(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダム湖やため池において、矩形揚水管又は円形揚水管からなる揚水管を提体内壁面に沿わせて下方に伸延し、下方端吸水口を沈殿物、または、湖底近くに開口させ、上方端は堤体上部を開窄して設けた放水路の放流ゲート下を通過して開口させ、該揚水管上には放流ゲートの底戸当りを設けると共に、下方端部においては、上端に補吸水口を開口させた一定長さの補吸水管を、該揚水管が矩形揚水管で構成される場合にあっては、該矩形揚水管の上辺に重ねる形で併設し、該補吸水管の下方端上辺壁を庇状に、該矩形揚水管の吸水口よりも突出させた状態で注水口を開口させ、また、該揚水管を円形揚水管で構成する場合にあっては、該円形揚水管に沿わせて併設した補吸水管の下方端を、該円形揚水管の吸水口外周を囲う形で、該吸水口よりも幾分突出させて設けたガード内に開口させた注水口に接続連通して、揚水管の吸水口に上部水を注水するようにした、ダム湖の沈殿物を放流水と共に排除する装置。
【請求項２】
揚水管の上方端を延長して、ダム湖堤体外壁面を下方に伸延し、終末端部分に上昇管部を設けて放流するようにしたサイホン管部を設けた、請求項１のダム湖の沈殿物を放流水と共に排除する装置。
【請求項３】
ダム湖の堤体途中高さ位置に設けた、ゲートを備えた放水路のダム湖内側に、矩形揚水管又は円形揚水管からなる揚水管を接続連通して下方に伸延し、下方端吸水口を沈殿物、または、ダム湖底近くに開口させると共に、該揚水管の下方端部においては、上端に補吸水口を開口させた一定長さの補吸水管を、該揚水管が矩形揚水管で構成される場合にあっては、該矩形揚水管の上辺に重ねる形で併設し、該補吸水管の下方端上辺壁を庇状に、該矩形揚水管の吸水口よりも突出させた状態で注水口を開口させ、また、揚水管を円形揚水管で構成する場合にあっては、該円形揚水管に沿わせて併設した補吸水管の下方端を、該円形揚水管の吸水口外周を囲う形で、該吸水口よりも幾分突出させて設けたガード内に開口させた注水口に接続連通して、揚水管の吸水口に上部水を注水するようにした、ダム湖の沈殿物を放流水と共に排除する装置。
【請求項４】
揚水管の下方部分または全体を摺動可能に構成して、吸水口を昇降させるようにした請求項１、請求項２、請求項３のいずれか一項に記載するダム湖の沈殿物を放流水と共に排除する装置。
【請求項５】
サイホン管を接続した揚水管の最上部に吸気管を接続分岐し、該吸気管を一旦上方に立ち上げた後、下方に転回させ、当該設備で必要とするサイホン水頭以上の高さを確保して、揚水を停止させたい水位のダム湖内に開放した、請求項２のダム湖の沈殿物を放流水と共に排除する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は治水用ダム、発電用ダム、かんがい用ダムや湖沼等の堰堤近傍に、沈殿物を堆積させないように放流する設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ダム湖からの放流は、通常利水ゲートや放流ゲート、洪水時には非常用放流ゲートからなされるものであり、表層水、或いは、上部水を放流するために、水処理装置の重力分離槽と同様に、水中浮遊物が非常に沈殿しやすい形態である。
ダム湖内沈殿物は、ダム湖提体下部の排砂ゲートを開放して排除されるものではあるが、一気に流出させることは、河川流域から海に至る安全の確保、汚濁等の問題もあり、各種方法での浚渫や、近年は礫石泥土をダムに流入させない迂回トンネル方式もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開Ｈ７−１７４１００
【特許文献２】特開２００１−１６４５４３
【特許文献３】特開２０１０−１９０７６
【特許文献４】特許  第４４１１４１８号
