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重力下水道は、標高の差から生じるエネルギーを利用して不要な水を除去する導管です。下水道という用語は、使用目的の水ではなく、汚水または表面流出水の除去を意味します。 [1]また、重力という用語は、強制送水管または真空下水道によって誘導される水の動きを除外します。勾配が良好な場所であれば、重力によってエネルギーコストをかけずに確実に水を動かすことができるため、ほとんどの下水道は重力下水道です。重力下水道は、汚水を離れた場所に送るか、別の重力下水道に入れるために汚水をより高い標高に持ち上げる必要がある場合に、排水溜めに排水することがあります。また、下水を下水処理場に持ち上げるために、多くの場合、揚水ステーションが必要になります。重力下水道は、衛生下水道、合流式下水道、雨水下水道、または排水下水道のいずれかです。
重力下水道水力学
重力下水道システムは、一般的に地域の流出パターンに似ており、各谷の大きな幹線下水道が、丘陵の斜面を上る小さな側溝からの流れを受け取ります。比較的平坦な地形にある下水道システムでは、自由落下、急カーブ、または乱流合流でのエネルギー損失を最小限に抑えるために、慎重な計画と建設が必要です。下水道のすべての区間で、固形物を浮遊状態に保ち、低速度領域での固形物の堆積による閉塞を回避するために必要な最小速度を定期的に経験する必要があります。ただし、丘陵地帯の下水道では、高い流体速度による下水道の損傷や、乱流中の砂状の固形物の洗浄効果を回避するために、エネルギー消散機能が必要になる場合があります。覆われた下水道は、凍結を避けるために凍結線より下に埋設され、予想される廃水源からの重力流を受け入れるのに十分な深さです。[2]長い重力下水道では、下水排出口付近で許容できる勾配を維持するために、かなりの掘削深度またはトンネル工事が必要になる場合があります。
重力に代わるポンプ
信頼性の高いポンプがあれば、鉱山や建物の基礎などの掘削部にある集水だめから重力下水道に溜まった水を汲み上げることができますが、表面流出水を汲み上げるコストを考えると、雨水管や合流式下水道では揚水ステーションの使用は推奨されません。揚水ステーションと非常用電源の運用・保守の資本化コストは、重力下水道を建設するための掘削やトンネル工事の初期コストとして、通常、かなりの初期コストを正当化します。[3] 下水処理は集中した場所で最も効率的であり、低い標高から下水処理場の頭首工まで下水を汲み上げるために揚水が必要になることがよくあります。レギュレーターと呼ばれる構造物は、合流式下水道のピーク流量が揚水能力を超えた場合に、重力排水口下水道に溢れ出るのを許容します。[ 4] 処理が必要な場合、費用対効果の高い下水の汲み上げには衛生下水道が好まれます。勾配が良好な場合は重力下水道が好まれますが、揚水ステーションが下水を下水処理場へ移すことがよくあります。
真空下水道は永久的に負圧がかかりますが、技術の進歩により、運用・維持管理コストが重力下水道と同等になり、設置コストも安くなりました。[5]
歴史
最古の下水道は、人間の活動には乾いた地面の方が適している泥だらけの場所から溜まった水を排除するための溝でした。初期の下水道は、現代の雨水排水管（雨水下水道と呼ばれることもある）と同様の機能を果たしていました。合流式下水道は、初期の排水溝の流れを利用して、家畜の糞尿などの他の廃棄物を除去する方法から発展しました。[1]人口密度の高い地域で廃棄物の濃度が増加すると、下水道は不快なものになりました。不快な液体を覆うために暗渠が設置されました。裕福な地域では、初期の下水道を覆うために石積みやレンガ造りが使用されました。低容量の下水道にはテラコッタパイプが使用されました。[6]自然の水景に排出される下水道の部分は、排水口と呼ばれます。[7]
下水道材料の改良
産業革命により製造業の地区の人口密度が高まり、建物から下水道までの排水・廃水・通気システムに便利なパイプが製造された。重力下水道は、鋳鉄管、ガラス質粘土管、プレキャストコンクリート管、アスベストセメント管、プラスチック管から組み立てられてきた。[8]一部の古いレンガ造りの下水道は現在も使用されているが、直径が1メートル（39インチ）を超える新しい下水道では、通常、鉄筋コンクリートが使用されている。同様に腐食リスクが低い雨水排水管や廃水処理には、波形金属管が使用されることがある。[9]大口径の下水道では、非円形断面が有利になることがある。[10]
参考文献
- ^ ab 衛生下水道と雨水下水道の設計と建設（1970）p.1
- ^ 衛生下水道と雨水下水道の設計と施工（1970年）pp.119-127
- ^ 衛生下水道と雨水下水道の設計と建設（1970）pp.287＆288
- ^ オクン(1959)p.6
- ^ 「海岸の清潔さを保つ：沿岸の町は真空下水道に頼る」informedinfrastructure.com 2016年10月18日。
- ^ スティール&マギー(1979)p.318
- ^ アベット(1956)p.19-02
- ^ スティール&マギー(1979)pp.331-347
- ^ 衛生下水道と雨水下水道の設計と建設（1970）p.123
- ^ スティール&マギー(1979)pp.348-351
出典
- アベット、ロバート W. (1956)。アメリカ土木工学実務第 2 巻。ニューヨーク: John Wiley & Sons。
- Steel, EW; McGhee, Terence J. (1979)。水道と下水道（第 5 版）。ニューヨーク: McGraw-Hill Book Company。ISBN 0-07-060929-2。
- Okun, Daniel A. (1959)。下水処理場の設計。アメリカ土木学会および水質汚染制御連盟。
- Urquhart, Leonard Church (1959)。土木工学ハンドブック。第 2 巻 (第 4 版)。ニューヨーク: McGraw-Hill Book Company。
- 衛生下水道と雨水下水道の設計と建設。ニューヨーク：アメリカ土木学会。1970年。