(57)【要約】      （修正有）【課題】取水口からの取水量を適切に制御して取水量が制限取水量を超えないようにする。【解決手段】取水口２０の上方に内部空間３１を有するＮ個の躯体３０を並設する。躯体３０の夫々に、貯水部１０の水位が上昇して所定の水位に達したときに、貯水部１０から自身の内部空間への水の取り込みを開始する開口３２を設ける。躯体３０の夫々を、夫々の開口３２から夫々の内部空間に取り込まれる水の量に応じて順に沈降させ取水口２０の開度を変化させる。水が取り込まれていない状態における取水口２０の底部から躯体３０の底部までの高さをａ、制限取水量をＱｕｐ、取水口２０の幅方向の長さをＢ、取水口２０近傍の流量係数をＣとした場合、ｍ番目に沈降させる躯体３０の開口３２の取水口２０の底部からの高さＨｍを（Ｑｕｐ＾２）／（２ｇ×（（ｍ／Ｎ×Ｂ）＾２）×（Ｃ＾２）×（ａ＾２））よりもやや低い位置とする。【選択図】図４
2013133621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯水部に設けられる取水口の上方に、内部空間を有するＮ個の躯体を並設し、
前記躯体の夫々は、前記貯水部の水位が上昇して所定の水位に達したときに、前記貯水部から自身の前記内部空間への水の取り込みを開始する開口を備え、
前記躯体の夫々を、夫々の前記開口から夫々の前記内部空間に順に水を取り込ませることにより順次沈降させて前記取水口の開度を変化させる
ことを特徴とする取水構造。
【請求項２】
請求項１に記載の取水構造であって、
前記貯水部に設けられる取水口の上方に、内部空間を有するＮ個の前記躯体を、夫々の前記内部空間に水が取り込まれていない状態における前記取水口の底部から前記躯体の底部までの高さがいずれも所定の高さａになるように並設し、
前記取水口から取水可能な取水量の上限値をＱｕｐ、前記躯体の全体で占められる前記取水口の幅方向の長さをＢ、前記取水口を流れる流水の流量係数をＣ、重力加速度をｇとした場合、前記貯水部の水位の上昇に伴いｍ番目に沈降させる前記躯体の前記開口の前記取水口の底部からの高さＨｍが
（Ｑｕｐ＾２）／（２ｇ×（（ｍ／Ｎ×Ｂ）＾２）×（Ｃ＾２）×（ａ＾２））
よりもやや低い位置に設定されている
ことを特徴とする取水構造。
【請求項３】
貯水部に設けられる取水口の上方に、内部空間を有するＮ個の躯体を並設し、
前記躯体の夫々に、前記貯水部の水位が上昇して所定の水位に達したときに、前記貯水部から自身の前記内部空間への水の取り込みを開始する開口を設け、
前記躯体の夫々を、夫々の前記開口から夫々の前記内部空間に順に水を取り込ませることにより順次沈降させて前記取水口の開度を変化させる
ことを特徴とする取水方法。
【請求項４】
請求項３に記載の取水方法であって、
前記貯水部に設けられる取水口の上方に、内部空間を有するＮ個の前記躯体を、夫々の前記内部空間に水が取り込まれていない状態における前記取水口の底部から前記躯体の底部までの高さがいずれも所定の高さａになるように並設し、
前記取水口から取水可能な取水量の上限値をＱｕｐ、前記躯体の全体で占められる前記取水口の幅方向の長さをＢ、前記取水口を流れる流水の流量係数をＣ、重力加速度をｇとした場合、前記貯水部の水位の上昇に伴いｍ番目に沈降させる前記躯体の前記開口の前記取水口の底部からの高さＨｍを
（Ｑｕｐ＾２）／（２ｇ×（（ｍ／Ｎ×Ｂ）＾２）×（Ｃ＾２）×（ａ＾２））
よりもやや低い位置に設定する
ことを特徴とする取水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取水構造、及び取水方法に関し、とくに貯水部の取水口からの取水量を自動的かつ適切に調節するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、上部フロート、上止水弁体、下止水弁体および下部フロートをこの順で配置するシャフトからなるフロート弁組立と、取水源と本水路通路間に取水開口を形成する開口板を有し、フロート弁組立を、開口上側に上部フロート、上止水弁体が配置され、下側に下止水弁体および下部フロートを配置する取水構造と、を含み、上部フロートは取水源の水位に、下部フロートが本水路の水位の影響を受け、本水路通路の水位が予め定めた一定水位間にあるときにのみ取水開口を開の状態にして取水状態を形成するように構成した取水制御装置が記載されている。
【０００３】
