Kobe University Repository : Kernel

　Kobe
University Repository : Kernel
Title
滞砂防除に関する土砂水理学的研究.第8報 : ジェット
フローゲートを有する渦動管排砂工の水理に関する実験
Author(s)
吉良, 八郎 / 畑, 武志
Citation
神戸大学農学部研究報告, 14(1): 93-114
Issue date
1980
Resource Type
Departmental Bulletin Paper / 紀要論文
Resource Version
publisher
URL
http://www.lib.kobe-u.ac.jp/handle_kernel/81006439
Create Date: 2015-02-01
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滞砂防￨徐に関する土砂水理学的研究
第 8報
ジェットフローゲートを有する渦動管排砂工の水理に関する実験
ー
I τ1
:
:
*
吉良八郎*・畑
，).'ぶIt与、
(昭和5
4年 8月1
0日受理)
PSAMMO-HYDRAULICALSTUDIESONTHECONTROLOFSEDIMENT
ら
VIII
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HachiroKIRA*andTakeshiHATA*
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広司
一般に貯水状態とみなされる貯水池や沈砂池の滞砂防
除対策として渦動管排砂工を適用し自然排砂ずる場合，
その成否の鍵をにぎをものは，排砂門における調節ゲー
トや渦動管部におけるスリット調節ゲートの開発・選定
であるの。この種の調節ゲートでは，一般に流砂，流盛
により戸海などの閉塞が起らないこと，キャピテーショ
*水利用工学研究室
γや振動を起さないこと，また水密部の損傷が起らない
こと，などの諸条件が要求されてくるが，この点から排
砂門の調節ゲートとしては，複式ゲート方式を前提とし
たジェットフローゲートの適用が有望と考えられる。こ
のジェットフローゲートは，当初 c
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と呼ばれる流量調節ゲートとして U.S.A. の開拓局
(
1946) で開発・設計・施工されたもので，その信頼性
と安全性は実験的研究と数多くの実績によって実証され
ている。近年わが国でも，この種のジェットフローゲー
吉良八郎・畑
9
4
トが各種放流設備の高水深流量調節ゲートとして注目を
集め，実験的研究が進められてきている 1ふ 7
，
1
0，
1
2
)。
武志
て併用した場合における土砂水理機能について実験的究
明を行った。
以上のように，ジェットフローゲート自体の水理構造
I. 実験施設及び実験方法
については，数多くの実績に基づき殆んど改良の余地の
ないところまでに至っているが，使用目的や設置位置な
どに多様性があるため，ゲート下流側の形状については
。
、
各種の設置条件による普遍的な研究資料が乏し L
実験施設としては，既設水理実験室の循環系統の一部
mr
nに示す透明の硬質塩化ビニ
に，第 l図 (
I
， U，，
ーノレ製(関水路部分〉及びアグリノレ製(管水路部分)の
一般に水源工，導・配水工などの水利構造物を対象に
実験装置を水平に設置した。この実験装置は，かつて渦
した滞砂防除対策として，土砂吐用のゲートや排砂管が
動管排砂工の沈砂池への適用に関する模型実験4)に使用
設置される場合が多 L、。しかし，大ダムの場合には巨大
したものを，既設循環系統と関連づけて可能な範囲で嵩
沈木，巨石などの流下により排砂門操作に危険を伴う場
上げ改良したもので，特に排砂管やゲート部分について
合があり，実際に稼動しているものは数少ないのが現状
は新規の透明アクリル製模型を利用した。その構成は，
である。また頭首工における沈砂池の自然排砂の場合で
第 1図(J，U) に示すように整流槽(長さ
は，一般に取水・導水を中断せざるを得なく，この点か
幅 Br=60佃のスクリーン付)，渦動管，貯水槽〔長さ
ら取水しながら排砂する方法の開発が要望されている。
このような場合，ラセン流を利用した渦動管排砂工を
採用すれば極めて効果的な縦横断方向における線の排砂
e
.
r
=l∞佃
，
e
.
v= 250cm
，幅Bv=60侃，有効水頭He=65cm) .緋砂
管及び余水吐部分からなっている。
貯水槽底(渦動管〉及び排砂管の縦断勾配は i=Oと
が可能となり，沈砂池の場合でも取水しながら抽出比が
し，貯水槽の横断面はスリット部への土砂流入を容易に
ほぼ一定の緋砂が可能となる 3，
4，
5
)。しかし，
するため第 1図(皿〉のように舟底型断面を採用し，そ
この排砂
法の成否を決めるものは適正な排砂用ゲートの開発・選
の勾配は一応 i=O.577(伊 =30つを与えた。また貯
定であるという観点から，本実験では，ラセン流を利用
水槽底部に設けた渦動管は，第 1図
した渦動管排砂工用の排砂ゲートとして，水密部の耐摩
倶uに幅 b=lcmのスリットを設けた径 Dv=6cmの円形
c
r
nのように左岸
耗性，流砂・流塵による閉塞性，微小関度の可能性など
一様渦動管(一定幅のスリットを有する一様断面渦動
の面から適正と考えられるジェットフローゲートを始め
管)を採用した。吏に排砂管に関しては，貯水槽下流端
)
(
-
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貯水槽
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給砂防除 I
C関する土砂水理学的研究(第 8報)
(渦動管と排砂管の接合点〉からゲーJト位置までの lu
=4
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c
m区間は，渦動管径と同ーの Du=6c
mを採用し，
9
5
こ
。
しT
貯水槽底部に設けた渦動管は，第 1図(1¥')に示すよ
の排
ジェットフローゲート(口径 Dg=cm) から下流倶u
うに管の一部片側にスリットを設け，国・液混相流とし
砂管については，管径Dd(6
.5
， 7.
2
. 7.
8
，8
.3
5
c
m
)
て砂水を吸入させ，このスリット流入により生ずるラセ
の 4種について，それぞれ長さ ldがぬ 1 (50ω)，N
>
.
ン流の渦動エネルギーにより，流砂・滞砂を効率よく排
2(
4
0
佃)，ぬ 3 (60ω) の 3組を用意して(写真一 1
砂する仕組となっている。したがって渦動管下流に同一
参照)，実験ではこれらを組合わせて，ゲート下流側全
勾配で貫通させる排砂管径は，ラセン流存続のためジェ
1(lF50佃)， I (ld=50+40
=90
岨)，阻 (ld=50+6
0= 1
1
0
ω)及び1¥' (ld=50
やゲート口径と同一値Du=Dv=Dg=6cm
を採用し，ゲ
+4
0+60= 1
5
0
岨〉に変化させた。
ート下流側では，適正な排砂管長や排砂管径を実験によ
排砂管長をそれぞれ
i
l
T砂ゲートとして使用したジェットフローゲートは，
ットフローゲート位置まで(漸拡部分除く〉は渦動管径
り究明するため前述のように変化させた。
以上の実験装霞から原型の貯水池〈または沈砂池)を
第 2図及び写真一 2に示すように，ゲート直上流側で
1
.
3
3
4
D
u区聞は直線型の漸拡管，更にゲート部分では
想定してみると，第 l表の結果が得られる。すなわち，
4
5。に絞られた口径 Dg=6c
皿の円形オリフィスとなって
相似律については，貯水状態下でもスリット関孔部があ
いるもので，水流はゲート開度が半開，
る渦動管では高速ラセン流が発生し，粘性項より重カ項
全闘に関係な
FROUDE の相似律による
く，常に縮流ジェットとなってオリフィスより噴出する
が卓越する流れとなるので，
ものである。このゲートの大きな特徴は，ゲート直上流
/
Lr=LM/LP
ものとみなし，実験装置の幾何縮尺をえ r=1
部のオリフィスの縮流効果により流水を戸溝から剥離さ
(LM: 模型低 Lp:原型値，
Lr=Lp/LM:幾何縮尺
せ
，戸溝部のキャピテーツョンを防止できる傍造となっ
比〉とすると，第 1表に示すように，縮尺ゐが 1
4
0
.%
0
'
ている。したがって，本例のようにトンネル・管水路の
V
ao
.%
0及び%。なる場合の想定原型値が得られる。も
途中に設ける場合には，ゲートから噴出する高速流の空
/
.
