川の流れを利用したアスピレーターによる水溜りの排水

物理音痴の家庭菜園愛好家です。畑の排水方法を模索しているうちに物理的に実現可能かどうかわからない方法を妄想してしまいました。ぜひ教えてください。
小川の隣に雨水を集める穴があります。穴の中の水は川の水面より低い位置にたまっています。この水を、川を流れる水の力を利用して排水する方法を考えています。大学の実験室で水道水を利用したアスピレーターを使ったことがあるのですが、同じように川の水を使ったアスピレーターで排水することは可能でしょうか？具体的には、川と水溜まりを管で繋ぎ、川側の端にアスピレーター（塩ビ製T字管の上・下流側にラッパ状の吸入・排出口をつけるとか、、、）を取り付けて川の水を流します。この管を水で満たした時、アスピレーターの吸引力によってサイフォン現象を逆転させて水溜まりの水を排水することはできるでしょうか？
原理的な話として（塩ビ製アスピレーターの是非とか川の流速とかの現実面は無視して）、アスピレーターは水温 25℃ であれば24mmHgまでしか真空度を高められない、という記述を各所で見ましたが、これは、24mmHgは32.6 cmH2Oとして、30 cm程度の高低差であればアスピレーターで排水することはできる、という理解で正しいでしょうか？全くの勘違いでしょうか？？？
また、もし原理的に可能である場合、現実的な話として困難が予想される点、注意が必要な点（塩ビ管の是非、径の大きさなど）等ありましたら、ご助言をお願いします。
よろしくお願いします。

No.1 ベストアンサー 回答者： drmuraberg 回答日時： 2020/10/24 01:55

おもしろいアイデアですね。

アスピレーターをＴ字管として考え、上の棒を水流線（左上流で右下流）
とし、下の棒を排気（排液）線とします。
上下の棒の全てを水で満たした後で左から水を流すと、水は右と下の双方
から出てきます。アスピレーターでは下への流れを防止する為に
逆流防止弁が付いています。
https://axel-search.as-1.co.jp/media/pdfs/1-689- …

流速が十分に高くなり、ベンチュリ―効果が発生するまではこの逆止弁が
働きます。そうでないと双方から流れ出てきます（パスカルの原理で
しょうか）。

ポイントとなるのは（塩ビ製T字管の上・下流側にラッパ状の吸入・
排出口をつけるとか、、、）して、十分に高い流速を達成できるか
どうかです。

＜アスピレーターにはいずれも簡単な逆流防止弁が組み込まれていま
すが完全なものではありません。逆流時の対策として、アスピレー
ター側部の吸気口にトラップを付けられることをお勧めいたします
。部品のトラッペット(1-689-06)は逆流防止用の小型トラップであ
り、簡単に取り付けられます。＞
逆止弁は小さなもので、汚染物などが挟まった時には機能しなくなったり、
閉塞したりします。長期間の可動の為には、この対策が必要かと思います。上の例のトラップも一つの対策可能性かと思います。

塩ビ製アスピレーターなら屋外で20年以上の耐久性は期待できそうです。
それに、塩ビ管を接着して管径を変えるのも容易です。

やってみないと判りませんが、小川から水道並みの流速を得る事は
難しいような気もします。
水車でも作って、水を高い水槽に上げ、そこからの落差で高い流速を
得ればよいのでしょうが。のどか過ぎませんか？

１気圧は760㎜Ｈｇで水柱10ｍの高さです。
24㎜Ｈｇまでの減圧は、水柱の高さ
10.0ｘ(760－24）/760　m　まで吸い上げると云う事です。
36㎝ではありません。

トライしたら、結果を教えてください。

この回答へのお礼

回答ありがとうございました。

アスピレーターで760mmHgから24mmHgまで減圧できる、ということなんですね。ポテンシャルとしては9m以上の落差があっても排水できる！

逆止弁はビー玉などを使って自作する方法が載っていました。
https://1023world.net/diy/stopper.html

中央で切ったペットボトルの飲み口をT字の塩ビ管の上の線の前後に着けて、下の線の下流（水溜り側）に逆止弁を作ればアスピレーターになるでしょうか？ポテンシャルは充分高いので、完成度が低くても少しは排水できそうな気がしてきました。

