーンから流入した水流が上流側側壁を迫り上がることを抑制し、これによって集水路の深さを従来の集水路深さに比べて３０％〜４０％程度浅くすることができること、及び、この低落差バースクリーン取水工を、２段以上連続する連流型カスケード工に応用した場合には、段落差をより小さくする事ができるので、河川環境に対してより適応させ易くな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】
【０００５】
従って本発明の第１の目的は、集水路下流端の深さを従来より大幅に浅くする事のできる低落差バースクリーン取水工を提供する事にある。
本発明の第２の目的は、安価で維持管理も容易な固定式取水堰を提供する事にある。
更に本発明の第３の目的は、少なくとも１の低落差バースクリーン取水工を有し、より河川環境に適応し易い連流型カスケード工を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記の諸目的は、少なくとも流れ方向中央付近に、表流水を流下させる一定高さの段差を具備する斜面を有すると共に、該斜面にバースクリーンが配された取水部が設けられ、該取水部から内部の集水路に集水するバースクリーン取水工において、前記集水路の上流側壁面下部に円形開口フルームを有することを特徴とする低落差バースクリーン取水工、及び、該取水工を少なくとも１箇所に有する、連流型カスケード工によって達成された。
【０００７】
前記本発明の円形開口フルームにおける開口は、該円形フルームの全円周長の１／３〜１／２に相当する部分を水路方向に切り取ることによって形成されることが好ましく、前記斜面の下流側には、該斜面を流下した表流水が適宜滞留し、バースクリーンを介する取水が容易となるように、前記斜面底部の後部表流水流出部にデフレクター部が設けられたカスケード工が形成されることが好ましい。また、前記フルームがプラスチック製であること、或いは、バースクリーンをユニット化することが、建設費をより安価に済ませることができるので好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の低落差バースクリーン取水工は、バースクリーンから流入した水流が上流側側壁を迫り上がることを抑制し、これによって集水路の深さを従来方法における集水路深さに比べて３０％〜４０％程度浅くすることができるので、実質的に「構造令」の縛りを受け難いだけでなく、この低落差バースクリーン取水工を２段以上連続するカスケード工に応用した場合には落差をより小さくする事ができるので、河川環境に対してより適応させ易くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
図１は、本発明の低落差バースクリーン取水工の平面図、図２は河川の流れに対して直交する方向の断面図、図３はそのＡ−Ａ断面図である。図中の符合３は床固め堰堤、７はバースクリーン、８’は開口円形フルームを有する集水路、１１は隔壁、ａは鋼棒間の間隔、ｂは集水路幅、φは鋼棒の直径、ｌはバースクリーンに必要とされるバーの必要長さ、ｌ１はバースクリーンに必要とされる強度を持たせるためのバーの部分長さ、ｌ２は取水に有効なバーの部分長さ、ｒは円形フルームの半径、ｈ０は集水路下流端における計画取水量に対する等流水深、Ｈは集水路下流側深さである。バースクリーンが設けられる斜面は、通常、床固め堰堤に設けられる。
【００１０】
従来、バースクリーン取水工の集水路においては、バースクリーンからの流入水が集水路下流側側壁に落下した後上流側側壁を迫り上がり、二次流を形成して水面が大きく上昇するため、設定した水路勾配Ｓ、幅ｂの長方形断面の集水路下流端において、計画取水量に対する等流水深ｈ０に、流速水頭の６０％〜８％（Ｓ＝１／２０〜１／５０）を加えて集水路下流端の深さＨを求め、集水路の各寸法を決定することが行われていた。しかしながら、落差の制約を受ける河川地形の場合には、床固め堰堤段落高さを低くすると共に、集水路の深さを浅くすることが望まれる。
【００１１】
上記の課題を解決し、集水路下流端における計画取水量に対する深さを等流水深ｈ０とする事ができる本発明の低落差バースクリーン取水工の集水路の概念は、図３の破線で示されたＡ−Ａ断面図で表される。半径ｒの円形フルームの開口部は、円の周長２πｒのうち、（２／３）πｒ〜πｒ部分を水路方向に沿って切り取られたような形に形成される。ここで、半径ｒは等流水深ｈ０の０．６倍〜０．７５倍の範囲で決める事が好ましく、切り取られる円周長は特に５／６π前後とする事が好ましい。これによって、バースクリーンから落下した水流が上流側側壁を迫り上がることが抑制され、螺旋流が形成されるので、集水路の深さＨを従来方法による集水路の場合に比べて３０％〜４０％程度浅くすることができる。これによって、本発明の低落差バースクリーン取水工が実現される。