.
J
T ，流量 Qp=QM/
ちろんこの場合，流速Vp=VM
気連行現象によって戸溝部の圧力が低下したり，ゲート
ArO1
2など，実験値〈添字M)
下流排砂管内が極度の低庄となり流れの状態が維持でき
の換算も必要となる。またジェットフローゲートを併設
から原型値(添字 p) へ
ない。したがって，これらの危険を防止するため，必要
した場合には，相当多量の給気を伴う気・図・液混相流
で十分な空気量を放水中のジェット流の周囲から供給す
となるので，空気に関する相似律を満足する必要があ
.7
Du下流償，
U
上部に口
ゲート位置から O
る。この場合，空気の圧縮性とエアーレーション効果の
る装燈として，
径 3c
m，立上り高 1
0
c
m，水平長6
0
c
mの給気管を付設し，
空気流入量測定のため微風速計
C
ISA-6型〉も併置
相似が問題となるが，給気管の風速は，音速 α1ach数
M =1)に比較して極めて小さい亙音速流 ω1<1)で
あるため空気の圧縮性は無視し，
また原型と模型とのエアーレーシ
貯水帽
ョン効果も相似であると考えれ
ば，水流の場合と同じく FROUDE
の相似律に従ってよしの。すなわ
ち
，
AVa を風速の縮尺. APa を空
気の気圧低下の縮尺，
AQa を給気
AVa=APa 1
12，
量の絡尺とすると，
λQa = ArG1
2
となる。
実験は，第 2表に示す実験計画
表のように，渦動管径，ゲート上
流側排砂管径及びジェットフロー
ゲート口径を Dv=Du=Dg=6cm，
ゲート下流側挽砂管
O
cM
I
d=50-15
渦動管のスリット幅 b=l伺，貯
水深(有効水頭)He=65ω ，及び
水路東勾配 i=Oをそれぞれ一定
第 2図ジェットアローゲート模型
となし，ゲート下i
A
t
仰の排砂1r径
9
6
武志
吉良八郎・畑
第 1表実験装置の幾何縮尺〈縮尺比:Lr=Lp/LM. 縮尺:Ar=l/Lr=LM/Lr
，模型値:L
M.
原型値: Lp)
原
幾
何
寸
"
"
一h
的
模
量
Bド
ゲート上流側
Lr=40
声
日当
事
l流
径
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ゲ下
砂
ト側
IAr=l/25 I Ar=ωI Ar=仰
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Du
(想定〕
型
Ar=仰
貯水深〈有効水頭 ) He
貯水池長(全渦動管長) L
有効渦動管長 .
e
.中 2.2(A/b)
動
渦
管
径 Dv
渦動管スリット l
隔 b
ジェットフローゲートロ f
至Dg
型
16.25m
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.
9
4
1
1
Dd(
6
.
5
， 7
.
2， 7
.
8及び8
.
3
5
c
皿
の 4種
)
， t
'
F
砂管長.ed
，
9
0
，
1
1
0
及び
1
5
0
c
血
の
4
種〉及びゲート開度
Gop
(
5
0
，4
0，6
0，8
0
及び 100%の 5種)をそれぞれ変えた
(
2
0
排砂を伴った気・回・液混相流の場合については，ゲー
場合について行った。すなわち，滞・排砂を伴わない気
径及び排砂管長を変えた計 1
6
組の実験を計画実施した。
・液混栢流の場合については，
0
組，更に滞・
径，排砂管長及びゲート開度を変えた計8
ト開度 Gop= 100%
を一定とし，ゲート下流側の排砂管
ゲート下流側の排砂管
c
i
局勤管を排砂管の延
他方，通常の点排砂方式の場合
第 2表実験計画表
ゲ管
ト
下
径流側
排砂
p.N
Ex
o
.
1Dゆ〕
A
排砂管長
EXP.NO'I長一ト下
.
ed
6
.
5
H
m
W
B
7
.
2
H
E
W
C
7
.
8
E
E
N
D
8
.
3
5
E
皿
W
(
c
凹
)
l
Iu+ d
全長
.
e .
e
p(%)
ト開度 Go
ゲ
2
0
4
0
6
0
E
x
p
.e
1
0
0
5
0
9
0
1
1
0
1
5
0
9
0
1
3
0
1
5
0
1
9
0
A-I-a
A-ll-a
A
i
l
l
a
A-N-a
A-I-b
A-ll-b
A
i
l
l
b
A-N-b
A-I-c
A-ll-c
A
i
l
l
c
A-N-c
A I-d
A-ll-d
A
i
l
l
d
A-N-d
A-I-e*
A-ll-e*
A
i
l
l
e
*
A-N-e*
5
0
9
0
1
1
0
1
5
0
9
0
1
3
0
1
5
0
1
9
0
B-I-a
B-ll-a
B
i
l
l
a
B-N-a
B-I-b
B-ll-b
B
i
l
l
b
B-N-b
B-I-c
B-ll-c
B
i
l
l
c
B-N-c
B-I-d
B-ll-d
B
i
l
l
d
B-N-d
B-j-e*
B-ll-e*
B
i
l
l
e
*
B-N-e*
5
0
9
0
1
1
0
1
5
0
9
0
1
3
0
1
5
0
1
9
0
C-j-a
C-ll-a
C
i
l
l
a
C-N-a
C-j-b
C-ll-b
C
i
l
l
b
C-N-b
C-I-c
C-ll-c
C
i
l
l
c
C-N-c
C-I-d
C-ll-d
C
i
l
l
d
C-N d
C-j-e*
C-ll-e*
C
i
l
l
e
*
C-N-eホ
5
0
9
0
1
1
0
1
5
0
9
0
1
3
0
1
5
0
1
9
0
D-I-a
D-ll-a
D
i
l
l
a
D-N-呂
D-j-b
D-ll-b
D
i
l
l
b
D-N-b
D-I-c
D-ll-c
D
i
l
l
c
D-N-c
D-I-d
D-ll-d
D
i
l
l
d
D-N-d
D-I-e*
D-ll-e*
D
i
l
l
e
*
D-N-e*
*.水理機能並びに排砂機能に関する測定解析
その他は水理機能に関する測定解析のみ
目
日
9
7
t
l
;砂防除 I
L
I
刻する土砂水理学的研究(第 8報)
長線上にi'tj
盈設!段しなし、場合)につし、ても，
排砂償;J~
給気管からの流
fu+fd=40+ 1
5
0= 1
9
0
c
mを一定とし，排砂管径 4種
入空気量(連行空
0
組の
及びジェットフローゲート￨明度 5種の組合せ，計 2
気量) Qaは，微風
排砂実験を行った υ
〕
速計(ISA6型
これらの一連の実験では，
l
t
i
'，*桝流入水 E
E
:，余水吐放
を給気管中央付近
流水量，排砂管からの抽出流量，スリット流入速度，管
に設置して平均風
i
j{，流入空気捻，排砂時間，排砂濃度などの項
内圧力;f(f
速を測定し給気
円について測定し，
上砂水型機能に関する解析を行っ
管断面から算出し
以上の物理量のうち， ;j({立，水深または滞砂面i
などの
管を用いた線排砂
t
:。
押
た。この際，渦動
r
i動
位置測定は，実験模型上にガードレーノレを設置し， <
方式の場合には，
台車に砂面測定器 (WH 201-L 6型〉を装置して，カ
ゲート下流側排砂
D p- 51
8型)
ウンターまたはディジタノレプリンター (
管の長さ .
ed (4
で土 0
.
