(57)【要約】水力発電時には、導水管１ａから発電所の水車に水を供給して発電すると共に、ダム湖に流下する土砂や有機物を取水管１ｃおよび枝管の取水口から吸引して排出するような水力発電方法を開示する。取水管１ｃを可撓性を有する管継手を介して接続された複数の配管から構成して、各配管の先端の取水口を湖底の隅々まで移動可能にすると共に、各配管の内面を軟質ゴム製のチューブの外周面に着色ウレタンゴム層を設けてなるライニングチューブでライニングし、軟質ゴムが摩耗してウレタンゴム層が露出したらライニングの取替え準備をしてライニングだけを取替えるような方法である。取水管の耐用年数を永久化し、膨大なエネルギーを使わずに、水力発電をしながら砂礫を平野部まで流送でき、かつ、ダム本来の機能である水力発電、揚水発電、洪水防御、利水、砂防、魚道確保等を永久に維持できるので、自然環境に優しく安全で経済的にも著しく有利である。
2002099202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダム湖の湖底にダム堰堤から上流部に延びる取水管を設けると共に、その先端に取水口を設け、さらに取水管の途中にもダム湖の湖底に沿って複数個の枝管を配設すると共に、その先端に取水口を設け、一方、前記取水管に排水弁を介して通じていると共に、ダム堰堤の下流側に導出されて発電所の水車に通じている導水管を設け、水力発電時には、導水管から発電所の水車に水を供給して発電すると共に、ダム湖に流下する土砂や有機物を取水管および枝管の取水口から吸引して排出するような水力発電方法において、
前記取水管を可撓性を有する管継手を介して接続された複数の配管から構成して、各配管の先端の取水口を湖底の隅々まで移動可能にすると共に、各配管の内面を軟質ゴム製のチューブの外周面に着色ウレタンゴム層を設けてなるライニングチューブでライニングし、軟質ゴムが摩耗してウレタンゴム層が露出したらライニングの取替え準備をしてライニングだけを取替えて、取水管の耐用年数を永久化することを特徴とする水力発電方法。
【請求項２】
ダム堰堤の下流側に集魚プールを設けると共に、その集魚プールからダム湖に通じる潜孔魚道を設け、ダム湖の貯水を水力発電に使う場合は、その水位が回遊魚が上流に溯上可能な水位Ｈ１以上に達した際には、ダム湖の貯水を前記排水弁を開いて導水管に流し、その水位が前記集魚プールまで溯上して来た魚が潜孔魚道を通って溯上可能な水位差Δｈになるような水位Ｈ２になるまで使いきると同時に、潜孔魚道の水門を開いて、集魚プールの魚を溯上させ、水位差Δｈがゼロになった時、潜孔魚道の水門を閉じるようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の水力発電方法。
【請求項３】
ダム湖の上流に巨礫流下防止堰堤を造り、その堰堤は、粒径が所定値以下の砂礫および水をダム湖に流し、粒径が所定値を超えた巨礫や流木や木の枝は、そこで塞き止められるような縦長の切り目を有する構造とし、さらに、前記巨礫流下防止堰堤の上流側に集魚プールを設けると共に、下流側にもダム湖に通じる他の集魚プールを設け、また上流側集魚プールと巨礫流下防止堰堤との間およびダム湖と前記他の集魚プールとの間に、それぞれ複数個の潜孔魚道とその水門を設けて、その水門を適時開閉することによって魚が上流と下流の両方向に行き来できるようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の水力発電方法。
【請求項４】
導水管と発電所との間に砂礫分離槽１１を配設すると共に、導水管の延長線上には砂礫分離槽１１で分離された砂礫を排出するための排砂管を配設し、取水管に吸引された水、砂礫および有機物を、前記排水弁を開いて導水管を介して排出し、さらに砂礫分離槽１１において水および有機物と砂礫とに分離し、水および有機物を発電所の水車を経由して河川に放流すると共に、砂礫を排砂管を介して砂礫集積所まで流送することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の水力発電方法。
【発明の詳細な説明】
背景技術
ａ）発明の分野
本発明は、水力発電、揚水発電、洪水防御、利水、砂防、魚道確保などを永久に維持できる、自然環境に優しく安全で経済的にも有利な水力発電方法に関する。
ｂ）従来技術の説明
従来の大規模ダムの水力発電は、流下する土砂でダム湖に堆砂し、貯水量が年々減少し、そのため電力調節、洪水防御、利水、揚水発電、砂防などの諸機能が年々低下する。また、ダムは流下する有機物を塞き止め、食物連鎖の切断し、生態系の破壊している。即ち、ダム湖を富栄養化し、植物プランクトンのアオコを多発させ、カビ臭などの悪臭を放ち、発癌性物質のトリハロメタンを発生させ水道水としての水質を低下させている。また、ダム下流を貧栄養化させ、プランクトンを激減させ、更にそれを餌にする魚介類を激減させ、沿岸漁業を衰退させている。
