(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川を横断する砂防ダムに設けた取水用のＵ型水路の天端に、スクリーンをその上流側一端が回転自在になるように取り付け、取水時にはスクリーン先端を立ち上げてスクリーンを通過した水が前記Ｕ字水路内に落ちるようにし、またスクリーンに塵が溜まった場合にはスクリーンを倒して、スクリーンによりダムアップした水とともに塵を一気に流下させることによりスクリーンの通水能力を回復させ、その後スクリーン先端を再び立ち上げて前記Ｕ字水路内への取水を再開するようにしたことを特徴とする砂防ダムの取水機構。
【請求項２】
前記スクリーンは、倒伏時に前記Ｕ字水路の側壁天端との間に隙間を設けておき、塵を一気に流下させる場合の塵の抜けを良くするようにしたことを特徴とする請求項１記載の砂防ダムの取水機構。
【請求項３】
前記スクリーンは、スクリーンに捕捉される塵の性質やスクリーンとの摩擦等により塵の流下が容易ではない場合、除塵の際の塵の始動を助けるために除塵時に上流側が急勾配になるように湾曲させたことを特徴とする請求項１または２記載の砂防ダムの取水機構。
【請求項４】
前記スクリーンは、水の落下地点を上流側にシフトさせて水の受け取りを確実にするため、先端が立ち上げられた時に回転中心部付近の角度が急になるように変形させてあることを特徴とする請求項１または２記載の砂防ダムの取水機構。
【請求項５】
前記スクリーンは、洪水時に倒伏させて破壊を回避させるようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の砂防ダムの取水機構。
【請求項６】
前記スクリーンは、ほぼ鉛直に起立させて前記Ｕ字水路の上空を開放し、前記Ｕ字水路内の土砂の排除を容易にしたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の砂防ダムの取水機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は洪水時に大量の土砂を上流側に蓄え、下流側を土砂災害から守る砂防ダムから取水するための砂防ダムの取水機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
［砂防ダムの発電利用の実態］
砂防ダムの機能は、洪水時に大量の土砂を上流側に蓄えて下流側を土砂災害から守ることである。しかし同時に、蓄えた土砂を洪水後には流下させ、速やかに貯砂能力を回復させて次の洪水に備えることもまた砂防ダムの重要な機能の一つである。したがって、砂防ダムからの取水を計画する場合、取水施設周辺を大量の土砂が通過することを前提としなければならない。
一方、砂防ダムは通常山々に囲まれて存在し、その上流側では秋に大量の落ち葉が発生する。砂防ダムからの取水は、そうした大量の落ち葉の通過もまた許容しなければならない。
以上の機能的特徴を有する砂防ダムは、これまで砂防以外の目的に流用された実例は非常に少なく、また民間による使用事例に関しては皆無と言ってもよい実情である。
【０００３】
［砂防ダムからの取水の課題］
砂防ダムからの取水を行う場合、大きく分けてダムの上流側で取水する場合と下流側で取水する場合とがある。
１）ダム上流側で取水する場合
通常のダムの場合上流側の施設で取水し、管路等で下流域に送水するが、砂防ダムの場合以下の点が課題となる。
Ａ．取水施設が土石流の直撃を受けた場合、破壊を免れない。
Ｂ．表面水を取水する場合、取水用プールを形成してそれを保持する必要があるが、砂防ダムでは土砂の流下量が多く、すぐにプールが埋められてしまう。排砂門を取り付ければよいが、大きな構造的改良は簡単には許容されず、その都度重機でプールを再形成しているのが実態である。ただし、土砂を掘削してプールを形成し、その土砂をダムの上流側に仮置きすることは、土砂のダム下流への移動を妨げ、砂防ダムの機能回復を遅らせることにつながりかねない。
Ｃ．浸透式取水の場合、土石流には山の表土を起源とする大量の細粒分が含まれるため、取水部のフィルターが容易に目詰まりを起こし、必要な取水量が確保できなくなる事態がしばしば生じる。
Ｄ．取水した水をダムの下流側に送水するためには、堤体に穴を開ける必要があるが、そのためには多大な費用が必要となる。
【０００４】
２）ダム下流側で取水する場合