5
n
n
n
精度て半J
I
読した(手兵一 3， 4参照)。流速
種)，径 Dd(4;
径
〕
sV 101型
及びゲート開度
及びカウンター)及び紹小型プロペラ式流速 H (
V A-
GoP (5筏〉をそれ
はピトー管，小型流速計(トランジスター式
第 3同供試滞砂の粒度仙'
，
.
i
1 (
乙p
h
is
c
a
l
eで
確率紙 l
4
0
3
型〉などを用いて測定した。この際，スリット流入
ぞれ変化させた計
表示しで残惜率の粒度
こは特にピトー管を用 L、，ゲート下流側緋
速度 Voの測定 I
8
0純について測定
加積曲線〉
5
0
c
mの各管 1
1 (A，B，C，D) の場合につ
砂管長 .
ed= 1
し，また比較のため通常の点排砂方式の場合については，
∞ %で測定し， FROUDE数算
いて，ゲート開皮 Gop= 1
5
0
仰を一定，排砂管径 Dd
ゲート下流側の排砂管長 .
ed=1
(4積) ，ゲート開度 (5種〉を変えた計 2
0組について
定資料とした。
圧力水頑は，渦動管』えび排砂管の片仮~中失に 1 四住民
所要常生~:監を測定した。
力部11;ぷ子しを 10~20cmlf司断に 25j凶設け，透明ビニーノL パイ
目.実験結果及び考察
プで水マノメーターに連結して測定した。その他，貯水
槍下流似J
I
には，水位調節用の余水位を設け，ゲート操作
により全実験を通じて貯水槽下流端の水深を一定(有効
(1)FROUDE数 (Fr)
本実験においては，渦動管内の REYNOLDS数が一般
に 1 0 4 ~106 の o rder となり十分大きいため，
水頭He=65
c
m
) に保つようにした。
抵抗係数
貯水機への流入水量生 Qは既設量水ゼキ(流量曲線式 Q
0.
015H"/2， Q :.
e/
s
e
c， H :c
田)で，
排砂管から
2
m
m， σ1= 0
.
8
0
8， SKI=ー 0
.
3
7
8， KG= 0
.
9
51
で v
e
ry
wel
1s
or
t
e
d のほぼ均一砂〉を敷市rめ
，
ジェットブロー
ゲートの開度が Gop= 100%になるまでに排砂されない
砂を始め，それぞれ2
0
，4
0， 6
0， 1
2
0， 2
4
0， 3
60，
oI
Exp.
A・l
Ve仁=
• I
Exp.
B.
l
Veトー
企 E
xp.C-l
Veトー
ト
ね
hl'+
i
¥
3
∞ %に述した時点から排
よう下流端で操作し， Gop= 1
，︺司醐@司30 ﹄ uh
第 3図に示す粒度組成をも
った供試砂(粒径 0 . 03 ~ 2 阻， dm=
0.43
皿
， do
o=0.37
H
滞 .j;I[砂ある場合の実験では，当初貯水槽の滞砂凶1
(1m砂J
!
fHs=25叩)まで，
987405432987654
の場合には， Q2=Q-Qlから評価した。
1
10000000
---e
・・
0000000oaoaaaaaa
の抽出流量 Q2や余水吐からの放流量 Ql
などは， ~Ij途の
量水槽で~iIl.IJ ・評価した。特に緋砂を伴わない抽出流揺;
卜¥
卜¥
￨¥
0.
02
4
8
0， 6
0
0秒におけるり￨砂濃度を測定した。また排砂速
!乏の目安として I
l
j
'水榊(または渦動管〉下流端，すなわ
ち，当初の滞砂段丘法尻を始点として，上流側に I
;
;
jって
距雌 1
0
，2
0
，3
0
，4
0
，5
0
，6
0
，7
0
，8
0， 9
0
c
mの位置に排
砂市積量下端が達するに要する時間を測定した。
0.
01
o1
02
03
04
05
0 60 7080 901
∞110120130
渦動管下流繍からの距敵 x
(
e
m
)
第 4図
FROUDE 数分布
吉良八郎・畑
9
8
I
t
.Re値に無関係となる様相を示し，
武志
排砂効率の薗から
E ・ {圃}
みると，通常の管水路の場合における REYNOLDS数よ
り，むしろ FROUDE 数の方が支配的な役割を来すもの
と考えられる。この点から，
スリット流入部における
FROUDE 数. Fr=Vo
/
J
子 He
(スリット流入速度 Vo:
C皿/
s
e
c と渦動管のスリット位置までの有効水頭
E
量
r
u!
40
V
H.=
.
，4
【
2
との関係を s
e
m
i
l
o
ggraph に点織すると，第 4図に示
すように，
目
。
61
.5
c
mによるもの〉と，渦動管下流端からの距離 x(
c
〉
田
1
0
ゲート下流仮l
t
排砂管径 Ddの規模に関係な
・
i
n
e
a
rな分布を示し. (
1
)
式の実験式
し明らかにほぼ l
0
第 5悶管吹否式における動水勾配線 (
Exp
.A-
(r-= 0
.
9
9
0
) が得られる。
Fr= 0
.
9
0
S
0
.
0
8
1
X.
.…
.
.
.
・
H
・
.
.
.
..
・・
.
.
…
…(
1
)
H
この点開水路流れで，その横断方向水路底に特定の設
置角で設けられた渦動管の場合には，スリツト関孔部上
∞
流側の FROUDE 数の果す役割が大きいことが指摘され
ている 2ふ
向に渦動管を設置した場合でも，スリット流入部におけ
る FROUDE 数分布が，滞砂の吸引・輸送を可能にする
有効渦動管長
。
，
i
eの判読に重要な指標となることを示
.
5
)。すなわち，
した4
スリット阪や渦動管長〈または排
477J。
砂管長〉が同一条件なら，水深〈または流量〕に関係な
，
く
ほぼ l
i
n
e
arな関係を示し，
スリット流入部のお
どが明らかにされている。
グ
Z//
〆ノ
ザvq
ur bF
F
30
，
.
ー
・ 2。
J
S
1 蹄水泡ILO
〆一
u
t
一
ぃ
の結果であるが，ゲート下流排砂管径が 1
.
1
D
u-l
.
4
D
u
の範闘で変化しているにもかかわらず，第 4図のFr-x
の結果を総括すると，渦動管排砂工の場合，水深(また
v
・
¥f1
なしsゲート下流側排砂管径 Ddのみを変化させた場合
関係は同一傾向を示している。このことから，これまで
FJ
(Dv=6c
m
).渦動管長 (iv= 2
5
0
伺).スリット幅
(b= 1c
m
)• ゲート関度 (Go
p= ]
∞%).給気管口
径 (3c
・).排砂管長 (iu+id= 1
9
0
c
狙)等を一定と
一
を併用した場合であり，水深 (
H.=65c
掴). 渦動管径
凡
ヘ
本実験例(第 4図の結果)は，ジェットフローゲート
一
ゲ
は主として管断面形(スリット幅)に支配されることな
第 7図線排砂方式における動水勾配線 (
ExpC.I
v-a- eJ
】
は流量).渦動管長(または鉾砂管長).更に排砂管径
などの最長響より，むしろ渦動管の形状，特にスリット幅
。
p
の及ぼす影響が顕著であるといえよう。
本実験の場合についても，ラセン流による土砂の吸入
・輸送を可能にする Fr値を一応、支配フルード数 dFrと
.
，。
なし，渦動管下流端から dFr 値を示す位置までを有効
A
渦動管長 i
.とみなして，第 4図のFr分布曲線から dFr宇
0
.
2を用いると b=lcmの渦動管で一応
価される。
i
e
宇
5
0佃と評
・.
2"" 232211拍 l.t
l1
71
61
51
41
3山内 1
0
(2)圧力水頭
(
p/w
)
渦動管及び排砂管の片側中央に設けた圧力測定孔ご
畢
7.
，・
・3
1
0
0
測点. <
t
第 8図線緋砂方式における動水勾配線 (Exp.DWa-e
)
~~砂防除 iζ 関する土砂水理学的研究(第 8 報)
99
と
，ピニーノレ管で接続した水マノメーターから管内函匡
70
。.
~ j~
匁
頚
1
.
1
岬
1
，1
却
険〆
拍
力を読みとり，圧力水頭 p/wとして渦動管中央部〈下
流端から 9
0
c
m
，上流端から 1
6
0
c
圃〉付近からゲート下流
側排砂管に至る縦断分布を模型表示した。いま，ゲート
x
p
.
J
V
下流側排砂管長が最も長い E
象に，
c
ed= 150ω) を対
ゲート下流側排砂管径 (
E
x
p
.A，B，C，D)及
びゲート開度 (Exp.a，b，c
，d) を変えた場合につい
て例示したのが第 5， 6， 7， 8図である。また同じ条
.
