33．ラビリンス堰による曝気機能の向上

• 研究期間: 2002～2006
• 研究担当者: 小林宏康; 木強治; 浪平 篤
• 発行年度: 2003
• 要約: ラビリンス堰を越流する水の曝気速度は、従来の四角堰よりも大きく、クレストが長くなるにしたがって増加する。エネルギー、下流水深、クレスト長を変数にもつ関数から構成される新たな曝気予測式は、この現象を良好に近似する。
• 背景・ねらい: 農業水利系の生態系保全が重視される今日、用排水路における酸素移動現象の評価は重要な問題である。一般に、再曝気による酸素供給では、用排水の流下に伴う流れ表面での酸素移動のほか、落差工や堰などの水利構造物による効果が大きい。特に、ラビリンス堰は、平面的に折れ曲がった堰形状をもち、単位水路幅当たりのクレストが極めて長いので、用排水に効率よく酸素を取り込む施設として、四角堰より曝気機能の向上が期待される。

成果の内容・特徴

1. 　水路幅50cm，全長12mの木製循環式水路の中央に、図１のアクリル製ラビリンス堰を設置し、表１の条件で再曝気実験を行った結果、次のことが明らかとなった。
   
   １）
   ２）
   ３） 溶存酸素濃度の経時変化を図２のように整理したところ、ラビリンス堰では、全幅四角堰より曲線の立ち上がりが急になり、曝気速度は増加する。
   ラビリンス堰の曝気速度は、クレストが長くなるに従って増加するが、クレスト長が水路幅の1.6倍程度になると、曝気速度は上限に達する（図２(a)）。
   ラビリンス堰の曝気速度は、流量が大きくなるほど増加する。また、同一流量においては、落下高さが大きくなる（下流水深が小さくなる）につれ、曝気速度が増加する（図２(b)～(d)）。
   
2. 　次のラビリンス堰の曝気予測式を提案した
   
   
   　ここに、K_La：総括酸素移動容量係数(h^-1)、V：単位幅当たりの水の体積(m³)、E：単位幅当たりのエネルギー(J･h^-1･m^-1)、H：下流水深(m)、f(L/B)：クレスト長から決まる無次元関数、L：クレスト長(m)、B：水路幅(m)、C,η,ζ：パラメータ、ρ：水の密度(kg･m^-3)、q：単位幅当たりの流量(m²･h^-1)、g：重力加速度(m･s^-2)、h：下流水面から堰の越流水面までの高さ(m)、u：堰の接近流速(m･s^-1)である。パラメータの同定結果を図３に、実験値と予測値の比較を図４に示す。予測式の適合度は良好であった。

• 成果の活用面・留意点: 本成果は、表１と図１に示す水理条件と実験スケールにおいて得られた結果であり、曝気予測式が適用可能な現象のスケールについては、今後の検討課題である。