ダムの下流側で取水する方法としては堤体の下流側表面にコンクリートを腹付し、その天端にチロリアン式取水装置を設置する方法がしばしば採用される。
チロリアン式の取水とは、Ｕ型水路もしくは集水桝の頂部に傾斜したスクリーンを設置し、スクリーンを通過して塵が除去された落水を受け止めて取水する方法であり、取水を継続し、スクリーンの上面に塵がたまってスクリーンの通水能力が減退すると、スクリーンを通過できなかった水がスクリーンの上面をスクリーンに沿って流れ、塵を押し流すことにより通水能力が回復するという仕組になっている。
【０００５】
しかし、この方法にも以下の欠点が存在する。
ア）チロリアン式取水方法の場合、スクリーン上の塵の流下に多くの水を消費するため、実質的に取水できる量が小さい。
イ）天井がスクリーンとなっているため、その下の水路中にはスクリーンの間から多くの土砂が進入し、溜まった土砂を定期的に排出することが必要となる。
【０００６】
［砂防ダムの水力発電への利用可能性］
砂防ダムは、一般に堤体の高さが１０ｍ〜１５ｍのものが多く、発電に利用できる高さはせいぜい１０ｍ程度である。そうした場合、取水量が小さいと出力も小さくなり、採算性を確保することは非常に難しい。
また、ダムの上流側での取水は、前述のように多くの問題をかかえており、実質的には困難と考えられ、下流側でチロリアン方式により取水するしかないのが実情である。
一方、チロリアン方式の取水では大量の取水は困難であることは前述の通りであるため、従来のやり方では砂防ダムを用いて採算性を確保した水力発電計画を立案することは極めて困難であると言わざるを得ない。
【０００７】
参考までに本発明者らが発明した砂防ダムの取水機構について説明する。
特願２０１０−１６５９７２号（特開２０１２−２６１６７号公報、特許文献１参照）において、倒伏もしくは変形可能な取水用樋を砂防ダムの水通しの下流側に配置し、その端末を砂防ダムの袖部まで延長することにより、常態においては前記取水用樋による取水が可能であり、洪水時や土砂等によって前記取水用樋に詰まりの発生時には取水用樋を倒伏もしくは変形させて洪水や詰まりによるトラブルを避け、洪水や詰まりが解消したときには取水用樋を元の状態に復帰させて取水を再開するようにしたことを特徴とする砂防ダムの取水機構を提案した。
特願２０１２−２６３８８９号（特許第５２９６９１８号公報、特許文献２参照）において、取水用樋による取水が可能で、洪水時や土砂等が取水用樋の底に堆積した時には取水用樋を変形させて洪水や土砂等の堆積によるトラブルを避け、また取水用樋を元の取水時形態に復帰させて取水を再開する砂防ダムの取水機構において、
前記変形可能な取水用樋は、一端を砂防ダムの水通しの上端に保持した除塵スクリーンと、一端を該除塵スクリーンの他端と連結した側板と、一端を該側板の他端の変形可能区間に連結した底板と、一端を該底板の他端に連結し、他端を前記砂防ダムの壁面に保持した回転アームとからなり、該回転アームの操作により取水用樋の形態の切り替えを行うようにした砂防ダムの取水機構を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−２６１６７号公報
【特許文献２】特許第５２９６９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来例の砂防ダムの取水機構、特にチロリアン式取水方法の場合スクリーン上の塵の流下に多くの水を消費するため、実質的に取水できる量が小さいという問題点があった。
【００１０】
したがってこの発明の砂防ダムの取水機構は、取水量を充分に確保することができるとともに、構造が単純でメンテナンスが容易であり、かつ立上げ時における取水と、倒伏時における洪水時の危険回避および塵による詰まり発生時の塵の除去とを簡単に切り替えることが可能な砂防ダムの取水機構を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち、この発明の砂防ダムの取水機構は、河川を横断する砂防ダムに設けた取水用のＵ型水路の天端に、スクリーンをその上流側一端が回転自在になるように取り付け、取水時にはスクリーン先端を立ち上げてスクリーンを通過した水が前記Ｕ字水路内に落ちるようにし、またスクリーンに塵が溜まった場合にはスクリーンを倒して、スクリーンによりダムアップした水とともに塵を一気に流下させることによりスクリーンの通水能力を回復させ、その後スクリーン先端を再び立ち上げて前記Ｕ字水路内への取水を再開するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明の砂防ダムの取水機構において、前記スクリーンは、倒伏時に前記Ｕ字水路の側壁天端との間に隙間を設けておき、塵を一気に流下させる場合の塵の抜けを良くするようにしたことをも特徴とするものである。