特許文献２には、導入口と取水口を有する取水升と、取水口の周辺に設けられた弾性材料よりなる水密手段と、取水升の導入口の上流に設けられた整流手段と、取水升中に取水升の垂直な壁面に複数のローラにより接触し、前後左右の移動が制限され昇降可能に案内され、かつ背面で水密手段に接触し、取水升の水位変動に対応して上下し、越流水深を一定に保つような浮力を提供するフロートを含む浮動ゲートとから構成した浮動ゲート型取水装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２７７８０８号公報
【特許文献２】特開２０００−１２００４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
河川法などの法令には、河川、池、湖沼、及びこれらに併設されるダム、堰堤等の取水源からの取水について認可取水量（制限取水量）が定められている。このため、取水口には取水量を適切に制御するための仕組みが求められる。
【０００６】
本発明はこのような背景に鑑みてなされたもので、取水口からの取水量を自動的かつ適切に調節することが可能な取水構造、及び取水方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するための本発明の一つは、貯水部に設けられる取水口の上方に、内部空間を有するＮ個の躯体を並設し、前記躯体の夫々は、前記貯水部の水位が上昇して所定の水位に達したときに、前記貯水部から自身の前記内部空間への水の取り込みを開始する開口を備え、前記躯体の夫々を、夫々の前記開口から夫々の前記内部空間に順に水を取り込ませることにより順次沈降させて前記取水口の開度を変化させる。
【０００８】
本発明によれば、降雨等による貯水部の水位の上昇に伴い、取水口に設けられた各躯体が順に沈降し、取水口の開度が自動的に変化していくので、取水口における取水量を自動的に適切に調節することができる。
【０００９】
本発明のうちの一つは、上記取水構造であって、前記貯水部に設けられる取水口の上方に、内部空間を有するＮ個の前記躯体を、夫々の前記内部空間に水が取り込まれていない状態における前記取水口の底部から前記躯体の底部までの高さがいずれも所定の高さａになるように並設し、前記取水口から取水可能な取水量の上限値をＱｕｐ、前記躯体の全体で占められる前記取水口の幅方向の長さをＢ、前記取水口を流れる流水の流量係数をＣ、重力加速度をｇとした場合、前記貯水部の水位の上昇に伴いｍ番目に沈降させる前記躯体の前記開口の前記取水口の底部からの高さＨｍが
（Ｑｕｐ＾２）／（２ｇ×（（ｍ／Ｎ×Ｂ）＾２）×（Ｃ＾２）×（ａ＾２））
よりもやや低い位置に設定されているものとする。
【００１０】
本発明によれば、各躯体を適切なタイミングで沈降させて制限取水量Ｑｕｐを超えないように取水量を制限することができる。
【００１１】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、取水口からの取水量を適切に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】取水構造１の概略的な構成を説明する図である。
【図２】図１に示した取水構造１を同図におけるＡ−Ａ’線で切断して示した断面図である。
【図３】内部空間３１に水が取り込まれて躯体３０が完全に沈降している状態を示す図である。
【図４】降雨等によって貯水部１０の水嵩が増して水位が開口３２（１）の開口下端３２１（１）に達した場合の取水構造１を説明する図である。
【図５】躯体３０の設計方法の一例を説明する図である。
【図６】躯体３０の設計方法の一例を説明する図である。
【図７】躯体３０の設計方法の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１に実施形態として説明する取水構造１の概略を示している。同図に示す取水構造１は、例えば、河川、池、湖、ダム等の貯水部１０の取水口２０に設けられる。
【００１５】
取水構造１は、全体として取水口２０の開度を調節する取水ゲートとして機能する、貯水部１０の取水口２０の上方に設けられた複数の躯体３０（１）〜（６）を含む。尚、本実施形態では６つの躯体３０で取水ゲートの全体を構成するようにしているが、躯体３０の数は必ずしもこれに限定されない。
【００１６】
各躯体３０（１）〜（６）は、例えば、ステンレス鋼やコンクリートを素材として構成される。本実施形態における各躯体３０（１）〜（６）は、いずれも同形同大の略直方体状を呈する。各躯体３０（１）〜（６）は、いずれも独立して上下に移動可能な状態で支持されている。尚、同図には躯体３０の具体的な支持構造を示していないが、各躯体３０（１）〜（６）は、例えば、夫々の周囲に設けられた他の構造物（例えば、レール状の支持体）に嵌合されて支持される。
