(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
山地又は渓流を横断して築造した堤壁を備え、山地又は渓流の上流から流れて来る流出土砂及び土石流を堤壁によって堰止める砂防ダムにおいて、
堤壁の下部に堤壁が堰き止めた流出土砂及び土石流を水と共に下流へ流す貫通孔を開設し、
前記堤壁の下流に位置する貫通孔部分に接続された立ち上がり管と、
前記立ち上がり管からオーバーフローした水を受ける受水槽と、
前記受水槽を支点の一端側に支持し、他端側に前記貫通孔を開閉するゲート弁を備えた貫通孔開閉機構と、
前記受水槽と前記貫通孔とを連通するボール弁を備えた連通管とを備えたことを特徴とする砂防ダム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、山地、渓流における崩壊或るいは浸食を阻止し、発生する流出土砂及び土石流の阻止による下流での災害発生の防止、治水等を目的とした砂防ダムの寿命を延長し、更なる二次災害を防止することのできる砂防ダムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は、従来の砂防ダムにおける土砂の堆積状態を示す縦断面図である。一般に砂防ダムの堰壁１には、高さの中程に堰壁が堰き止めた背後の土石流の水圧を減少するべく、水抜き孔２が複数箇所設けられている。また、堰壁の上端面には、洪水時に土石流が安全に流下するように、凹んだ放水口４が形成されている。この水抜き孔２は、土砂の堆積過程において水を排出するためのものであり、やがて土砂３の堆積に伴って詰まると、放水口４から水及び土砂が流れるようになってしまう。
【０００３】
また、図２３示すように一部の取水ダムでは、堰壁１の下端に排泥筒５を設け、この排泥筒５に堰壁の上から駆動モータ６等で開閉できるゲート７を配設したものが存在した。このゲート７は、年に１回または、数年に１回程度の割合で開かれて、底部に堆積した嫌気性泥８を排出するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記した従来の砂防ダムでは、堰壁１の背後に貯まる土石流の水分を水抜き孔２から抜いて、下流に流すことの出来る間は、ダムとしての機能を有するが、水抜き孔２の位置まで土砂、石が堆積して塞がれてしまうと、堰壁の背後に土砂が次第に堆積し、堰壁の上端にまで達して、ダムとしての機能を失ってしまう。つまり、従来の砂防ダムは、ダムが空の時にその機能を発揮できるものであり、常にその機能を発揮できるように、流入土砂の排出機能を有していない。
したがって、従来は、機能を失った砂防ダムの下流に更に別の砂防ダムを築造し、上流の砂防ダムから溢流する土石流を堰き止める必要があった。この様に、多数の砂防ダムを段々畑状に順次築造する必要が生じ、多数の税金が無駄に使われることとなっていた。
また、土砂が堆積して古くなった砂防ダムは、崩壊して二次災害の原因ともなっていた。
【０００５】
更に、堰壁１の下端に排泥筒５を設け、この排泥筒５に堰壁の上から駆動モータ６等で開閉できるゲート７を配設したものにあっては、排出される汚泥は、長期間酸欠状態に置かれたものであり、嫌気化している。この状態の汚泥を放流すると、悪臭を発生し新たな公害の原因となる。
また、汚泥が放流された河川の下流で再沈殿すると、河床を覆い河床に棲息する植物、動物を窒息死させる。更に、水質を悪化させ、水中に棲息する生物が死滅又は棲息場所を奪われ、個体数が減少する。更にまた、水質の悪化に伴って下流域での飲料水、農業用水を汚染して被害を与えると云う欠点を有していた。
【０００６】
本発明は、前記実情に鑑み提案されたもので、流入土砂の排出機構を設け、長期にわたり土砂及び土石流災害を防止することのできる砂防ダムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、山地又は渓流を横断して築造した堤壁を備え、山地又は渓流の上流から流れて来る流出土砂及び土石流を堤壁によって堰止める砂防ダムにおいて、堤壁の下部に堤壁が堰き止めた流出土砂及び土石流を水と共に下流へ流す貫通孔を開設し、前記堤壁の下流に位置する貫通孔部分に接続された立ち上がり管と、前記立ち上がり管からオーバーフローした水を受ける受水槽と、前記受水槽を支点の一端側に支持し、他端側に前記貫通孔を開閉するゲート弁を備えた貫通孔開閉機構と、前記受水槽と前記貫通孔とを連通するボール弁を備えた連通管とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、一実施の形態を示す図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る砂防ダムを示す正面図、図２は、本発明の砂防ダム１０の原理を示す縦断面図である。ここで、山地又は渓流を横断して築造した堤壁１１を備え、渓流の上流から流れて来る流出土砂及び土石流を堤壁１１によって堰止める砂防ダムであって、堤壁１１の下部に堤壁が堰き止めた流出土砂及び土石流を水と共に下流へ流す貫通孔１２を開設し、この貫通孔１２に開閉装置１３を設けるとともに、堤壁１１で堰き止められた流出土砂及び土石流上の水位を検出する水位計１４を備えている。