.
，
与
.
.:
.'
'
"
・
・
;.. 必司....~φι十
・.~~
13122
1加 1
9 " 111 1
5U 13121110 9 • 16 5
調点.<t
‘
守
~ーーで 0
t
t9図点排砂方式における動水勾配線 (Exp.A)
JV-a-eホ
件で渦動管を取外した場合(通常の点排砂方式)の結果
を対応させたのが第 9， 1
0，1
1，1
2図である。
これらによると，圧力水頭分布，すなわち動水勾配線
は，貯水領域において渦動管のある場合には，ほぽラセ
ン流発生領域において低下曲線を示すが，その低減勾配
は下流排砂管に設けたジ z ットフローゲートの開度によ
庄 1
>0
力 l
ホ￨
岨
四 l
にJ
却
回目。
2524:
312引回
岬
・・
10
・
~ー?みー噌一一←一一ーーーーーーーー」。
1 W 同日1 1
3同 1110 9 a76 .
5
調
/
1
..
，・
第1
0図点緋砂方式における動水勾配線 (Exp.BJV-a-e*
)
距
陣 (
c，
.
)
∞
刊
・0106。却岨 3020 100 10珂却 '0'。曲間前向
同唱。同回国¥4
0
1
3問。 1
1
0
1
ゲー
汁正扇町一一→ 情叩互認エコ。
低減している。排砂管における動水勾配線の分布傾向
は
，ジェットフローゲートの上・下流側で趣を異にして
おり，ゲ} ト上流側では，貯水領域における場合よりや
や緩勾配の速統した低減曲線を示すが，ゲート直上流の
漸拡管部においてはそれぞれ急上昇している。これらに
対しゲート下流側では動水勾配線が不連続となり，ゲー
ト直下流で一旦急低下して，そのゲート下流側圧力水頭
ま￨
却
する傾向がみられる。またゲート下流側の排砂管径によ
l
i
岨
~ l却
:1
却
10
1
能な領域〉において，動水勾配線がゲート開度ごとに急
分布がゲート上流側のゲート開度別圧力水頭分布・
と逆転
水
却
，
.，
・
げ・
5
.
1
貯水槽下流の排砂管入口付近 (
d
F
r中 0
.
2以上の掃砂可
。.
顕
2$24232121
って変化し，ゲート開度が大きくなるほど低減勾配が急
になっている。これに対し渦動管を取外した場合には，
U U 1: 1
110' I 76 . 5 。
調点書号
館1
1図点排砂方式における動水勾配線 (Ex
p
. CJV-a-e・
〉
っても多少呉った分布を示し，ゲート関度が小さい 20%
また 4
0
%においては，噴射後の流水が管内を閉塞した流
況とならず，側面の圧力測定孔まで達しない場合もあ
る
。
たとえば，ゲート下流側の圧力水頭分布をみると，
管 (
Dd=6.
5
c
圃〉では，
A
ゲート下流側測点ぬ 1
2 (ゲー
ト下流 1
5
c
m
)の位置に開度 1
∞%の場合 p/w値の peak
を示すのに対し， B管 (
D
d= 7
.
2
c
m
)では，
p/w値の
peakは開度 l
∞%の場合の測点地 1
2
1
3付近(ゲート
下流 1
5
2
5
c
m
)に生じ他の C管 (Dd=7.
8
c
m
)， D管
!
l
M
zr
/ 量
酬1
拍
(
D
d
=
8
.
3
5
c
m
)では，開度 100%の場合が peak を示
すことが多いが，その出現位置は明確でない。以上の点
から，流水が接している開度 1
∞%の場合のゲート下流
側排砂管面では，ジェットフローゲートによるラセ γ 噴
流の落下点で動水圧を受けて多少 p/w値が上昇し，そ
iー
マ
ー
ー，←・噂・_J.1~ 守
l
ー」
測点番号
館1
2
図点排砂方式における動水勾配線 (Ex
p
. DJ
Vd-e勺
れより下流側では，水路内水深に該当する静水圧分布と
なり，負圧発生がなく問題がないことがわかる。またA
管を除いた B， C， D管では，測点地 1
1(ゲート下流 5
∞
武
吉良八郎・畑
1
Exp.
C(
Dd=1.3Du=7Bn
v
n)
E
x
p
.
A(
Dd=1
.1
D
u=65.
.
.
)
1
.0
1
.0
0.
9
0.
9
0
.
8
0.
8
型t
気
0.
7
0
.
6i
比
水
0.
6
0.
5・
Qo 0.
5
0.
7
水
比
Qa
;J.~
ふ 0.4
0
.
3
4
/ 0.
Qw
0.
3
0.
2
0.
2
0.
1
0.
1
。
o
2
0
4
0
6
0
8
0
。
。
1
0
0
ゲート開度 G。ρ(%)
第1
3凶
第1
5図
ゲートI
J
f
J度と気水 l
tの関係 (Exp. A)
nyoo
c
'
-
2
0
6
，
Qw 0.
4
0.
3
0
.
31
0.
2
0.
2
0.
1
o
o
0.
1
20
40
60
80
100
第1
6図
1
.
0
ゲート開度 Gop(%)
第1
4図
﹃
い
0
.
5
o
'AUEdda
気水比 /
内
叩
八山
0.
7
ヲ
'
!
0・
8
0
100
ooaaon
1
.0:
一
一
ー
一一!一一一 -，-
0
.
9 ---1
ケ
80
60
ゲート開度 Qop(%)
ゲートI
J
f
JI
Jrと気水比の関係 (
Ex
p.C)
E
x
p.D (
Dd=1
.4Du=83.
5n
v
n)
1
.0
E
xp.
8(
Dd=1
.2Du=72nvn)
気
40
20
ゲート開度と気水比の関係 (Exp. B)
c
m
) 位置の圧力水頭の値がほとんど負圧となり，特に開
∞%の場合においては，かなりの圧力低下がみられ
度 1
る。このことは，ゲート直下流のキャピテーションを紡
ぐ上からも重要な点となる。
(3)供給空気量 (
Qa)
0.
9
最
大
気
水
0.
8
比 0.
6
。
Q
/ 0.
5
Qw 0.
4
水流がその周辺の空気を連行し，空気連行流(気・液混
0.
3
気の補給がない場合には，ゲート下流部の圧力が低下し
て不安定な圧力変動による振動やキャピテーションを起
こす危険性がある。したがって，一般にはこれを防止す
るためにゲート背部に給気管を設け適当な空気量を供給
する対策をとっている。この際の所要空気量は，ゲート
60
~
100
r~b( % )
¥
0
.
18D
B
"
¥己~
，
6
、
0、‘、
，
BO
80
80
@ 渦I
I
J管を周いた
ト
一
一
線緋砂，
圭
0;
舟動管を用いなト
ー
ー
0.
2
い点拶~~J;去
0.
1
0
1
.0
W
ゲート開度 Gop (%)
ゲート l
湖度と気水比の関係 (Exp.D)
0.
7
ジェットフローゲートを用いた場合，放流される高速
相流〉となって流下する。したがって，ゲート下流に空
~
1
.1
1
.2
1
.3
1
.4
1
.
5
相対排砂管径 Dd
/Du
第1
7
1苅ゲート下流側υ1'(&管径と所要最大 ?~~盆の | 潟係
1
0
1
滞砂防除に￨渇する土砂水理学的研究(第 8報)
0
.
8
0.
8
OJ
0.
7
気
水
比
2
0
40
60
0
.
6
円
4
Qa
1
.4
Qw 0
.
5
4
0
5
v
1
.3
0
.
4
1
.2
0.
4
1
.1
0.
3
0.
3
。
0.
2
0.
2
1
.0
1
.
1
1
.
2
1
.3
1
.4
1
.