【００１７】
各躯体３０（１）〜（６）は、いずれも内部空間３１（１）〜（６）を有している。図２は図１に示した取水構造１を同図におけるＡ−Ａ’線で切断して示した断面図である。同図に示すように、各躯体３０は、その内部空間３１が空の状態では、貯水部１０の水から受ける浮力と取水口２０を流れる水から受ける浮力とによって水に浮かんだ状態で支持される。同図に示すように、各躯体３０（１）〜（６）の上部には、各躯体３０（１）〜（６）が所定の高さを超えて上昇するのを制止するように作用するストッパー５０が設けられている。
【００１８】
同図に示すように、各躯体３０（１）〜（６）の貯水部１０に面する壁面の所定の高さには、貯水部１０の水を夫々の内部空間３１（１）〜（６）に取り込むための開口３２（１）〜（６）が設けられている。各開口３２（１）〜（６）は、それらのうちの少なくとも２つについては、その高さ（各躯体３０の内部空間３１に水が取り込まれていない状態における、開口３２（１）〜（６）の下端（開口縁の最下位の部分。以下、開口下端３２１（１）〜（６）と称する。）の取水口２０の底部２１からの高さ。以下、この高さを標準位置と称する。）が異なるように、各躯体３０に形成されている。
【００１９】
尚、本実施形態の取水構造１では、各躯体３０（１）〜（６）の開口３２（１）〜（６）の標準位置は、いずれも異なるものとし、各開口３２（１）〜（６）の標準位置は、開口３２（１）＜開口３２（２）＜開口３２（３）＜開口３２（４）＜開口３２（５）＜開口３２（６）の関係であるものとする。
【００２０】
図２に示すように、躯体３０の所定位置には、貯水部１０の水が内部空間３１に流入した際、内部空間３１内の空気を躯体３０の外部に排気するための排気口３３が設けられている。尚、開口３２を大きく開口させることにより、開口３２に排気口３３としての機能をもたせるようにしてもよい。
【００２１】
図３に躯体３０の内部空間３１に貯水部１０の水が取り込まれることにより、躯体３０が取水口２０の底部２１に完全に沈降している状態を示している。このように降雨等によって貯水部１０の水位が上昇し、水位が開口３２の標準位置に達すると、貯水部１０の水が躯体３０の開口３２から内部空間３１に取り込まれる。そして内部空間３１への水の取り込みが進むと、躯体３０は次第に自重を増してついには浮力を失って沈降し、取水口２０の一部が閉じられる。
【００２２】
次に取水構造１の具体的な動作について説明する。図４に示すように、降雨等によって貯水部１０の水位が標準位置が最も低い躯体３０（１）の開口３２（１）の開口下端３２１（１）に達すると、内部空間３１（１）への水の取り込みが開始される。そして躯体３０（１）の自重が浮力を上回ったところで躯体３０（１）は沈降を開始し、これにより取水口２０の一部が閉じられる。
【００２３】
次いで貯水部１０の水位がさらに上昇して標準位置が２番目に低い躯体３０（２）の開口３２（２）の開口下端３２１（２）に達すると、貯水部１０の水が躯体３０（２）の内部空間３１（２）に流入する。そして躯体３０（２）の自重が浮力を上回ったところで躯体３０（２）は沈降を開始し、これにより取水口２０のさらに一部が閉じられる。
【００２４】
以下同様にして、貯水部１０の水位の上昇に伴い、躯体３０（３）、躯体３０（４）、躯体３０（５）、及び躯体３０（６）が順に沈降してゆき、取水口２０の開口の面積が変化して取水口２０からの取水量が調整される。
【００２５】
以上の通り、本実施形態の取水構造１によれば、貯水部１０の水位の上昇に伴い躯体３０（１）〜（６）が順に沈降し、取水口２０の開口の面積が自動的に変化する。このため、取水口２０における取水量を自動的に調節することができる。
【００２６】
ところで、以上に説明した取水構造１の構成において、取水口２０からの取水量が法令によって制限された水量（以下、制限取水量Ｑｕｐと称する。）を超えないようにするためには、例えば、次のようにして躯体３０（１）〜（３）を設計すればよい。尚、説明の簡単のため、以下の説明では、取水ゲートが３つの躯体３０（１）〜（３）で構成されているものとする。
【００２７】
図５は躯体３０の設計方法の一例を説明する図である。この取水構造１において、取水口２０の横幅をＢとし、各躯体３０（１）〜（３）の開度（取水口２０の底部２１から各躯体３０（１）〜（３）の夫々の開口下端３２１（１）〜（３）での高さ）がいずれもａであり、各躯体３０（１）〜（３）近傍の貯水部１０の水深がＨであり、流量係数（流量を表す定数）がＣ（例えば０．６）であり、重力加速度をｇ（９．８ｍ／ｓ＾２）とすれば、取水構造１により取水される水の量Ｑ１は次式から求めることができる。