【００１２】
本発明において使用されるバースクリーンは、集水路に石や岩が落下して集水路を破壊したり集水路中に推積することを防止するものであり、その取付け角度は、取水工の形式によって４５°〜６０°とされる。また、バースクリーンを取り付ける斜面底部の流れ方向には、土砂の推積を防止し、取水の安定を図るために水クッション部を設けることが好ましい。該水クッション底床部の水平長は、段差Ｗ（バースクリーンを設置する斜面の高さ）の１．５〜２．０倍であることが好ましい。水クッション部端部にはデフレクター（エンドシル）を設けることが好ましく、その高さは、計画取水量、段差Ｗ、及びデフレクター斜面傾斜角度を勘案して決定される。前記堰堤からデフレクターまでで一つのカスケード工が構成され、このカスケード工が河川の流れ方向に２以上連設されれば連流型カスケード工となる。尚、カスケード工には、取水工を有しないものも包含される。堰堤越流斜面内にバースクリーン取水工を有する場合にはカスケード方式取水工となる。
【００１３】
バースクリーンから取水する集水路の寸法は計画取水量によって決定される。しかしながら、集水路の幅については、維持管理のために作業員が出入りする場合には少なくとも８０ｃｍの幅が必要である。この集水路には、河床貯留層から取水する場合にはその水も導入される。バースクリーンのバーの間隔は適宜設計することができる。特に平鋼のバーを使用し、その開度を調節可能とすることもできる。
【００１４】
一般に、従来のバー材料としては、φ（直径）が９０ｍｍ〜１００ｍｍ、長さが２ｍ〜２．５ｍの鋼管が用いられてきた。これは、流下巨石に対して十分な強度を有することが事例で確認されているためであり、この場合バーの強度計算は特に行われていない。しかしながら、このようなバー材料は高価である。そこで本発明では、より安価なバー材料として、入手し易く加工も容易な鋼棒を使用するが、状況によっては、前記した如く平鋼を用いることもできる。上記鋼棒の直径（φ）は３２ｍｍ〜３８ｍｍ程度とすることが好ましい。また、所定の巨石の流下に対する応力計算によって求めたバーに必要な強度を持たせるためのバーの部分長さｌ１と、床固め堰堤越流斜面を計画取水量が流下する水流がバースクリーンに流入する流況から求めた有効な取水のために必要な、バーの部分長さｌ２とから、必要となるバー長さｌを決定する。バー取水有効径間長ｌ２の部分の裏面が閉塞状態であっても開放状態であっても、取水量が実質的に変わらないことは水理実験で確認されている。
【００１５】
また、計画取水量、バースクリーン設置幅Ｂ１、バー間隔（隙間幅）ａ、バー取付け角度θ１などの設計条件が同等である場合には、鋼棒からなるバースクリーンの開度（バー隙間総面積／バースクリーン総面積）が鋼管バースクリーンの開度の２倍以上になるので、必要となるバーの長さｌを従来使用していたバーの長さより短くする事が出来る。従って、これによって本発明における床固め堰堤段落高さを従来必要とされていた段落高さより低くすることができる。また、バースクリーンをユニット化し、これを連結して河川に設置することも可能である。このようにすれば、これらを工場生産とする事ができるので安価なものとする事が可能となる上、修理に際しては部分的に交換する事も可能となるので、これによって設置及び維持管理がより容易なものとなる。
【００１６】
本発明で使用するフルームの材質は通常プラスチックであるが、鋼鉄のような金属製であってもコンクリート製であっても良いことは当然である。また、本発明のフルームは水路の上流側底部側壁の下端に設けられるが、その埋め込みの程度は、フルームの開口度によって適宜調整される。また、フルームを埋め込んだ後に、フルーム内面にコンクリートを施工する場合には、フルームの壁面に多数の開口を設けておくことが好ましい。これによって、施工したコンクリートが剥離し難くなると共に、フルームの材料費が節約されるという利点も生じる。
【００１７】