5
第1
9図
ゲートlJ司度をパラメータとした場合のゲー
ト下流側排砂径と所要空気量の関係
4
0
60
8
0
100
ゲート開度 Gop(%)
ゲート下流側排砂管径をパラメータとした
場合のゲート開度と所要望気量の関係
相対H~砂管経 Dd / Du
第1
8凶
2
0
作されラセン噴流となる場合には，必ずしもゲート全開
時において給気量が最大となるとは限らな L、。すなわ
開度，ゲート上流管の形状，ゲート下流管の形状，有効
ち
， Exp
.A，B においてはゲート関度 Gop=60%の場
水頭，給気管形状，ゲート上流漸拡管形状等の要素に支
x
p
.C，
合が気水比 QajQw が最大値を示すのに対し， E
配されるが，本実験で指向する対象は滞・排砂ある場合
D となるとゲート開度 Gop=80%の場合に最大値が現
であるので当然のことながら気・固・液混相流となるこ
われている。この所要最大空気量(具体的には最大気水
と，また渦動管排砂の場合のラセン流が，ジェットフロ
比 QajQw) をジェットフローゲート下流排砂管の大き
ーゲート部で減勢される可能性があり，特にゲート開度
さ(具体的には相対排砂管径 DdjDu) と関連づけたの
が初期の場合，排砂の d~ り現象を生じるおそれがあるこ
7図である。この結果から，
が第 1
と，その他の問題点がある。
大給気量やそれが出現するゲート開度が異なることがう
このような観点から，本実験では渦動管を用いた線排
DdjDu比によって最
かがえる。いま，ゲート下流管内の圧力低下水頭伊は
砂方式の場合として第 2表に示すように Dd (4種) ，
給気量 Qa の 2乗と比例関係にあるとすると，
.
ed(4種)及び GoP(5種〉をそれれぞ変えた計 8
0
組
が成立ち，負圧が最大となる Ddj
Du比
の所要空気量 Qa を測定した。また比較のため渦動管
Q
;
げ =a
…
・・
・
(
2
)
式1
0
)
(
2
)
5
0
c
m
を取外した点排砂方式の場合についても， .
ed= 1
を一定で Dd(4種)及び GoP(5種〕を変えた計2
0組
の所要空気量も測定した。以上，有効水頭 He=65cm，
m
)及びDv=Du=Dg=6c
mをそれぞれ
給気管口径 (3c
一定とした場合のジェットフローゲートからのラセン噴
流によって連行される空気量 Qa とゲート開度 GoP，ゲ
ート下流側排砂管の口径Ddや長さ.edとの関係を知るた
めに，測定結果を整理して第
l
a1~
1~
1~
1~
1&
1
9図に示した。
D
υ
ゲート開度 GoP(%)と気水比 QajQw (連行される
所要空気量 Qa，c
四3
j
s
e
c と流水量 Qw，c
m3
j
s
e
c の容積
i
七)の関係を示した第 1
3，
.1
4， 1
5， 1
6図(この図中
N*
は渦動管を用いない場合の気水比である〕によると，
本実験のように，常に一定の有効水頭のもとでゲート操
第2
0図
ジェットフローゲートの放流状況(全聞が〈
流
〉
1
0
2
吉良八郎・畑
やゲ}ト開度などの評価に役立つ。ここに a は
，
空気量に及ぼす
9
a
.
1
6
0
3
4
!
?
d- 0.
2
0
1
G
o
pー 0
奇W = 0
v.
.6
v.
J
"
'
j
'
Ou
所要
H.， Gop，ゲート上・下流管形状，
武芯
;
給
渦動管を用いた場合の線排砂法
気管形状等の支配団子を包括した比例定数である。
(
E
x
p
.A-D - 1
-N-a- e
以上の関係からすると， Dd/Du比によって負圧が最
大となるゲート開度は異なることとなり，
第 3表
l
P(%)
ゲート開度 Go
E
x
p
. a (20%)
E
x
p
. b (40%)
E
x
p
. c (60%)
E
x
p
. d (80%)
E
x
p
. e c1∞%)
"
'(
3
)
全資料による〉
この Dd/Du
ジェットフローゲートの流量係数
ゲート下流伽管径…
I
Exp.B(
7.
2
佃)I
Exp.C(
7
.
8
佃) 1Exp.D(8.35ω)1
Exp.A(
6刷
0
.
1
2
1
0
.
2
8
5
0
.
5
1
1
0
.
6
9
1
0
.
8
3
1
0
.
1
2
1
0.
2
8
5
0
.
5
1
1
0
.
6
9
1
0
.
8
2
1
0
.
1
3
5
0
.
3
0
8
0
.5
1
1
0.
7
1
5
0
.
8
3
6
0
.
1
3
5 0
.
1
3
3
.
3
1
8
0
.
3
0
8 0
0
.
5
1
1 0
.
5
1
8
0
.
7
1
5 0
.
6
9
9
.
8
3
0
0
.
8
3
6 I0
0
.
1
3
3
0.
3
1
8
0.
5
1
8
0.
6
9
9
0
.
8
3
0
0
.
1
4
2
0
.
3
1
1
0
.
5
0
8
0
.
7
1
0
0
.
8
3
8
0
.1
4
2
0
.
31
1
0
.
5
0
8
0.
7
1
0
0
.
8
3
7
平
0.
1
3
3
0.
3
0
6
0
.
5
1
2
0.
7
0
4
0
.
8
3
4
均
0.
1
33
0.
3
0
6
0
.
5
1
2
0.
7
0
4
0.
8
3
1
注:左側 (Co)，右欄 (C。
勺
比としては，貯水ダムな
♀三=0.435!?生一
、，JW
どでの使用水頭が極めて
大きい場合には，ラセン
流
流や噴流による拡散を考
震
慮した余裕を見込んで
数
Dd/Du= 1
.
2以上6)が安
c
。
0.223Gop+ 0
.
0
1
9・・
i
向車b
管を用いない場合の点排砂
法(
E
x
p
.A-D -N-a- e資
料による)
?訟の点排砂法を採用した場合より気水比が大きく評価さ
れる。
全であると考えられる。
(4)J
e
tflowgat
eの流量係数 (
Co，Co・)
すなみに本実験の場合，
本実験の流量係数は，第 2
0図に示すような関係から，
渦動管を採用した線排砂
.2
方式では， Dd/Du=1
o 20
の場合が最大気水比 Qa/
Qw宇 0
.
7として最低値を
1JU
一」
40 60 80100
ゲート開度 Gop(% )
第2
1図
示し，渦動管を取外した
ジ z ットフロゲー
トの開度と流量係
点排砂方式では， Dd/Du
f
{
I
:
の
関
係
=1.2
の場合が最低で、 Qa
/Qw= 0
.
5に納っている。このようなことから，排砂管
4
)
式
渦動管を用いない通常の点排砂方式の場合について (
から求めた7)。
Qw
C
。=瓦ず誇百7
- ・
(
4
)
Co*一一一旦γ
-Ao
.
J
z
gHe*ここに， C
，
勺 C♂:流量係数， Qw:抽出流量，
(
，
，
(
/
(
m
'
)， g
:重力加速
にジ z ットフローゲートを採用した場合の給気量は，通
s
e
c
)，Ao:オリフィス断面積，
常の点排砂法採用の場合より，渦動管を用いた線f)f砂法
度 (9
.8m/sec2) ， A: ジヱツトアローゲートより
採用の場合の方が，噴流鉱散がラセン流により助長され
ることもあり，
1- 1
.5
倍程度治大するものと考えられ
る
。
l口径上流点の管路断面積， (
m
'
)，He :ジェットフロ
ーゲートより 1口径上流地点の有効水頭， H.=(
h+ Q
1
. (m)， H♂ =H.-h*={h-h*+Qw2/
2
w2
/29A2
/Du及びジェットフローゲー
次に，相対排砂管径 Dd
9A2}， (m)， h :ジェットフローゲートより 1口径上
トの開度 G
oP と気水比 Qa/Qw との関係を二重回帰線
流地点の圧力水頭 (m) ， h*:ゲート下流管内のぼ力
3
)
式の各実験式が得られる。この関係を，
で表わすと， (
低下水頭，
GoP (または Dd/Du) をパラメータにとって， Dd/Du
この場合
(m) である。
h* としてはゲート下流管内で気圧低下他
(または G
op と Qa/Qw の関係を図示してみると，第
の最大値をとり，ゲート開度及びゲート下流管径ごとに
1
8
，1
9図のようになる。これらの図から判読しても，一
Co及び C♂を算出して整理したのが第 3表である。本実
般に渦動管を用いた線排砂法を採用した場合の方が，通
験では，これらの結果を平均化してゲート開度別の流量
総砂防除 I
C関する土砂水理学的研究(第 8報)
1
0
3
と考えられる。
(5)ラセン流並びに噴流の
挙動
この実験では，ジ z ット
フロ
フ
セ
ーゲートの上流側排砂管径
∞
ン
流 2
n
u
Du
宵
1
5
0
に比べて下流側排砂管径 Ddが
時
100
長 50
Du
，1
.2
Du
，1
.3
それぞれ1.1
(
c
m)
.