【特許文献５】実用新案  第３０２５４８１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ダム湖の沈殿物は、既設の古いダムほど堆砂がダム機能の低下として問題になり、近年ではダム下流河川での流砂不足から生じる河川の荒廃、海浜の消滅等のメカニズムが解明され問題視されるようになって来た、また、河川や海の水生生物、プランクトンの栄養源である有機浮遊物をダム内に堰き止め沈殿腐敗させてしまう課題や、古いダムでは排砂ゲートの無いダムもあり、浚渫には設備のみならず大きな動力エネルギーを必要とし、高水深ダムでは浚渫すら困難になる課題、更に、倒木の流入で放流ゲートの操作不能を生じるような課題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明では、揚水管をダム湖提体内壁面に沿わせ、下方に向けて配設し、下方端吸水口を沈殿物、或いは、ダム湖底に近接して開口させ、ダム湖の深部水を同揚水管で水位差やサイホン現象を利用して揚水し、放流ゲートや利水ゲートから放流することにより、ダム湖下流域の流れを、ダム湖底の揚水管吸水口に向けた、深層流れに変えて、沈殿物を吸水口に導き流入させ、放流水と共に揚水して、各ゲートからダム湖外に排除し、ダム湖下流域での沈殿物堆積を軽減防止することにより、より上流域沈殿物の流下移動を助長する。
【０００６】
ダム湖の提体上部には、通常の放水路や非常用放水路が開窄して設けられ、放流ゲートを備えるものが多い、提体上部中段には（通常）放流ゲートや利水ゲートを備えた提体を貫通した放水路があり、本発明では既設ダムへの利用に当たってはこれ等の放水路を利用し、或いは、同様放水路を新に開窄、窄孔して実施する。
【０００７】
提体上部の放水路を利用する場合は、提体内壁面に添わせて下方に伸延させて配設した揚水管の上方端を、放流ゲート下を通過させて放流し、揚水管の下方端は堆積沈殿物近くに、或いはダム湖底近くに開口させた吸水口とする。
放流ゲート直下の揚水管上辺を補強する形に設けた底戸当りブロックに、放流ゲートを降下当接させて止水し、ダム内水位を上げ、揚水管の通水に必要な管路の抵抗損失、流入抵抗損失、速度水頭、揚水の比重差等の必要水位差水頭を得る。
既設の放水路の場合は揚水管高さ分を深く開削して、放流ゲート開放時の従来放流水位を変えずに、揚水管を配設することができる。
【０００８】
揚水管の吸水口においては、矩形揚水管の場合は、矩形断面の補吸水管を揚水管の上辺に重ねる形で下方端から一定長さ併設し、下方端上辺壁を庇状に吸水口より突出させた形で注水口を開口させ、円形揚水管の場合は、揚水管に併設した一定長さの補吸水管の下方端を、揚水管の吸水口を囲う形に設けたガード内注水口に接続連通し、沈殿物が吸水口に接近し、吸水抵抗が大きくなった時や、吸水口が埋没した時に、補吸水管上端に開口させた補吸水口から上部水を吸入し吸水口に噴入させ、揚水管濃度の抑制、揚水管内最低速度の確保を行い、吸水口周辺沈殿物の排除を行う。
【０００９】
高水深ダム湖の提体上部放水路の場合は、大きな水位差水頭を必要とするために、揚水管を延長する形のサイホン管を接続連通して、提体外壁面を下方に伸延させ、終末端に上昇水路部分を設けた放流管を経て放流する。
サイホン管の降下長さは、必要とするサイホン水頭（１０．３Ｍ以下）＋放流端の速度水頭＋管路損失抵抗を合算した高さ水頭を放流管端に確保した、なるべく短い長さにして、通水初期の通水による連れ出し排気時間を短縮する。
【００１０】
また、サイホン管を設けた場合は、放流終了時にダム湖内水位を必要以上に下げないために、サイホン管、または、揚水管の頭頂部に連通した吸気管を分岐し、一旦上方に立ち上げた後、下方に転回させ、サイホン効果を停止させたいダム内水位から必要サイホン水頭高さを確保した配管でダム湖内に開放する。
【００１１】
ダム湖内貯留水位以下の高さに設けた利水ゲートや通常放流ゲートを備えた利水水路を利用して実施する場合は、利水水路のダム湖内側開口部を前述の揚水管の途中に接続連通させることや単独の揚水管を該利水水路から下方に伸延させて設けることができ、この場合は、利水水路より高い水位にダム湖内水位を上げることは容易であり、高水深ダムに対応できやすいばかりでなく、浅いダム湖の場合には、大流量が得やすく、より大きな沈殿物まで排除することや吸水口巾を広くして巾広く吸泥させることができる。
【００１２】
前述の揚水管及びサイホン管は、いずれも単独或いは複数の円形鋼管製とすることができ、円形鋼管製とすることで工作が著しく容易となる。