【００１３】
この発明の砂防ダムの取水機構において、前記スクリーンは、スクリーンに捕捉される塵の性質やスクリーンとの摩擦等により塵の流下が容易ではない場合、除塵の際の塵の始動を助けるために除塵時に上流側が急勾配になるように湾曲させたことをも特徴とするものである。
【００１４】
この発明の砂防ダムの取水機構において、前記スクリーンは、水の落下地点を上流側にシフトさせて水の受け取りを確実にするため、先端を立ち上げた時に回転中心部付近の角度が急になるように変形させてあることをも特徴とするものである。
【００１５】
この発明の砂防ダムの取水機構において、前記スクリーンは、洪水時に倒伏させて破壊を回避させるようにしたことをも特徴とするものである。
【００１６】
この発明の砂防ダムの取水機構において、前記スクリーンは、ほぼ鉛直に起立させて前記Ｕ字水路の上空を開放し、前記Ｕ字水路内の土砂の排除を容易にしたことをも特徴とするものである。
【００１７】
［砂防ダムの取水方法における課題の解決法］
以上のようにこの発明の砂防ダムの取水機構においては、河川を横断する砂防ダムに設けた取水用のＵ型水路の天端に、スクリーンをその上流側一端が回転自在になるように取り付け、取水時にはスクリーン先端を立ち上げてスクリーンを通過した水がＵ字水路内に落ちるようにし、またスクリーンに塵が溜まった場合にはスクリーンを倒して、スクリーンによりダムアップした水とともに塵を一気に流下させ、スクリーンの通水能力を回復させる。なお、取水を再開する際にはスクリーン先端を再び立ち上げればよい。
以上の砂防ダムの取水機構においては、スクリーンの先端を搭載するＵ型水路の側壁天端が砂防ダムの水通り天端よりも低いことが望ましいが、スクリーンによりダムアップした水とともに塵を一気に流下させ、スクリーンの通水能力を回復させる機能を有するのであれば、Ｕ型水路の側壁天端が砂防ダムの水通り天端よりも低くなくてもよい。
ちなみに、前記スクリーンをほぼ鉛直に起立させて前記Ｕ字水路の上空を開放すれば、前記Ｕ字水路内の土砂を容易に除去することが可能となる。
【００１８】
［スクリーンの形状］
スクリーンの側面形状に関しては、スクリーンに捕捉された塵の性質やスクリーンとの摩擦等により塵の流下が容易ではない場合、除塵の際の塵の始動を助けるために除塵時に上流側が急勾配になるように湾曲させたり、また水の落下地点を上流側にシフトさせて水の受け取りを確実にするため、先端を立ち上げた時に回転中心部付近の角度が急になるように変形させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の砂防ダムの取水機構は以上のように構成したので、請求項１の発明においては取水量を充分に確保することができるとともに、構造が単純でメンテナンスが容易であり、かつ常態における取水と、塵による詰まり発生時における塵の除去とを簡単に切り替えることが可能な砂防ダムの取水機構を提供することができる。
【００２０】
請求項２の発明においては、倒伏時における前記スクリーンとＵ字水路の側壁天端との間に隙間を設けてあるので、塵を一気に流下させる場合のスクリーンからの塵の抜けが非常に良くなり、塵の除去作用が飛躍的に改善された。
【００２１】
請求項３の発明においては、前記スクリーンとして、スクリーンに捕捉される塵の性質やスクリーンとの摩擦等により塵の流下が容易ではない場合、除塵の際の塵の始動を助けるために除塵時に上流側が急勾配になるように湾曲させたので、除塵の際に塵が速やかに流下を開始し、塵の除去を迅速かつ確実に行えるようになった。
【００２２】
請求項４の発明においては、前記スクリーンとして、水の落下地点を上流側にシフトさせて水の受け取りを確実にするため、先端を立ち上げた時に回転中心部付近の角度が急になるように変形させてあるので、より確実な取水を行うことができるようになった。
【００２３】