4D
u，すなわち1.1-1.4
Du，I
。
倍に急拡した断面形状となって
いる。このため各管径ともに比
較的大きな開度となると，噴射
されたジェットは白渇した空気
連行流となり，下流側排砂管内
で拡散し管内を閉塞した流況
を呈する。もちろんこの場合に
第2
2図
ジェッ卜フロゲートの開度、下流側排砂管長及び下流側 ~I 砂管経
は，渦動管部で生じたラセン流
とラセン流存続長の関係
が存続するので，通常管におけ
1図である。
係数を評価したが，これを図化したのが第2
るジェットフローゲートの流況とは異ってくるはずであ
この結果から，ゲート全開時には Co= 0
.
8
3
4. Co
る。すなわち，高速ラセ γ流が存在する場合には，ジェ
・
=
では C=0
.8
3.
C・
=0
.
8
3
0.
8
3
1となるが. K社の実験 1
0)
ットフローゲートのいわゆる j
etpumpa
c
t
i
o
nを助長さ
)
， 1社の実験1)では C= 0
.
8
2
4
. 土木研究所の実
(3型
-0.85.Trini
ty ダムの水理模型実験
験6)では C=0.83
せ
，噴射水による空気連行を増加させることは第 13-19
.
8
3
3などと評価されており，
の場合 11) C= 0
図に示されている。
尚動管のスリット流
しかし，本実験の場合のように. i
妥当な値
第 4表排砂濃度の時間的変化 (実験式定数表〉
Exp.I
Exp.
4.
4
0
9
2
8.
5
2
0
2
8
.
5
31
1
2
.
8
2
4
a
- nu q u A一
つ
1 qU1An
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性向
ョ
。
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7
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円U AU φ
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5
0
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一
一
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句
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P P 一p p p p 一ppapp- 一p p p p
xx 一
x x x x 一x x x x 一x x x x
E E 一E E E E 一E E E E 一E E E E
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M
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ハ
-
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‘
CD
EE
B
一
D-D
xxx
一E
E W一j I E V一I E E W 一I 1 E W
・
一
n
定数
1
.
9
8
7
6
.1
8
7
3
8.
9
0
2
4.
8
46
指数
- 1
.5
6
8
- 1
.8
4
0
- 1
.7
7
3
- 1‘5
5
3
- 1
.4
7
5
- 1
.7
9
2
- 1
.6
5
5
b
係
(6
.5
)
一
) ) ) ﹀ -)) ) ﹀ ) ) ) ﹀一
ハU ハU ハu nu 一
ハ u nHV ハ
υ
ハU - nHv nU ハU ハU 一
Ru qu 1
ι Ed- H
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(
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(ν1
一(3 (
1
1t
I
l、〆、
r r
、一
、
〆1、
r
〆
1
l
EE 、
‘
・
Exp.
A
fd (
cm
)
r
-0
.9
4
7
-0
.
9
5
6
-0
.
9
0
6
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.
9
4
5
-0
.
9
8
7
- 0.
9
6
7
-0
.
9
6
7
-0
.
9
5
1
- 0.
9
7
0
-0
.
9
73
- 0.
9
58
-0
.
9
72
-0
.
9
8
9
- 0.
9
6
2
- 0.
9
5
5
- 0.
8
9
1
数
Dd(cm)
実験式 Cs=aTb
における定数
関
ゲート下流管長
相
ゲート下流管径
亡t
武
'
" 良八郎・畑
1
0
4
第 5表
です
'
にe
、
ゲート下流側排砂管長別の排砂濃度の時間的変化(実験式定数表)
ゲート下流側排砂管長
d(
佃
〉
相
e
.
Exp. 1
Exp. I
Exp. 皿
Ex
p
.N
-
全
0
.
9
6
7
0
.
9
5
8
0.
9
4
4
0
.
9
3
6
ゲート下流側排砂管径別の排砂濃度の時間的変化(実験式定数表)
l
l相関係
実験式 Cs
=aTb山る定数
定数
a
指数
b
ゲート下流側排砂管径
Dd (
c
m
)
Exp.A
Exp.B
Exp.C
Exp. D
数
r
(50ω)
(
9
0
c
m
)
(110cm)
050
佃
〉
第 6表
関係
数
(6.
5
c
m
)
(7
.
2
ω〉
(7
.
8
伺)
(
8
.35cm)
1
4.
653
1
0
.
5
1
4
9
.
7
6
7
6
.
9
-
0
.
9
1
6
-0
.
9
5
2
- 0.
9
5
8
- 0
.
9
3
0
米
?
1
0
.
1
0
2
- 1
.603
- 0.
9
3
8
資
ー
ー
∞
入により誘起されるラセ γ 流を掃砂に有効利用するとい
う立場からみると，排砂管中に設けたジェットフローゲ
1
.
6
8
4
1
.
6
2
0
1
.
5
8
6
1
.522
ー
について写真
ー
5
. 6
. 7
. 8に示した。
実験観察によると，
一般にゲート開度 Gop=20~40%
ートや空気連行による減勢が問題となってくる。このよ
では抽出流量が小さいために閉塞流況を示さず，ゲート
うに，ラセン流の減勢は渦動管排砂の観点から負の側面
下流側排砂管の長さや口径の如何にかかわらず，すべて
をもっ関係から本実験では，ゲート操作や噴流または
ラセン流は消滅した。ゲート開度 GOP=60~ 1
∞%にな
空気連行などによってラセン流が変化する挙動を観察し
ると，ゲート下流側排砂管長を最短 (Exp.I
∞%)の場合のみ
たが，このうちゲート全開 (Gop= 1
とした場合のみ Dd/Du 比に関係なくすべての場合管内
e
.
d=4
0
c
皿
)
閉塞流況を示し，渦動管部で生じたラセン流が存続した
E
x
p
.
Aー (I.I.
I
l
I.
N)-e
E
x
p
.1 O
一
l
3
.
ゴ二A
E
x
p
.I A
ト一一
5
0
E
x
p.m ロ
-甲
..
凶
E
x
p
.N
1
0
0
l
¥
50
•
一
排砂灘度CS (%)
←
一
ー
一
一
￨
、直
ノ穴
も。
1
-
事竺
，
、
・
~P
•
t
.一一
ー
トー
1
5
上空
~
0
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5
同
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5
1
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1
0
dl(
日
。
•
ー
ω5
排砂濃度G(%)
•
ト
E
x
p.
8ー(1
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l
.
I
l
I
.
V
1)-e
E
x
p
.1 O
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1 企
E
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E
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一
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1
1
0
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0
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5
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.
0
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0
0.
1
1
0
1
J
I
砂時間と N
I砂濃度の関係 (Exp.A)
1
0
0
，
1
.
0
∞
排砂時間 T(e
c)
排砂時間 T(
5e
c)
第2
31
羽
5
0
"
5
∞
第2
41
羽
J
I砂時間と υ￨
砂濃度の関係 (
E
x
p
.B)
l
【
渇
滞砂防除 I
C関する土砂水理学的研究 (
第 8報)
Exp.c
-(1.1
1
.m.
V
J
)-e
∞
1
・
一
E
xp.Dー(1.1.
1
I
l
.J
V)
100
E
xp
.1 O
E
xp
.I
I A
s
o
•
￨
¥
f
¥
t
非
%
ロ
ゐ
、}1
1
0
•
民
ロ
度
i
:
時
i
;
5
•
排
砂
漫
210
c
.