Ｑ１＝Ｃ×Ｂ×ａ×√（２ｇ×Ｈ）
そして上式から、制限取水量Ｑｕｐを超えない取水がなされるときの貯水部１０の水位Ｈ１は
Ｈ１＝（Ｑｕｐ＾２）／（２ｇ×（Ｂ＾２）×（Ｃ＾２）×（ａ＾２））
と求められる。
【００２８】
以上より、躯体３０（１）の開口３２（１）の標準位置をＨ１よりもやや低い位置（取水量が制限取水量Ｑｕｐを超える前に躯体３０（１）が完全に沈降する位置）に設定すれば、貯水部１０の水位が上昇して取水口２０からの取水量が制限取水量Ｑｕｐに近づいた際に躯体３０（１）の内部空間３１（１）への水の取り込みが自動的に開始されるようにすることができる。そしてこれにより制限取水量Ｑｕｐを超える前に躯体３０（１）が沈降を完了するので、取水量が制限取水量Ｑｕｐを超えるのを確実に防ぐことができる。
【００２９】
次に図６に示すように、躯体３０（１）が沈降した後も引き続き貯水部１０の水位が上昇した場合には、さらに躯体３０（２）が沈降して制限取水量Ｑｕｐを超えないように取水量が制限される。
【００３０】
この場合、躯体３０（１）のみが沈降している状態での取水量Ｑ２は次式から求めることができる。
Ｑ２＝Ｃ×（２／３×Ｂ）×ａ×√（２ｇ×Ｈ）
そして上式から、制限取水量Ｑｕｐを超えない取水がなされるときの貯水部１０の水位Ｈ２は
Ｈ２＝（Ｑｕｐ＾２）／（２ｇ×（２／３×Ｂ）＾２×（Ｃ＾２）×（ａ＾２））
と求められる。
【００３１】
以上より、躯体３０（２）の開口３２（２）の標準位置をＨ２よりもやや低い位置（取水量が制限取水量Ｑｕｐを超える前に躯体３０（２）が完全に沈降する位置）に設定すれば、貯水部１０の水位が上昇して取水口２０からの取水量が制限取水量Ｑｕｐに近づいた際に躯体３０（２）の内部空間３１（２）への水の取り込みが自動的に開始されるようにすることができる。そしてこれにより制限取水量Ｑｕｐを超える前に躯体３０（２）が沈降を完了するので、取水量が制限取水量Ｑｕｐを超えるのを確実に防ぐことができる。
【００３２】
次に図７に示すように、躯体３０（２）が沈降した後も引き続き貯水部１０の水位が上昇した場合には、さらに躯体３０（３）が沈降して制限取水量Ｑｕｐを超えないように取水量が制限される。
【００３３】
この場合、躯体３０（１）と躯体３０（２）が沈降している状態での取水量Ｑ３は次式から求めることができる。
Ｑ３＝Ｃ×（１／３×Ｂ）×ａ×√（２ｇ×Ｈ）
そして上式から、制限取水量Ｑｕｐを超えない取水がなされるときの貯水部１０の水位Ｈ３は
Ｈ３＝（Ｑｕｐ＾２）／（２ｇ×（１／３×Ｂ）＾２×（Ｃ＾２）×（ａ＾２））
と求められる。
【００３４】
以上より、躯体３０（３）の開口３２（３）の標準位置をＨ２よりもやや低い位置（取水量が制限取水量Ｑｕｐを超える前に躯体３０（３）が完全に沈降する位置）に設定すれば、貯水部１０の水位が上昇して取水口２０からの取水量が制限取水量Ｑｕｐに近づいた際に躯体３０（３）の内部空間３１（３）への水の取り込みが自動的に開始されるようにすることができる。そしてこれにより制限取水量Ｑｕｐを超える前に躯体３０（３）が沈降を完了するので、取水量が制限取水量Ｑｕｐを超えるのを確実に防ぐことができる。
【００３５】
尚、以上では取水構造１が３つの躯体３０で構成されている場合について説明したが、これは取水構造１がＮ個の躯体３０で構成されている場合に一般化することもできる。即ち取水構造１がＮ個の躯体３０で構成されており、ｍ個の躯体３０が閉状態となっている場合の貯水部１０の水位Ｈｍは次式から求めることができる。
Ｈｍ＝（Ｑｕｐ＾２）／（２ｇ×（ｍ／Ｎ）＾２×（Ｃ＾２）×（ａ＾２））
【００３６】
従って上記に従って各躯体３０の開口３２の高さを適切に設定すれば、各躯体３０を適切なタイミングで沈降させて制限取水量Ｑｕｐを超えないように取水量を制限することができる。
【００３７】
以上に説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００３８】
１  取水構造
５  水
１０  貯水部
２０  取水口
２１  底部
３０  躯体
３１  内部空間
３２  開口
３２１  開口下端
【図１】
2013133621.tif 000003
【図２】
2013133621.tif 000004
【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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