下水道マンホール蓋の飛散現象とその防止対策に関するシミュレーションモデルの開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11555144
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 渡辺 政広 愛媛大学, 工学部, 助教授 (70036458)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 神吉 和夫 神戸大学, 工学部, 助手 (70031135) ; 神田 徹 神戸大学, 工学部, 教授 (30029144)
• Keywords: 空気圧 / 空気塊 / マンホール蓋飛散 / 地表面はんらん / サーチャージ流れ / 強雨時 / 下水道管渠システム / 都市流出

Research Abstract

各地の下水道管渠システムで,強雨時,サーチャージ流れの発生に伴って管渠システム内に空気塊が封入され,この空気塊が流れの変化によって圧縮されてマンホール蓋を飛散させるという事故がしばしば現れるようになってきている。本研究は,こうした空気塊を封入する下水道管渠システムの雨水流出と下水道マンホール蓋の飛散現象を精度高くシミュレートし得る水理解析モデルを開発すると共にマンホール蓋飛散防止対策を明らかにしようとするものである。
本年度中に推進した研究では,(1)はじめに,マンホール部に空気塊を封入する下水管渠システムの圧力流れを正確にシミュレートできる水理解析モデルを提案すると共に,本モデルの流れの基礎式を無次元化した。(2)次いで,本解析モデルをマンホールを有する下水道管渠模型による流出実験に適用して,マンホール蓋に作用する空気圧の時間的変化の計算結果を実測結果と対比し,本モデルによりマンホール蓋に作用する空気圧力をかなり高い精度で予測し得ることを明らかにした。(3)さらに,上述の下水道管渠模型を用いてマンホール蓋飛散現象の流出実験を行い,マンホール蓋飛散の水理学的なメカニズムを明らかにした。すなわち,(1)まず,マンホール内水面の急激な上昇に伴って高圧となったマンホール内空気がほんの僅か蓋を持ち上げる。(2)これにより、マンホール内の空気がほとんど抜けて空気圧が急激に低下する。(3)したがって,蓋は再び元の位置にもどる。(4)しかしながら,(2)の急激に空気が抜けるに合わせてマンホール内水面が一気に上昇してそのまま蓋に激突する。(5)この衝撃的な水圧の作用により,蓋は大きく飛散させられる。

Research Products

• [Publications] M.Watanabe: "A Lumping Methad of Manholes for Surcharged Flow in Urban Sewer Pipe Systems"Proc.the Eighth International Conference on Urban Storm Drainage. Vol.4. 2147-2154 (1999)
• [Publications] 神田 徹: "都市小試験流域での水文観測とXP-SWMM法による流出解析"建設工学研究所論文報告集. 41-A. 45-65 (1999)
• [Publications] 渡辺 政広: "マンホール部に空気塊を封入する下水道管渠網の圧力流れ"水工学論文集. 44. 551-556 (2000)
• [Publications] 渡辺 政広: "下水道マンホール蓋飛散の水理解析モデル"愛媛大学工学部紀要. 19(印刷中). (2000)