【００１２】
堤壁１１には、高さの中程に堤壁が堰き止めた背後の土石流の水圧を減少するべく、水抜き孔１５が設けられている。この水抜き孔１５は、土砂の堆積過程において水を排出するためのものである。また、堤壁１１の上端面の中央には、洪水時に土石流が安全に流下するように、凹んだ放水口１６が形成されている。
【００１３】
貫通孔１２は、堤壁１１の下端近傍に配置されている。そして、貫通孔１２には、開閉装置１３が取り付けられている。開閉装置１３は、例えば弁体を駆動モータ１７によって回転制御して開閉するものであってもよい。駆動モータ１７は、制御装置１８により制御される。
【００１４】
水位計１４は、堤壁１１が堰き止めた水位をフロート１４ａが検出し、制御装置１８に出力する。
【００１５】
次に、以上のように構成された本発明に係る砂防ダム１０の動作について図３〜図８に従って説明する。先ず、図３（ａ）は、同砂防ダムにおける土砂の排出開始時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。ここで、ダムの水位が所定高さ（Ｈ．Ｗ．Ｌ）に達すると、水位計１４が水位を検出して、制御装置１８に出力する。制御装置１８は、水位計１４からの検出信号に基づいて駆動モータ１７を回転制御する。駆動モータ１７によって、開閉装置１３が開成される。
【００１６】
開閉装置１３が開成されると貫通孔１２は、前回排出時の残りの堆積した土砂１９を水とともに排出する。また、新たな水が土砂２０を含んだまま流入する。土砂の内、粒径の大きい土砂２０ａは、流入部に堆積し、粒径が小さく、比重の軽い土砂２０ｂが下流部まで到達して堆積する。一般に土砂は、比重が同じであり、粒径の差によってその到達位置が決定される。また、下流側に行く程、堆積層が薄くなり、広い範囲に堆積する傾向がある。
【００１７】
図４（ａ）は、同砂防ダムにおける土砂の排出中期１を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。水の流出に伴って土砂が流出すると、ここに示すように堆積した土砂が、貫通孔１２の排汲口１２ａまで到達しない時期がある。この時、上流部の土砂２０は、水位の低下に従い、ダムの底部を斜めに水の移動とともに移動する。
【００１８】
図５（ａ）は、同砂防ダムにおける土砂の排出中期２を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図、図６（ａ）は同砂防ダムにおける土砂の排出終了時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。水位が貫通孔１２の位置まで低下すると、排泥の動きが弱くなる。したがって、開閉装置１３を閉じて、排泥終了の準備をする。このとき、土砂の一部は残留する。しかし、大部分の土砂は、水とともに排出される。排泥が終了すると、貫通孔１２の弁が閉となり水が貯まって行く。同時に水に含まれている土砂も順次貯まって行く。
【００１９】
図７（ａ）は、本発明の砂防ダムにおける貯水初期を示す平面図、（ｂ）は、その側面図である。水の流入に伴い水位が上昇し、土砂２０も堆積を始める。  図８（ａ）は、本発明の砂防ダムにおける貯水終了時を示す平面図、（ｂ）は、その縦断面図である。水の流入にしたがって土砂２０も上流側にその堆積範囲を拡大して行く。砂防ダム内に貯まった水位が所定高さに達すると、図３に戻って、開閉装置１３を開成して、排泥動作を行う。
【００２０】
このように、本発明の砂防ダム１０によれば、土砂が順次排出されるので、ダム内に土砂が堆積してダムとしての働きを停止してしまうと云う欠点がない。したがって、順次次の新たな砂防ダムを構築する必要がなく、非常に経済的である。
【００２１】
次に、比較のために、水位を下まで下げない、一般のダムにおける排泥動作について、図９〜図１４にしたがって説明する。先ず、図９に示すように土砂流入初期において、土砂３は上流より搬送されて、流入口付近に堆積する。また、図１０に示す土砂流入中期において、土砂３は徐々に下流に向かって堆積範囲を延長して行く。ここで、粒径の大きい土砂３ａは、上流（流入口付近）に堆積し、粒径の小さい土砂３ｂは、下流側に堆積する。
【００２２】
図１１に示すように、土砂流入完了時には、ダム底の全域に渡って土砂３が堆積する。この時、砂防ダムの上流部には、相当量の土砂が堆積しており、ダムの貯水量もその多くを土砂に占められている状態である。
【００２３】
図１２（ａ）は、従来の取水ダムにおける土砂排出時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。開閉装置３０を開いて土砂を水とともに排出する。水位は、排出された土砂及び水の量に応じて低下するが、一般にダムに蓄えられた水の量が膨大であるので、水位低下量ΔＷ．Ｌは殆ど変わらない。したがって、堆積した土砂を効果的に排出することができなかった。