請求項５の発明においては、前記スクリーンを洪水時に倒伏させて破壊を回避させるようにしてあるので、より耐久性に優れた砂防ダムの取水機構を提供することができるようになった。
【００２４】
請求項６の発明においては、前記スクリーンは、ほぼ鉛直に起立させて前記Ｕ字水路の上空を開放し、前記Ｕ字水路内の土砂の排除を容易にしたので、土砂による詰まりを解消しやすい砂防ダムの取水機構を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の砂防ダムの取水機構の第１実施例を示し、取水時（スクリーン立上げ時）の概略側面図である。
【図２】その除塵時（スクリーン倒伏時）の概略側面図である。
【図３】取水時（スクリーン立上げ時）の拡大概略側面図である。
【図４】その除塵時（スクリーン倒伏時）の該スクリーンの下面と前記Ｕ字水路の側壁天端との間の隙間Ｐを説明するための拡大概略側面図である。
【図５】スクリーンの他の例を示す概略側面図である。
【図６】スクリーンのまた別の例を示す概略側面図である。
【図７】この発明の砂防ダムの取水機構の第２実施例を示し、取水時（スクリーン立上げ時）の概略側面図である。
【図８】その除塵時（スクリーン倒伏時）の概略側面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明の砂防ダムの取水機構の第１実施例を図面に基いて詳細に説明する。
図１および図２の実施例に示すように、この発明の砂防ダムの取水機構は、河川を横断する砂防ダム１１に設けた取水用のＵ型水路１２の天端に、スクリーン１３をその上流側一端が回転自在になるように回転軸１４等により取り付けたものであり、したがって、前記スクリーン１３は適宜立上げおよび倒伏できるようになっている。
【００２７】
すなわち、取水時には前記スクリーン１３を立上げてスクリーン１３の通過により塵２１を除去された水が前記Ｕ字水路１２内に落ちるようにしている。
また前記スクリーン１３に塵２１が溜まった場合には、スクリーン１３を倒してスクリーン１３によりダムアップした水とともに、塵２１を一気に流下させる。
その操作によって、前記スクリーン１３の通水能力は回復し、その後スクリーン１３を再び立上げれば前記Ｕ字水路１２内への取水は即座に再開することができる。
以上のプロセスを自動制御により繰り返せば、取水を継続することが可能となる。
もちろん、洪水時にはスクリーン１３を倒伏させて破壊を回避させるようにしてあるので、より耐久性に優れた砂防ダムの取水機構を提供することができるようになった。
なお、前記スクリーン１３は図１および図２に示すようにほぼ鉛直位置１３ａまで起立させることができ、したがって前記Ｕ字水路１２の上空を開放して前記Ｕ字水路１２内の土砂が容易に排除できるようにしたので、土砂による詰まりを解消しやすい砂防ダムの取水機構を提供することができる。
【００２８】
なお、図３および図４に示すように、前記スクリーン１３の倒伏時に、該スクリーン１３の下面と前記Ｕ字水路１２の側壁天端１２ａとの間に隙間Ｐが生じるようにしておけば、塵２１を一気に流下させる場合の塵の抜けが良くなり、塵２１がスクリーン１３等に残るのを防止することができる。
【００２９】
前記図１および図２の実施例における砂防ダムの取水機構においては、前記スクリーン１３は平滑な平板状をなすよう形成されている。
このスクリーンは、スクリーンに捕捉される塵２１の性質やスクリーンとの摩擦等により塵２１の流下が容易ではない場合、図５に示すように、除塵の際の塵２１の始動を助けるために、除塵時に上流側が急勾配になるように湾曲させることができる。すなわち、スクリーン３１の塵２１の存在する回転軸１４に近い部分の角度が急になるよう、塵２１を受ける側の面を凹面とするのである。
このようにすることにより、除塵の際に塵２１が速やかにスクリーン３１の上面において流下を開始し、塵２１の除去を迅速かつ確実に行えるようになる。
【００３０】
また図６に示すように、前記スクリーン４１は水の落下地点を上流側にシフトさせて水の受け取りを確実にするため、立上げ時に回転軸１４に近い部分の角度が急になるよう、塵２１を受ける側の面を凸面とするのである。
このようにすると、より確実な取水を行うことができるようになる。
【００３１】
次に、この発明の砂防ダムの取水機構の第２実施例を、図面に基いて詳細に説明する。