ゆっくりでも排水してくれれば成功です。トライしてみようと思います！

お礼日時：2020/10/24 12:04

No.3 回答者： masa2211 回答日時： 2020/10/25 10:24

誤字訂正。

＞流速2.0ｍ/ｓで、吸い上げ高さが0.2ｍ、というところかな？
＞　※吸い上げ高流速＊流速÷19.6　　流速はm/s 吸い上げ高はｍ。
＞　　あと、上記は理論値。
　吸い上げ高＝流速＊流速÷19.6　　イコールが抜けた。

なお、24㎜Ｈｇまでの減圧は、可能といえば可能だけど、
そのためには、絞った部分の流速が14m/s（理論値）という、自然環境ではそう簡単には実現できない条件です。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。現実的な話、すごく参考になりました。やはり難しそうですね。ネットで検索しても同じことを実施している例が無いようだったので不安があり、質問してみました。

川からの浸透水が溜まっているのはその通りですが、梅雨時などに畑全体（そんなに広くは無いですが）に雨水がたまった分を排水できれば作物の生育がずいぶん良いだろうと期待していました。塩ビの装置も、アスピレーター部分を取り外してできるようにして降雨後の作業の間だけ設置するようなものをイメージしておりました。

まぁ、本気でやるならちゃんとしたポンプを使用すればよいのでしょうが、家庭菜園での牧歌的な排水設備を夢見ていました。

折角なので、ペットボトルと塩ビ管でどのくらい吸うか試していたいと思います。それでだめなら、、、ミニ水車？　水撃ポンプなるものもあるようですが、結構人が集まるところなので音がうるさいのは避けたいところです。いずれにせよ、楽しみながら試行錯誤したいと思います。

どうもありがとうございました。

お礼日時：2020/10/25 12:13

No.2 回答者： masa2211 回答日時： 2020/10/25 10:09

>原理的に可能である場合の注意点

塩ビ管内の流速（絞った部分の流速）をどうやって確保するか、という問題。
流速2.0ｍ/ｓで、吸い上げ高さが0.2ｍ、というところかな？
　※吸い上げ高流速＊流速÷19.6　　流速はm/s 吸い上げ高はｍ。
　　あと、上記は理論値。
流速を確保するには、
1.川の流速より速い流速を作れない、というわけではない。
2.絞ったところを広いところの面積差は、なるべく大きく。まあ、直径で3倍くらい。
3.広いところの塩ビ管は、なるべく長く。
4.川の流速が遅い場合、塩ビ管内の流速を確保するのが面倒。（だから、塩ビ管を長くする。）

＞現実的な話として困難
排水量の問題。
小川の隣の穴、なんですよね？
川の水が、土の中を浸透した結果、今の水位（＝地下水位）となっていることを考えないとならないのですけど....
河川水の浸透水が多い場合、くみ上げても水位がほとんど下がらない、といいった事象に陥ります。

法律の問題。
河川内に塩ビ管を設置し、まあ10ｍとかもっと長いとか、そんな感じだとして。
河川内に何かを作る場合、法的手続き必要。
そのためには、「洪水のときでも流失しない」という計算書を要求される可能性が高い。
まあ、小川というのが、実は農業用排水路だったとすると、計算書は不要。
また、小川があまりに小さい場合、河川として誰も管理していないから、この場合、いかなる意味でも申請不要。
　※でも、「洪水のときでも流失」は、マズイと思うけど。

よって、与条件（小川の隣で地下水位を計測すると川の水面より低い）なら、
それは相当水はけがよい場所であり、抵抗するとひどい目にあう。何もしないのが正解
だと思うが.....
なお、洪水時の排水を考えているなら、アスピレーターでは排水量の問題があり、まあ無理。