畑地かんがい用ポリエチレン管での水撃現象の予測法

• 担当機関: 北海道開発局開発土木研究所
• 研究期間: 1999～2003
• 研究担当者: 秀島好昭; 中村和正; 土肥諭志
• 発行年度: 1999
• 要約: 畑地かんがい用ポリエチレン管の圧力波伝播速度は約440m/sである。これまで設計などに採用されている約300m/sに比べて大きい。この実測値を用いれば、施設設計やバルブ操作方法の検討に必要となる水撃圧を精度よく予測できる。
• 背景・ねらい: ポリエチレン管は軽量で取り扱いやすく、溶着により管の接合が簡便に行えることから、他の管種に比べて短期間で施工できる。そのため畑地かんがい用水路への適用性の検討が求められている。しかし、他の管種に比べてヤング係数が小さいという特徴が、取水バルブの操作時に生じる水撃現象に与える影響については、実証的に整理されていない。そこで圃場に埋設された実際の管路（図1）での水理実験によってポリエチレン管の材料特性と水撃圧予測法を検証し、今後の施設設計のための資料とする。

成果の内容・特徴

1. パイプライン上の2点間で測定した圧力波の伝播時間と損失水頭によると、ポリエチレン管における圧力波伝播速度は約440m/sであり、またヘーゼン・ウィリアムス公式の流速係数Cは約120である（表1、表2）。圧力波伝播速度は管種ごとの水撃現象を特徴づける値であり、ポリエチレン管では材料のヤング係数から求められる300m/s前後の値が一般的であるとされているが、試験結果によればこれよりも大きく、塩化ビニール管の伝播速度に近い速度である。
   
2. 既存の中心差分法による水撃圧シミュレーションに、この実験で得られた圧力波伝播速度と流速係数を適用すると、実際の管路で生じる水撃現象は精度よく再現できる（図2）。各種パイプラインをモデル化しこの計算手法を適用すれば、さまざまなバルブ操作を想定した場合の水撃圧を精度よく予測できる。
   

成果の活用面・留意点

1. ここで示した圧力波伝播速度と流速係数は、数100mにわたり溶着で一体化されたポリエチレン管路に適用できる。
   
2. パイプラインの内圧の決定や安全のためのバルブ管理方法の検討が合理的に行える。