本発明の床固めカスケード方式連流型取水工を、前記「構造令」の縛りを受ける地点で設置する場合には、計画河床縦断線下に床固めカスケード方式環境維持用水流下工と床固めカスケード方式取水工を隔壁を挟んで並列して建設する。これによって「構造令」に抵触することなく、河川環境保全と生態系保護を確保しながら、計画的取水を図ることができる。この場合の建設コストは可動堰方式の取水工に比べてはるかに低廉であるだけでなく、維持管理も容易であり安価である。尚、「構造令」の特例を受ける地点では、河床面上に露出した構造物とすることが出来る。
【００１８】
図４は、計画河床縦断線下に、３段の床固めカスケード方式環境維持用水流下工と、隔壁を挟んで、２段の床固めカスケード方式取水工及びそれに連設されたカスケード工を並列して建設した場合の平面図、図５は２段の床固めカスケード方式取水工及びそれに連設されたカスケード工の断面図、図６は３段の床固めカスケード方式環境維持用水流下工の断面図である。図中の符合１は河床縦断線（計画河床縦断線）、２は段落長、３及び３’は床固め堰堤、４及び４’は水クッション部、５及び５’は段落高さ、６及び６’は水クッション深さ、７はバースクリーン、８は従来の一般的な集水路、８’は、円形フルームを有する集水路、９及び９’はデフレクター（床固め堰堤）、１０は上流側護床工、１０’は下流側護床工、１１は隔壁、１２は欠口部、１３は水クッション連結孔口、１４は取水工上流側側方取水口、１５は取水工上流側取水用孔口、１６は護岸工、Ｂは河川幅、Ｂ１は取水工部幅、Ｂ２は環境維持用水流下工部幅、Ｂ３は環境維持用水流下工部欠口部、Ｂ４は環境維持用水流下工部高水部、θ１及びθ１’は段落斜面傾斜角、θ２及びθ２’はデフレクター這い上がり斜面傾斜角、Ｌ及びＬ’は水クッション水平底床長である。
【００１９】
上記環境維持用水流下工は、河川維持流量を流下するための欠口部と計画取水量を越える河川流量を流下するための高水部とからなる。取水工部、欠口部及び高水部の幅Ｂ１、Ｂ３、Ｂ４並びにそれぞれの配置及び最上流側床固め堰堤頂標高は、河川流量、計画取水量、用水取入れ方法等によって決まる。
【００２０】
一方、取水工部の床固め堰堤越流斜面には、計画取水量に応じた諸寸法の低落差バースクリーン取水工が設置されている。本実施例の場合には、第１段目のバースクリーン取水工には従来型のものが配され、第２段目に本発明の低落差バースクリーン取水工が配されているが、第３段目には取水工が設けられていない。しかしながら、河川の環境や計画取水量に従って、従来型の取水工を設けないか、これに代えて本発明の低落差バースクリーン取水工を設けても良いし、第３段目に必要に応じて更に取水工を設けても良い事は当然である。
【００２１】
計画取水量が大きく、取水工部のカスケード床固め堰堤越流斜面内に低落差バースクリーン取水工を設置する場合には、最上流側の床固め堰堤頂標高を、高水部が最高で、計画河床面並びに隔壁と同じ高さとなるようにする。一方取水工部については、バースクリーン設置幅Ｂ１に対して計画取水量を流下し得る越流水深となるように、標高を低くする。また、欠口部の標高を最低にし、幅Ｂ３に対して所定の河川維持流量を確実に流下し得る流下断面となるようにする。魚類が遡上する河川では、欠口部の越流水深は生息魚類の遡上を保証する深さとして生態環境を維持する必要がある。
【００２２】
各床固め堰堤の幅と標高は、河川流量が河川維持流量を超える場合に取水可能となるように設計する。床固め堰堤の段落高さが低く集水路の深さが浅い本発明の低落差バースクリーン取水工の設置は、特に河川地形上落差の制約を受ける地点では集水路下流端の標高を高くすることができるので有効である。尚、計画取水量によっては、カスケード工一段又は二段としても良い。図５のようにバースクリーン取水工を二段設置した場合には、２０ｍ３／秒以上の取水量に対応する事ができる。
【００２３】
河川幅Ｂが狭く、河川流量及び計画取水量が小さい場合には、取水工が欠口部と高水部とからなる環境維持用水流下工部のみとすればよい。高水部の床固め堰堤頂標高を当該河川計画河床面と同じ高さにし、欠口部については、所定の河川維持流量を流下させて生息魚類の遡上を保証する欠口断面にする。この場合の取水は、取水工（高水部）上流側護床工部護岸に設置する孔口式側方取水工（符合１４）あるいは水クッション部側壁（護岸壁）に設置した孔口等によって側方から行う。河川地形や流況によっては、流れ込み方式取水口とすることもできる。
【００２４】