•
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1
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災
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.羽
5
0
E
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1
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11
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5
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5
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0
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.
0
1
0
.
1
50
1
0
緋砂時間 T(
拍 c
)
ヴ~25 1)羽
∞
s
100
∞
1
.
0
排砂時間 T(
'
e
c
)
第2
6図材|・砂時間と f)~砂濃度の関係 (Exp. D)
排砂時間とが￨砂濃度の関係 (
Exp.C)
第
7
'
J
長渦動管下流端から上流似IJへの距厳 X とその点まで滞砂段丘法尻が達した時の排砂濃度 Cs
距離
[
-
E叩
A-fy-e
E
x
p
.B-fy-e
1
0
.
0
7.
2
5.
0
2.
4
0.
8
5
0
6
0
7
0
8
0
9
0
2
8
.
5
2
0.
0
7.
0
2
.
8
0
.
4
1
2.
5
8
.
5
5
.
0
2
.
1
0.
5
#
v
V
，
:
;
1
"
D 戸♂ナ
い
ラ
A
/
ク
?
←
一
一
一
C
B
E
x
p
.D-fy-e
7
.
8
5
.
9
4
.
0
2
.
2
0.
7
その他の場合では Dd/Du比やゲート下流排砂管長
l
で
.
edによって[尚一的でなし、。たとえば. Dd/Du=l.
は Gop=80~ 1
∞%で .
ed=90~ 1
5
0
c
mの場合. Dd/Du
l.2 ~
1
.3
では Gop=
100% で.e d=90 ~
1
5
0咽の場
合のみ管内閉塞流況を示しラセン流が存続した。
これらゲート下流側排砂管内におけるラセン流存続長
を，管長，管径及び開度別に表現したのが第 2
2
図であ
孟 40%では抽出流量が
り，この凶から，ゲート開度 GoP
方
::s
間同却岨羽田坤
諮
問 m叩却制抑制咽帽帥
‘
滞砂段丘尻の到連時間 T ( 叫 }
が
，
レ
/
C 情〉
Exp.C-fy-e
排砂濃度
x(c皿)
レ
/
全開時の約 40%以下であるのでラセン流が存続するに歪
ーー0.一一
A管
ー・一
S管
一
ー.
.
.
.
.
ー
ー C管
らなかったが，ゲート開度 Gop
>403
百特に 60%以上にな
ると渦動管からのラセン流が存続していることが確認で
きる。またラセ γ 流の存続長は，ゲート下流側緋砂管の
ト
長さや口径またはゲート開!笠によって変動する様相が l
]
)
j
ー
ー
-D
-・
ー
ー D管
らかになり，ラセン流の全開時存続長から排砂性能を評
1
0
評~271当
却却岨却岨
70
回句
ゲート下流側排砂管径 l
とによる材￨砂速度の比較
価すると.
A
. B.C管程度が妥当なものといえる。
このようなゲート開度とラセン流の存続関係は，この
吉良八郎・畑、
1
0
6
武
I
L
:
種の渦動管排砂工において，ゲートの開閉・操作時にお
ると， B管 (L2Du= 7
.
2
ω〉が絞も優れており，続
ける滞・排砂の詰り現象を左右するものであり，なお詳
いて C管
細については，絞式ゲートを対象にして検討する予定で
D管 (1
.4Du=8.35cm) の順に劣っているものといえ
ある。
る
。
C1
.3Du= 7
.8
c
m
)，A管 C1
.IDu=6.
5
c
m
)，
また，有効渦動管長 .
eeを評価する場合の指標となる
(6)排砂濠度 (
C
s
)
排砂実験では，第 2表に示すように，ゲート開度を一
排砂淡度Csの函からみても，第 7表に示すように本実
p= 1
定(全開時の Go
∞%)，ゲート下流側の排砂管径
験の場合，有効渦動管長と考えられる.e e=50~60阻ま
及び排砂管長をそれぞれ 4種変えた計 1
6組について各 3
では同様な傾向を示し，特に B 管では X=50~60佃付近
回実施してその平均値を解析資料とした。この際，排砂
で他の管径 C，A， D 管の約 2 .3 ~ 3
.
6倍の排砂淡度を
s
e
c
) における排砂濃度 Csは重
開始後の経過時間 T (
示した。
o
g
l
o
g
量%で表現したが，これらの結果をそれぞれ l
graph に点描し， • (
5
)
式に示す実験式を求め，その結果
を第 4表に総括表示した。
Cs= aTb・
・・・・・
.
.
.
.
・・
…
.
.
.
・・
.
.
.
・
. ・
.
(
5
)
H
H
H
H
H
H
H
N.i
i
商
要
貯水ダムや沈砂池などの自然排砂に，ラセン流を利用
した渦動管排砂工を適用，特にジェットフロ}ゲートを
ここで a bはそれぞれ実験条件，たとえば排砂管径
併用する場合の土砂水理機能を明らかにするため，水理
や排砂管長によって定まる定数であるが，いま aは初期
模型実験を積重ねた。その成果の概要を示すと次のとお
の排砂濃度， bはその後の排砂速度を表わすものとする
りである。
と
aが大きくかっ bが小さい程排砂効率が優っている
1)渦動管のスリット流入部における FROUDE数の
分布は，併設ジェットフローゲート下流側排砂管径の変
ものといえよう。
このような観点から，ゲート下流側排砂管長別または
ゲート下流排砂管径別に実験式を求め，その定数表を第
5， 6 表に示した。なお全資料による定数も第 6~長に付
記した。
e
m
i
l
o
ggraph上で縦断方向に線形
動にかかわらず s
変化する。
2
)圧力水頭分布，すなわち動水勾配線は，貯水領減
における渦動管内ではほぼラセ γ流発生領成において低
o
g
l
o
ggraphに
またゲート下流側排砂管別の結果を l
点描したのが，それぞれ第 2
3
，2
4，2
5
，2
6図である。
これらの結果をみると，ゲート下流側排砂管径では，
下幽線を示すが，その低減勾配は下流側に設けたジェッ
トフローゲートの関度によって変化し，ゲート関度が大
きくなるほど低減勾配が急になる傾向がある。また排砂
上流仮I
1
渦動管径 Dv やゲート上流側排砂管径 Du に近
管に至っては，
づき排砂管径 Dd が小さいほど排砂効率がよくなる傾
す。すなわち，ゲート上流側では，渦動管内の場合より
向を示しているが，
E
x
p
.
他方ゲート下流側排砂管長では，
m(.ed= 110ω〉の場合が排砂効率最もよく，
n(.ed=90cm)，Exp_N (.ed= 150cm)， Exp.1
E
x
p
.
C.