【００１３】
また、沈殿物が堆積した状態の既設ダム湖に本発明装置を実施する場合においては、利水水路の流入口にかぶせる形に設けた揚水管を上下方向に摺動可能に配設し、ウインチとワイヤーでダム湖内壁面を摺動降下させて、沈殿物を排除掘進させることができる。
【００１４】
円形鋼管製とした場合は、補吸水口より上方の円形揚水管の一部を二重管状の伸縮管で構成し、沈殿物の掘進排除に合せて降下延伸させ、掘進した分のツナギ円形揚水管を中間に挿入接続する方法で、ダム湖底までの堆積沈殿物の排除を行い、所定位置に設置できる。
【００１５】
尚、このように掘進排除を行う場合は、吸水口周辺にノズルを配設し、別途用意した圧力水を噴射して掘進を助勢することができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述する本発明の提体上部放水路を使用するものにあっては、放流ゲートを閉止した状態で、洪水水位が放水路に到達すると共に揚水管はダム湖底水の揚水を開始して、ダム湖水位の上昇と共に放水量が増大し、吸水口では、該放水量の流入流速に相応した大きさまでの沈殿物を巻上げ混合して揚水し、ダム湖外下流に放流する。
【００１７】
揚水管に補吸水管を備えたものにあっては、高水深での沈殿物揚送において、沈殿物混合濃度が液比重の増加のみならず、管路の抵抗値にも影響を及ぼすために、補給水管通水面積を大きく設定して上部水の注水量を増やし、高過ぎる時の濃度を抑制し、浅いダムでは、補給水管通水面積を小さく設定して、高い揚水濃度まで対応できる装置にできる。
また、万一吸水口周辺が沈殿物で完全に埋没した場合は、大量の上部水を注入して揚水管内の最低限流速を確保し、吸水口周辺沈殿物を速やかに排除させることができ、ダム湖最深部に沈殿物を堆積させることなく、安定した放流が行える。
【００１８】
また、放流によって創出した深層流れは、ダム湖底に向けて浮遊沈降する沈殿物を下流側に導きやすく、下流ほど速い流れは沈殿物を確実に排除できてダム湖の最深部に沈殿物を堆積させない効果がある。
【００１９】
サイホン管端に上昇水路部分を設けた放流管を経て放流することは、管端のシール性を確保して、確実にサイホン効果を得られることは勿論であるが、通水開始時の排気時間の短縮、吸水口の吸水状況変化時の放流端の安定を保ち、更に、サイホン管端を溜め桝内に開放す場合のような沈殿物の堆積や、放流口に逆止弁を設ける場合のような木枝異物の詰り、引っ掛かりがない。
【００２０】
サイホン現象解除のために設ける吸気管は、ダム湖内に吸気管端を開放することで、バルブの開閉操作によって吸気させる場合のようなバルブ及びバルブ操作動力手段を必要とせず、無動力オートマチックな構成にできる。
【００２１】
利水ゲートを備えた利水水路に揚水管を接続連通させる場合においては、提体上部の放水路高さまでの水位差を安全に得ることができ、より深いダム湖底までの揚水放流を可能にできることや、揚水管内流速を高めてより大きな沈殿物の排除を行うこと、吸水口巾を広くしてより広い範囲の沈殿物の堆積防止、また、大きな洪水時以外での沈殿物排除が行える等、非常に利用しやすくなる効果がある。
【００２２】
摺動降下可能な矩形揚水管や、伸縮可能な円形揚水管部を備えたものにあっては、既設ダムへの施行に際し、事前に浚渫を行うことなく施行できる効果は大きい。
【００２３】
洪水時に発生しやすい流木に対しても、揚水管で揚水放流する本発明では、まったく流木の影響を受けることはなく、支障することもない。
【００２４】
このような本発明は、ダム湖提体最深部の排砂ゲートを開放して排砂する場合のような、下流河川から海に至るまでの周到な準備の元、高水圧のゲートを開放し、高流速の噴流を処理して放流させるような煩わしさがなく、従来通りのダム湖の放流ゲートや利水ゲートからの放流同様に日常的に行える効果は大きい。
【００２５】
特に、従来のダム湖堰堤近くの湖底に堆積して腐敗し、水質劣化を招いていた軽質な有機沈殿物を汚泥化させず、自然に近い形で下流河川に流し、海に至らしめることは大きな自然の回復であり、水生生物の生育に与える好影響は甚大なものがある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施例ダム提体の断面図。