最下段のカスケードには、取水工部に遡上した魚類が環境維持用水流下工部に移動できるように、水クッション部同士を連結する孔口１３を設けることが好ましい。本取水工上流側床固め堰堤の直上流には護床工１０を、下流側には水クッション４’及び護床工１０’を設置して河床の洗掘を防止すると共に、河川の流れを連続した流況となるようにすることが好ましい。尚、段落長２は、カスケードの諸寸法や段数によって決まるが、透水性地盤に建設する場合には、必要な浸透路長を保証する長さにする。
【００２５】
取水工部の床固め堰堤の段落高さ５は段落斜面に取付けるバースクリーンの寸法によって決まる。水クッションの深さ６は０．３ｍ〜０．５ｍとすることが好ましく、床固め堰堤の頂高とデフレクター頂高との差を０．４ｍ〜０．８ｍとすることが好ましい。水クッション水平底床長Ｌは前記した如く段落高さの１．５倍〜２．０倍とすることが好ましく、段落斜面傾斜角θ１は約５０°、水クッションデフレクター這い上がり斜面傾斜角θ２は２０°〜２５°とすることが好ましい。
【００２６】
一方、環境維持用水流下工部カスケードの諸寸法については、床固め堰堤頂高とデフレクター頂高との差を０．４ｍ〜０．６ｍとする他は、水クッションの深さ６’、水クッション水平底床長Ｌ’、段落斜面傾斜角θ１’、水クッションデフレクター這い上がり斜面傾斜角θ２’を上記取水工部に準じて決定すれば良い。
尚、段落斜面落ち口曲面の曲率半径Ｒ、Ｒ’は、各段落高さ５、５’の１／５以上とすることが好ましい。欠口部段落斜面落ち口曲面の曲率半径も同様にして決める。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の低落差バースクリーン取水工は、バースクリーンから流入した水流が上流側側壁を迫り上がることを抑制し、これによって集水路の深さを従来方法における集水路深さに比べて３０％〜４０％程度浅くすることができるので、従来より建設費を低減する事ができる。また、環境維持用水流下工と併設する事によって、建設費が高い上維持管理費も高い可動堰の代わりを果たす事ができるので、産業上極めて有意義である。また、この低落差バースクリーン取水工を、２段以上連続するカスケード工に応用した場合には落差をより小さくする事ができるので、河川環境に対してより適応させ易くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の低落差バースクリーン取水工の平面図である。
【図２】図２は、図１の低落差バースクリーン取水工の、河川の流れに対して直交する方向の断面図である。
【図３】図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４は、計画河床縦断線下に、５段の床固めカスケード方式環境維持用水流下工と、隔壁を挟んで、２段の床固めカスケード方式取水工及びそれに連設されたカスケード工を並列して建設した場合の平面図である。
【図５】図５は２段の床固めカスケード方式取水工及びそれに連設されたカスケード工の断面図である。
【図６】図６は５段の床固めカスケード方式環境維持用水流下工の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１．河床縦断線（計画河床縦断線）
２．段落長
３，３’．床固め堰堤
４，４’．水クッション
５，５’．段落高さ
６，６’．水クッション深さ
７．バースクリーン
８．集水路（一般型）
８’．５／６π円形フルームを有する集水路
９，９’．デフレクター（床固め堰堤）
１０．上流側護床工
１０’．下流側護床工
１１．隔壁
１２．欠口部
１３．水クッション連結孔口
１４．取水工上流側側方取水口
１５．同上取水用孔口
１６．護岸工
Ｒ，Ｒ’．段落斜面落ち口曲面半径
θ１，θ１’．段落斜面傾斜角
θ２，θ２’．デフレクター這い上がり斜面傾斜角
Ｌ，Ｌ’．水クッション水平底長
Ｂ．河川幅
Ｂ１．取水工部幅
Ｂ２．環境維持用水流下工部幅
Ｂ３．同上欠口幅
Ｂ４．同上高水部幅
φ．鋼棒の直径
ａ．鋼棒の間隔
ｌ．バースクリーンバー取水所要長
ｌ１．バー所要強度径間長
ｌ２．バー取水有効径間長
Ｖ０．バースクリーン流入水脈流速
ｂ．集水路幅
ｈ０．集水路下流端における計画取水量に対する等流水深
ｒ．５／６π開口円形フルーム半径、ｒ＝１．２ｈ０／２〜１．５ｈ０／２
ｆ．フリーボード  ｆ≒３０ｃｍ、ｒ＝１．２ｈ０／２〜１．５ｈ０／２
Ｈ．集水路下流端断面深さ
【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】
2005273239.tif 000008