ed=50c
皿〉の順に低下している。
次に写真 9，1
0
，1
1でみられるように，当初実験滞砂
ゲートの』ェ・下流側で不連続分布を示
やや緩勾配で連続した低減勾配を示すが，ゲート直上漸
拡管部で一旦上昇し，更にゲート直下部で急低下し，そ
れより下流側では渦動管並びにゲート上流側排砂管内に
おけるゲート関度別の圧力水頭分布と逆転する傾向がみ
られる。
線(滞砂厚Hs=25ω〉まで敷詰めた滞砂は，排砂開始
3) ジェットフローゲートの開度 Gop C
広)と気水
とともに漸次スリットより流入，ラセ γ流により効率よ
比Qa/Qw の関係をみると，一定の有効水頭のもとでゲ
く排砂されるが，貯水領域における排砂断面をみると，
ート操作され，ラセ γ噴流となる場合には，必ずしもゲ
滞砂はほぼ水中安息、角の滞砂段丘線を保ちながら上流側
ート全開時において連行される所要空気量が最大となる
に後退してゆく。いま，横軸に渦動管下流端から上流側
とは限らない。
への距離 Xを普通目盛にとり，縦軸には時間 Tを対数目
4
) ジェットフローゲート下流側の相対排砂管径 Dd/
盛にとり，距離 Xまで滞砂段丘法尻が達する時間の関係
Du によって負圧が最大となるゲート開度が異なり，貯
を点描してみると，第 2
7図のようになる。この図による
水ダムなどで水頭が極めて大きい場合には，ラセン流や
と
， X=10cm付近までは単位長さ当り排砂時間に大差は
噴流による拡散を考慮した余裕を見込んで Dd/Du=1
.2
認あられないが， X=20cm以上になるとゲート下流側排
CB， C， D管)以上が安全であると考えられる。
砂管径の影響力:明瞭に現われている。すなわち，滞砂段
5)排砂管にジェットフローゲートを採用した場合の
丘単位長さ当りの排砂時間で表現した排砂効率で比較す
所要空気量は，通常の点排砂方式より渦動管を用いた線
1
0
7
滞砂防除 I
C関する土砂水理学的研究(第 8報)
排砂方式の方がラセ γ流による噴流拡散の助長作用があ
の野崎智部長，杉山年治課長，主として実験・解析に協
.5
倍増大する傾向がみられる。またこのよ
り，約 1~ 1
力された今井万雄，浜本光由，小出孝次，南方守，金沢
うな関係は，相対排砂管径 DdjDu及びジェットフロー
雅義，美濃部博史，資料整理に協力された寺谷美早子の
ゲートの関皮 Gopと気水比 QajQwの関係を二重回帰線
諸氏に厚く感謝を表わす。
で表わした (
3
)
式からも明らかとなる。
6
)渦動管を用いない通常の点排砂方式の場合におけ
引用文献
るジェットフローゲートの流量係数は，会開時で Co=
1)林栄港・上田幸彦・西村敬一:第2
1回水理講演会論
0
.
8
3
4(C
げ =0
.830 となる。
7)ジェットフローゲートの開度が 60%
以上になる
と
，噴射されたラセシ噴流は白渇した空気運行流とな
り，下流側排砂管内で拡散し，管内を閉塞したラセ γ流
況を呈する。この際のラセン流存続長は，ゲート関度，
ゲート下流側排砂管の口径や長さなどによって変化する
が，全開時のラセン流存続長から判読すると，
A，B，
C管が妥当なものと評価される。
8)排砂時間 T C
s
e
c
)における排砂濃度 Cs (重量%)
の関係は(
5
)
式で表現できるが，実験定数 a bの関係か
，
ら排砂効率を評価すると，
ゲート下流側の管径では
A，B， C，D管制l
既に低下し，管長では1l0
c
，
皿 9
0
c
m，
1
5
0
c
m，5
0
c
mの順に低下している。
9) 排砂効率を滞砂段丘単位長さ当りの排砂時間で表
現すると
B管 (1
.2Du= 7
.2
c
皿)が最も優れ，続い
.3Du= 7
.
8
c
皿
)
， A管 (1
.1Du=6.
5
c
〉
皿
てC管 (1
及び D管 (1
.4Du=8.35c
阻)の順に劣っている。
以上渦動管にジェットフローゲートを併用した場合の
結果を，圧力水頭や負庄の発生，ゲート下流側のラセン
流存続長または排砂効率などの面から総括すると，ゲー
ト下流側の排砂管径は B管 (Dd= 1
.2Du= 7
.
2
c
m
)，
e
.
文集， p
p
.237~ 2
4
3，1
9
7
7
.
2)吉良八郎・横瀬広司・中西弘:農業土木学会論文集，
(
15
)，p
p
.
2
1~30， 1
9
6
6
.
3)吉良八郎・佐々木孝:神戸大学農学部研究報告， 1
1
(1)，pp.85~ 1
0
7
，1
9
7
3
.
4)吉良八郎・石田陽博・畑武志:神戸大学災学部研究
報告， 1
2(2)，p
p
.247~ 2
7
3
，1
9
7
7.
5)吉良八郎・星野益三:神戸大学農学部研究報告， 1
3
p
; 103~ 1
0
9
，1
9
7
8
.
(1)，p
6) 中沢顕司・五十川政志:土木技術資料， 1
9(3)，
pp.3~8 ，
1
97
7
.
7)日本工営株式会社技術研究所:ジェットフローゲー
ト水理模型実験報告書(架本鉄工所委託報告)，
1
9
7
3
.
8)R OBlNSON，
A.R
.:P
r
o
c
e
e
d
i
n
g
soft
h
eAmerican
S
o
c
i
e
t
yofC
i
v
i
lE
n
g
i
n
e
e
r
s
，86(
IR-4)，
p
p
. 1~
3
4
，1
9
6
0
.
9)SALAKHOV，
S. F
. 9
t
hC
o
n
g
r
e
s
s，I
n
t
e
r
n
a
t
i
o
n
a
l
Commissiono
nI
r
r
i
g
a
t
i
o
nandDrainage，Quest-
i
o
n3
0
，R
e
p
o
r
t1
1，Moscow，1
9
7
5
.
.7He= l
l
O
c
m
)が適正であると
排砂管長は1lI C d= 1
1
0
)清水量・和田宏三:水門鉄管， (
10
6
)，p
p
.
1~19 ，
考えられる。
1
97
7
.
1
1
)SIMMONS，
W.P
. J
r
.R
e
p
o
r
tN
o
. Hyd. 4
7
2，
最後にこの実験的研究は，文部省科学研究費の交付を
うけて行った研究の一部であり，この研究を行うにあた
り，ご指導をいただき，ジェットフローゲート及び排砂
管部模型の借用にあたりご援助をいただいた栗本鉄工所
U
.
S
.
B
.
R
.
，1975.
1
2
)戸田五郎・三浦真治・吉田治:水門鉄管，
p
p
.
l~14， 1
9
7
8
.
(
10
9
)，
1
ω
滞砂防除 !
C関する土砂水理学的研究 (第 8報)
写真 -1
排砂管及び
ジェッ卜フローゲートの
模型
写真
-3
可動台車に
取付けた
砂面測定器
③砂面測定
器
④可動台車
.
私事
写真
-2
ジ
.
エ
ツト
フローゲート模型
①ジェットフローゲート
②給気管
る
"
写真
-4
叙叫プゆ
カウンター
*
及びプリン
4
島
7 . '猶幽園陸
•
ター
⑤小型流速
計カウン
ター
⑥砂面測定
器カウン
ター
⑦向上デイ
ジタルプ
リンター
1
1
0
吉良八郎・畑
武志
写真
5-1
E
x
p
.A-1e
写真
5-2
n
e
E
x
p
.A-
写真
5-3
E
x
p
.A-皿e
5-4
E
x
p
.A-N-e
写真
写真ー
5 A管における気・液混相流の挙動
滞砂防除iL関する土砂水理学的研究(第 8報)
1
1
1
6-1
E
x
p
.B
-I-e
写真
写真
6-2
E
x
p
.B
-I
I
e
6-3
E
x
p
.
B
i
l
l
e
写真
写真
6-4
E
x
p
.B
-N-e
営?支
f
;
'駿
麟灘
8
護
翼
語
•t
写真一
6 B管における気・液混相流の挙動
吉良八郎 .t
J
I
I
1
1
2
武志
写真
7-1
E
x
p
.(-Ie
写真
7-2
n
e
E
xp
.(-
写真
7-3
m
e
Exp.
(-
7-4
Exp.
(-N
-e
写真
写真ー
7
(管における気・液混相流の挙動
円
?
i
砂防除ζ
l関する土砂水狸学的研究(第 8報)
113
写真 8-1
E
x
p
.D-1e
8-2
正x
p.
D-I
I
e
写真
写真
8-3
Exp
.D
-皿-e
8-4
Exp
.D-Ne
写真
写真ー8
D管における気・液混相流の挙動
吉良八
114
郎・畑
武志
団園田軍軍軍ゴ
写真
-9
排砂開始前の
滞砂状況
⑧ 初期滞砂面
F
t
;
置
垂重量
z'Z
4ga筆、事
冠雪量
z
g
'
書
---a E
，
・ S
.
-.
写真
-10
排砂管中にお
ける高濃度ラ
セン流
⑨ 左巻ラセン流
写真 -1
1
排砂後上流側
に後退した滞
砂段正
⑩ 滞砂段E尻
⑪ 渦動管

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