【図２】第１実施例ダム提体内側壁面の装置部斜視図。
【図３】第２実施例ダム提体の断面図。
【図４】図中の（イ）図は第２実施例ダム提体外壁面装置部の図であり、（ロ）図はダム提体内側装置部の斜視図である。
【図５】第３実施例ダム提体の断面図。
【図６】第３実施例ダム提体内側装置部の斜視図である。
【図７】第４実施例ダム提体の断面図。
【図８】第４実施例ダム提体内側装置部の斜視図である。
【図９】第５実施例ダム提体の断面図。
【図１０】図中の（ハ）図は第５実施例ダム提体外壁面装置部の図であり、（ニ）図はダム提体内側装置部の図である。
【図１１】第５実施例の放流管１３の詳細図である。
【図１２】図中の（ホ）図は図１１のＡ−Ａ視図であり、（ヘ）図はＢ−Ｂ断面視図である。
【図１３】図中の（ト）図は図１、図３、図５、図７に共通する吸水口ｈ周辺の詳細断面図であり、（チ）図は図９の吸水口ｈ周辺の詳細断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図１〜図１３に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２８】
本発明の第１実施例は図１、図２及び図１３（ト）に図示するように、ダム提体１Ａの内壁面ｂに添わせる形で、各放流ゲート２の巾に合せた矩形断面の揚水管３Ａを下方に向け、ダム湖底近くまで併設伸延して吸水口ｈを開口させ、揚水管３Ａの下方部に重ねる形で補吸水管４Ａを併設し、同補吸水管４Ａの下方端に注水口ｐを開口させたものであり、揚水管３Ａ上端は放流ゲート２の下方を通過して放水路ａに開放し、放流ゲート２の直下部の揚水管３Ａ上には底戸当りブロック９を設ける。
【００２９】
本実施例の場合は、洪水時等にダム内水位が放水路ａの底面水位である越流水位ｅを超えると揚水管３Ａからの揚水が始まり、放流ゲート２が閉止状態ではダム内水位の上昇と共に放水量が増加するけれども、危険水位を越え、非常放流が必要な時は放流ゲート２を開放放流してより大水量の放流が行える。
【００３０】
本発明の揚水放流に必要な水頭を実際数値で示すと、例えば、揚水管３Ａを口径６００Ａに相当する管路とし、砂粒子径２ｍｍ、容積濃度５％、混合液比重１．０４９を安全に揚水する場合、揚水管内流速３．５Ｍ／Ｓｅｃ程度を必要とし、管路抵抗は３ＭＡｑ／１００Ｍ、流入損失０．６２５Ｍ＋速度水頭０．６２５Ｍ＝１．２５ＭＡｑが必要であり、仮に３０Ｍ水深であれば、３０×３／１００×１．０４９＋１．２５＝２．１９４ＭＡｑであり、約２．２ＭＡｑの水位差水頭が必要である。
【実施例２】
【００３１】
実施例２は図３及び図４及び図１３（ト）に示すように、実施例１の揚水管３Ａの放流端にサイホン管５Ｂを接続延長し、ダム提体１の外壁面ｃを降下させ、放流管６Ｂを経て開放し、揚水管３Ｂの頭頂部には吸気管１０を分岐して、一旦上方に立ち上げた後、反転降下させてダム湖内に吸気口ｋを開放させたものである。
【００３２】
サイホン配管を行い真空装置を備えた設備の場合のような、管路の放流端に真空水頭に相当する貯留水量を必要とせず、逆止弁を備える必要もない、揚水管３Ｂの揚水開始と共に、放流管６は揚水で満たされてサイホン管５Ｂ管端のシールが確保され、通水による管内排気の進行と共に、サイホン管内は端末からの滞留水位が高くなり真空が保持される。
【実施例３】
【００３３】
実施例３は図５、図６及び図１３（ト）に示すように、ダムの貯留水位ｄ以下の提体１Ｃに設けられる利水ゲート８からの放流を利用するものであり、上端を閉鎖した揚水管３Ｃを利水水路７にかぶせる形で接続連通してダム湖底に向け延伸したものであり、通常の利水放流時においてもダム湖底の沈殿物が放流水と共に排除できるばかりでなく、洪水時の高水位時には大きな水量を放流し、より大きな沈殿物の排除が行える。
【実施例４】
【００３４】
実施例４は沈殿物が堆積した状態の既設ダム湖への設置を想定したものであり、図７、図８及び図１３（ト）に示すように、実施例３の揚水管３Ｃに相当する揚水管３Ｄをダム湖内壁面ｂに沿わせて上下方向に摺動可能に、ワイヤー１１とウインチ１２で牽引昇降させるものである。
