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階段型放水路は、放水路シュートに階段が設けられ、下降する水の運動エネルギーの消散を補助する放水路です。これにより、放水路の下流端に水域などの追加のエネルギー消散装置を設置する必要性がなくなるか、または軽減されます。
歴史的発展
階段状の放水路は堰と水路から成り、ギリシャとクレタ島で最初の構造物が建設されて以来、3,500年以上にわたって使用されてきました。古代には、階段状のシュート設計はダムの放水路、雨水路、都市の給水路に使用されていました。これらの初期の構造物のほとんどは地中海周辺に建設され、階段状の放水路設計に関する専門知識はローマ人、イスラム教徒、スペイン人によって次々と広まりました。[1]
初期の階段状放水路は、切石積み、裏張りのない岩、木材で造られていたが、19 世紀半ばには、オーストラリアのブリスベンにあるゴールド クリーク ダム(1890 年) の最初のコンクリート製階段状放水路を含め、より幅広い建設資材が導入された。20 世紀前半には、階段状のカスケード設計は、維持費の問題だけでなく、跳水式静水池の開発により廃れてしまった。しかし、いくつかの有名な階段状カスケードが長期間稼働していることから、階段状放水路設計の健全性が実証されている。[引用が必要]
階段状の放水路の設計は20世紀初頭まで一般的であったが、それ以来多くの専門知識が失われ、現在では階段状の放水路の設計に関心が集まっているにもかかわらず、現在の専門知識は非常に単純な形状、すなわちいくつかの平坦な水平階段状の角柱状シュートに限られている。[2] [3]
基本的な流れ特性
階段状放水路上の流れは、与えられた階段状放水路形状の流量に応じて、ナップ、遷移、スキミングの 3 つの異なる流れ様式に分けられます。流量が増加すると、ナップ流れ、遷移流れ、スキミング流れ様式になります。 [3]与えられた階段状放水路形状では、小流量でナップ流れが観察されます。これは、各段の端で連続して自由落下するナップと、それに続く段へのナップの衝突によって特徴付けられます。遷移流れは、さまざまな中間流量で観察されます。この流れ様式の主な特徴は、自由表面近くの強い流体力学的変動、飛沫、スプレーです。これまでの失敗により、遷移流れは設計流量条件では回避されています。[要出典]
最大流量では、スキミング流の様相が見られます。水は、段差の縁によって形成された疑似底を、一貫した乱流としてスキミングします。疑似底の下では、強力な再循環と垂直構造が空洞を満たしています。[4]これらの再循環渦は、主流からのせん断応力の伝達によって維持され、段差のある放水路でのエネルギー散逸に大きく貢献しています。[要出典]
小規模ダムの場合、ナップ流はエネルギー消散の観点から最も効率的であると考えられていますが、スキミング流は長い放水路シュートや大規模ダムの場合に最も効率的です。[2]
議論
蛇籠段堰は、堤防の保護、河川の整備、洪水対策によく使用されます。段状の設計により、水路でのエネルギー消散率が向上し、蛇籠段堰の建設に特に適しています。[5]流量が非常に低い場合、水が蛇籠の材料を浸透し、段の端を越えて溢れ出さない、多孔質浸透流状態が観察されることがあります。[要出典]
参照
参考文献
- ^ Chanson, H. (2001–2002). 水力エネルギー散逸のための階段状カスケードの歴史的発展。ニューコメン協会誌、第71巻、第2号、pp. 295-318 (ISSN 0372-0187)。
- ^ ab Chanson, H. (1995).階段状カスケード、水路、堰、放水路の水理設計。Pergamon、オックスフォード、英国、1月、292ページ。ISBN 0-08-041918-6。
- ^ ab Chanson, H. (2001).階段状シュートと放水路の水理学。バルケマ、リッセ、オランダ。ISBN 90-5809-352-2。
- ^ ラジャラトナム、N. (1990)。段状放水路のスキミングフロー。ハイドのJl。工学、ASCE、Vol. 116、No.4、587-591ページ。
- ^ Wuthrich, D. およびChanson, H. (2014)。「蛇籠段付堰における水理学、空気連行およびエネルギー消散」。水力工学ジャーナル。140 (9): 論文 04014046、10 ページ。doi : 10.1061 /( ASCE )HY.1943-7900.0000919。ISSN 0733-9429 。
{{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)
外部リンク
- 階段状放水路研究 – (2017)、クイーンズランド大学