図７および図８の実施例における、この発明の砂防ダムの取水機構は、河川を横断する砂防ダム５１の下流側の端部に所定の段差Ｇをおいて設けた取水用のＵ型水路５２の天端に、スクリーン５３をその上流側一端が回転自在になるように回転軸５４等により取り付けたものであり、したがって、前記スクリーン５３は適宜立上げおよび倒伏できるようになっている。
前記段差Ｇの寸法は適宜設定することができ、このように段差Ｇを設けてスクリーン５３の回転軸５４を砂防ダム５１の下流側側面に取り付けることにより、一点鎖線で示した水通し断面の下端Ｓより上の流下断面にスクリーンが侵入することを防ぎ、河川への影響をより軽減させるとともに、水通しの下流端周辺Ｅが土砂等で削られて摩損しても、何ら問題なく取水を継続することができる。
【００３２】
もちろん、取水時には前記スクリーン５３を立上げてスクリーン５３の通過により塵６１を除去された水が前記Ｕ字水路５２内に落ちるようにしている。
また前記スクリーン５３に塵６１が溜まった場合には、スクリーン５３を倒してスクリーン５３によりスクリーン上に溜まった水とともに、塵６１を一気に流下させる。
その操作によって、前記スクリーン５３の通水能力は回復し、その後スクリーン５３を再び立上げれば前記Ｕ字水路５２内への取水は即座に再開することができる。
以上のプロセスを自動制御により繰り返せば、取水を継続することが可能となる。
もちろん、洪水時にはスクリーン５３を倒伏させて破壊を回避させるようにしてあるので、より耐久性に優れた砂防ダムの取水機構を提供することができるようになった。
なお、前記スクリーン５３は図７および図８に示すようにほぼ鉛直位置５３ａまで起立させることができ、したがって前記Ｕ字水路５２の上空を開放して前記Ｕ字水路５２内の土砂が容易に排除できるようにしたので、土砂による詰まりを解消しやすい砂防ダムの取水機構を提供することができる。
【００３３】
なお、図７および図８に示すように、前記スクリーン５３の倒伏時に、該スクリーン５３の下面と前記Ｕ字水路５２の側壁天端５２ａとの間に隙間Ｐが生じるようにしておけば、塵６１を一気に流下させる場合の塵の抜けが良くなり、塵６１がスクリーン５３等に残るのを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
この発明の砂防ダムの取水機構は以上のように構成したので、取水量を充分に確保することができるとともに、構造が単純でメンテナンスが容易であり、かつ常態における取水と、塵よる詰まり発生時における塵の除去とを簡単に切り替えることが可能で洪水時にも安全に対処できる砂防ダムの取水機構を提供することができる。
【００３５】
その他、この発明の趣旨を損なわない限りにおいて、砂防ダム以外の適宜のダム類にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  砂防ダム
１２  Ｕ字水路
１２ａ  側壁天端
１３  スクリーン
１３ａ  ほぼ鉛直位置
１４  回転軸
２１  塵
３１  スクリーン
４１  スクリーン
５１  砂防ダム
５２  Ｕ型水路
５２ａ  側壁天端
５３  スクリーン
５３ａ  鉛直位置
５４  回転軸
６１  塵
Ｐ  隙間
Ｇ  段差
Ｓ  水通し断面の下端
Ｅ  水通しの下流端周辺
【要約】
【課題】構造が単純でメンテナンスが容易であり、かつ立上げ時における取水と、倒伏時における洪水時の危険回避および塵による詰まり発生時の塵の除去とを簡単に切り替えることが可能な砂防ダムの取水機構を提供しようとするものである。
【解決手段】河川を横断する砂防ダムに設けた取水用のＵ型水路の天端に、スクリーンをその上流側一端が回転自在になるように取り付け、取水時にはスクリーン先端を立ち上げてスクリーンを通過した水が前記Ｕ字水路内に落ちるようにし、またスクリーンに塵が溜まった場合にはスクリーンを倒して、スクリーンによりダムアップした水とともに塵を一気に流下させることによりスクリーンの通水能力を回復させ、その後スクリーン先端を再び立ち上げて前記Ｕ字水路内への取水を再開するようにしたことを特徴とする砂防ダムの取水機構。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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