ダム底の沈殿物ｊに近接させてワイヤー１１で牽引設置した揚水管３Ｄを、放流水の通水に依り生じる沈殿物ｊの排除に合せて降下させて、ダム底近くまで掘進降下させるものであるが、降下速度は濃度センサーや放水状況の変化に充分留意して行う必要があり、簡易的には一定放水水量毎に一定高さ降下させる方法で行う。
【００３５】
尚、長期間堆積した沈殿物ｊは吸引され難いため、補吸水管４Ｄの下方端に下方、或いは前方に向けたノズルを配設して、別途用意した圧力水をフラッシングする。
また、この圧力水をフラッシングする方法は、他の実施例の場合にも必要に応じて採用できるが、通常はダム湖堰堤近くの沈殿物は、軽質微細な物であり備える必要はない。
【実施例５】
【００３６】
実施例５は図９、図１０及び図１３（チ）に示すように、実施例２の揚水管３Ｂおよびサイホン管５Ｂを円形鋼管製管路に変更したものであり、工作が容易になる利点があり、実施例４と同様の沈殿物ｊの排除掘進ができる装置とする場合には、円形揚水管３Ｅの途中一部を伸縮可能な二重管にして、延伸させながら沈殿物を掘進させることができ、円形揚水管３Ｅ一本ごとの掘進が可能になる。
【００３７】
また、本実施例のサイホン管５Ｅ終端に接続する放流管１３は、図１１及び図１２に示すように下降から上昇に転回する付近の管路の両側を囲い、最下位点管路の上辺から下流側上方に向けてスリットｎを開窄して連通させ、沈殿物を堆積させない構成とした、自由水面を持った貯留部を設けた放流管１３となして、管路の補強を兼ねて通水初期のシール性を確実にする。
【００３８】
尚、放流管１３は、本発明装置への使用以外にも例えば水中サンドポンプ等の山越え配管では、引き落としとなったホースの終末端が激しく振動し、ポンプ揚水量まで激しく変化する現象を防止する効果があり、混入固形物を輸送するポンプの安定運転に役立つ。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明はダム湖の機能を永続させる大きな可能性を持ち、山野の有機浮遊物をダム湖底に沈殿腐敗させることなく、自然に近い形で下流に流し、河川や海の水生生物の生育環境を著しく向上させる、まったく無動力の設備とすることのできる装置であり、各種用途の既設、新設ダム湖に利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１  １Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄに共通する（ダム湖の）提体
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、  （ダム湖の）提体
２  放流ゲート
３  ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄに共通する揚水管
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ  （矩形）揚水管
３Ｅ  円形揚水管
４  ４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄに共通する補吸水管
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、補吸水管
４Ｅ  補吸水管
５Ｂ  サイホン管
５Ｅ  サイホン管
６  放流管
７  利水水路
８  利水ゲート
９  底戸当りブロック
１０  吸気管
１１  ワイヤー
１２  ウインチ
１３  放流管
１４  ガード
１５  管受ブロック
ａ  放水路
ｂ  提体の内壁面
ｃ  提体の外壁面
ｄ  貯留水位
ｅ  越流水位
ｆ  底戸当り水位
ｈ  吸水口
ｉ  補吸水口
ｊ  沈殿物
ｋ  吸気口
ｍ  空気孔
ｎ  スリット
ｐ  注水口
ｑ  放流口
【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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