【００２４】
図１３は、土砂排出動作の終了時を示すものである。土砂は、貫通孔３１に近い部分のみが排出される。ある一定範囲の土砂が排出された後は、水のみが排出される事となる。この時点で、排泥操作が終了する。
【００２５】
図１４（ａ）は、従来の取水ダムにおける貯水開始時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。貯水開始とともに、水と土砂が順次堆積する。取水ダムに所定量の水と土砂が貯留されると、前述の操作を繰り返すこととなるが、堆積した土砂のごく一部しか排出することができない。これは、図１３等に示すように水面が、貫通孔３１の位置まで下降しないためである。つまり、水面が殆ど移動しない為に、水の移動に伴う土砂の流動化が生じない事に起因している。したがって、土砂の排出には、水面を貫通孔付近まで下げ、水面の低下に伴う土砂の流動化を利用する事が必要である。
【００２６】
図１５は、本発明の第２の実施例を示す縦断面図である。本実施例において、堤壁１１の下部に堤壁が堰き止めた流出土砂及び土石流を水と共に下流へ流す貫通孔１２を開設し、この貫通孔１２の出口にサイフォン管２１を接続している。ここで、サイフォン管２１の立ち上がり部２１ａは、ダムの設定水位（Ｈ．Ｗ．Ｌ）と同等とし、この水位より上昇したとき、流出土砂及び土石流を水と共にこのサイフォン管２１を通じて下流へ流す。
【００２７】
以上のように構成した場合、サイフォン管２１を所定の水位に設けたので、ダム内の水位が、所定水位になると自動的に排泥され、砂防ダム内が土砂で満たされて、満杯状態になることがない。したがって、砂防ダムとしての働きを長期に渡り維持することができる。また、排泥に際して特別の機構及びエネルギーを必要としないので、経済的である。また、可動部分を含まないので、メンテナンス等が不要である。
【００２８】
図１６は、本発明の第３の実施例を示す縦断面図である。堤壁１１の下部に堤壁が堰き止めた流出土砂及び土石流を水と共に下流へ流す貫通孔１２を開設し、この貫通孔１２に開閉装置２２を設けるとともに、堤壁１１で堰き止められた流出土砂及び土石流上の水中で浮くフロート２３を設け、このフロート２３の上昇と連動して前記開閉装置２２を開成するものである。フロート２３は、ワイヤ２４により吊下されており、このワイヤ２４は、ローラ２５ａ〜２５ｄを介して、開閉装置２２と接続されている。
【００２９】
以上のように構成した場合、砂防ダム内に貯留された土砂、水の量に連動して開閉装置２２が開閉するので、土砂の排出機構を簡素化することができる。
【００３０】
図１７〜１９は、本発明の第４の実施例を示す縦断面図である。本実施例において、堤壁１１の下部に堤壁が堰き止めた流出土砂及び土石流を水と共に下流へ流す貫通孔１２を開設し、この堤壁１１の下流に位置する貫通孔部分に接続された立ち上がり管３０と、前記立ち上がり管３０からオーバーフローした水を受ける受水槽３１と、前記受水槽３１を支点３６の一端側に支持し、他端側に前記貫通孔１２を開閉するゲート弁３２を備えた貫通孔開閉機構３３と、前記受水槽３１と前記貫通孔１２とを連通するボール弁３４を備えた連通管３５とを備えている。
【００３１】
立ち上がり管３０は、分岐管３０ａを有しており、この分岐管３０ａの位置が砂防ダムに貯留された水の排出高さを決定する。また、分岐管３０ａは、堤壁１１の直接設けてもよい。貫通孔開閉機構３３は、支点３６を中心としてレバー３７の一端側に受水槽３１が他端側にゲート弁３２が配置されている。受水槽３１が空の状態でゲート弁３２の重量により貫通孔１２の先端が閉じている。連通管３５は、可撓性の管により構成されており、ボール弁３４を備えている。また、連通管３５は、受水槽３１と貫通孔１２を連通している。ボール弁３４は、図２０，２１に示すように拡開部分３４ａに水に浮くボール３８を備えている。したがって、図２０に示すようにボール３８が浮くと、浮力で弁が閉じる。また、水が無くなると、図２１に示すようにボール３８が網３９上に落ちて弁を開く。
【００３２】
以上のように構成された砂防ダムにおいて、図１７に示すようにダムの水位が分岐管３０ａの高さに達するまでは、貫通孔開閉機構３３は閉じている。また、図１８に示すように水位が分岐管３０ａの高さを越えると、分岐管３０ａから水が受水槽３１に流れ込む。受水槽３１に水が流れ込むと、重量のつり合いが崩れ、ゲート弁３２が開く。このように、砂防ダムの貯留水量が所定量に達すると、自動的に貫通孔開閉機構３３が開き堰き止めた流出土砂及び土石流を水と共に下流へ流すことができる。
【００３３】
また、貯留水量が所定値以下になると、図１９に示すように自動的に貫通孔開閉機構３３が閉じて貯水を再開する。つまり、ダムの水位が低下すると、ボール弁３４におけるボール３８の浮力が無くなり、弁が開く。弁３４が開くと、受水槽３１内の水が連通管３５を通じて貫通孔１２に流れ、重量のつり合いから、ゲート弁３２が閉じる。
【００３４】
【発明の効果】
この発明は前記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【００３９】
請求項１に記載の発明では、山地又は渓流を横断して築造した堤壁を備え、山地又は渓流の上流から流れて来る流出土砂及び土石流を堤壁によって堰止める砂防ダムにおいて、堤壁の下部に堤壁が堰き止めた流出土砂及び土石流を水と共に下流へ流す貫通孔を開設し、前記堤壁の下流に位置する貫通孔部分に接続された立ち上がり管と、前記立ち上がり管からオーバーフローした水を受ける受水槽と、前記受水槽を支点の一端側に支持し、他端側に前記貫通孔を開閉するゲート弁を備えた貫通孔開閉機構と、前記受水槽と前記貫通孔とを連通するボール弁を備えた連通管とを備えたので、砂防ダムの貯留水量が所定量に達すると、自動的に貫通孔開閉機構が開き堰き止めた流出土砂及び土石流を水と共に下流へ流すことができる。また、貯留水量が所定値以下になると、自動的に貫通孔開閉機構が閉じて貯水を再開する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係る砂防ダムを示す正面図である。
【図２】図２は、同砂防ダムの原理を示す縦断面図である。
【図３】図３（ａ）は、同砂防ダムにおける土砂の排泥開始時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図４】図４（ａ）は、同砂防ダムにおける土砂の排泥中期１を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図５】図５（ａ）は、同砂防ダムにおける土砂の排泥中期２を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図６】図６（ａ）は、同砂防ダムにおける土砂の排泥終了時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図７】図７（ａ）は、本発明の砂防ダムにおける貯水初期を示す平面図、（ｂ）は、その側面図である。
【図８】図８（ａ）は、本発明の砂防ダムにおける貯水終了時を示す平面図、（ｂ）は、その縦断面図である。
【図９】図９（ａ）は、従来の取水ダムにおける土砂流入初期を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、従来の取水ダムにおける土砂流入中期を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１１】図１１（ａ）は、従来の取水ダムにおける土砂流入完了時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は、従来の取水ダムにおける土砂排出時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、従来の取水ダムにおける土砂排出終了時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１４】図１４（ａ）は、従来の取水ダムにおける貯水開始時を示す平面図、（ｂ）はその縦断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第２の実施例を示す縦断面図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施例を示す縦断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第４の実施例の動作を示す縦断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第４の実施例の動作を示す縦断面図である。
【図１９】図１９は、本発明の第４の実施例の動作を示す縦断面図である。
【図２０】図２０は、同実施例のボール弁を示す縦断面図である。
【図２１】図２１は、同実施例のボール弁を示す縦断面図である。
【図２２】図２２は、従来の砂防ダムにおける土砂の堆積状態を示す縦断面図である。
【図２３】図２３は、従来の砂防ダムにおける土砂の排出状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１０      砂防ダム
１１      堤壁
１２      貫通孔
１３      開閉装置
１４      水位計
１５      水抜き孔
１６      放水口
１７      駆動モータ
１８      制御装置
１９、２０  土砂
２１      サイフォン管
２２      開閉装置
２３      フロート
２４      ワイヤ
２５ａ〜ｄ  ローラ
３０      立ち上がり管
３１      受水槽
３２      ゲート弁
３３      貫通孔開閉機構
３４      ボール弁
３５      連通管
３６      支点
３７      レバー
３８      ボール
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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