また、大規模ダムは広大な森林、農地、住宅地を水没させるなど、流域住民の生活基盤を奪っている。そのため流域住民や環境保護団体の反対運動が激しく、今後の大規模ダムの建設を著しく困難にしている。
一方、小規模なダムは数年でダム湖が埋まり、これらダム湖の持つ電力調節、洪水防御、利水、砂防の諸機能は短期間に失われ、豊水期、洪水時の水量は、発電に使われずに無効放流されている。これが発電コストを高くする要因になり、発電コストは３０円／ＫＷｈと石油火力発電の６円／ＫＷｈと比べ高く、開発の障害になっている。またダムを建設すると土砂の海岸への流下が阻害され世界各地で海岸の浸食が起きている。
さらに、米国などでは土砂で埋まった大規模ダムをダムを破壊して、河川を元の状態に戻そうとする運動がある。それはダムは回遊魚の溯上を阻害し、生息数を著しく減少させてきたからである。
また、土石流災害防止のため多くの砂防ダムが建設されているが、数年で土砂で埋まり砂防ダムの機能を喪失している。そのため、土砂に埋まった砂防ダム上流で土石流が砂防ダムを乗り越え、居住地を襲い、多くの人命を失う災害が世界各地で発生している。
そこで、発明者は、これらの諸問題を解決する「ダム施工方法および水力発電方法」を、特願２０００−２６５６０において提案したが、この先行提案発明においても次のような未解決な課題が残っていた。
（１）ダム湖の上流部に突出させた取水管で土砂および有機物は優先的に吸引して下流に流し、更にダム湖の上流部の河床を深く浚渫して、湖底が水平か逆勾配にして貯水効率Ｑ／Ｖ（Ｑ：貯水量、Ｖ：堰堤体積）を最大にする必要がある。
しかし、河床には大小様々な巨礫が散在、埋没している。巨礫を吸引すると、導水管内の流速が著しく低下し、また取水管、導水管および排砂管の途中で詰まる恐れがある。
（２）集中豪雨時には、地山から大量の巨礫がダム湖に流れ込み、巨礫が導水管を埋没させたり、また導水管に吸い込まれる恐れがある。
（３）大規模ダムは、殆どが多目的ダムであるが、多目的の機能を完全に果たしているダムは極めて少ない。上流からの洪水を総て貯留できるダムは僅かであり、殆どが制限水位方式かまたは予備放流方式である。
制限水位方式とは、洪水が来ると予想される期間は放流して貯水位を一定水位まで下げておき、洪水を調節できる容量を確保しておく方式である。この放流は無効放流で水力発電、利水の両面からマイナス効果である。
一方、予備放流とは出水が予想されたら、短時間で貯水を放流して貯水位を下げる方式である。この放流も無効放流で、水力発電、利水両面でマイナス効果である。また洪水時もピークカット方式で大量無効放流がされ、下流部で本当に流量を減らして欲しい時に流量が減らないという問題がある。超大型治水ダムでなければ、洪水の水量の全量を貯留する全量調節方式はできない。
（４）発明者は、特願２０００−３６２６３１において、直線上の長い導水管を沈砂池として機能させて、導水管を流れ下る過程で分離すべき砂礫の大部分を掃流状態にして、導水管の延長線上の排砂管に慣性力で流れ込ませ、その上澄みを分岐させ、水車に導水する簡便な砂礫分離装置を提案した。
この先行提案は、低落差で水車に当たる流速が遅い場合は適当である考えられる。それは各種水車の摩耗データから低落差用水車の分離すべき砂礫の粒径は１ｍｍ以上で、その粒径の静水中沈降速度は１０ｃｍ／秒であり、１ｍｍ以上の砂礫は導水管流送中に掃流状態になるので、この簡便式砂礫分離装置で分離できるが、中落差、大落差では多くの砂が浮遊状態で流れるので砂礫の分離は十分できない。
（５）原子力発電、風力発電、地熱発電あるいは太陽光発電は、発電設備は電力需要変動に出力調節ができず、オフピークには大量の余剰電力が発生する。その余剰電力を活用する揚水発電所の適地が枯渇している。
（６）ダム湖が富栄養化して植物プランクトンの異常発生が起こり、水道浄水場の濾過障害を起こしたり、水道水の異臭問題を引き起こしている。この原因はダム湖の湖底に沈積している有機物（汚泥）が分解して大量の窒素、リンが湖水に供給され、植物プランクトンを異常発生させている。
（７）水道水中の発癌性物質トリハロメタンの濃度が上昇傾向にあり問題になっている。それは水道原水に含まれる藻類の代謝・分解産物などの有機物が原因物質となり、浄水場で加えられる塩素と反応して生成される。トリハロメタン生成能を有する代謝・分解産物などの原因物質は短期間では分解されず、蓄積される。
それ故に、流入水量に比して貯水量の大きいダム湖は藻類の代謝・分解産物物が蓄積して湖水のトリハロメタン生成能が高まり易い。ダム湖水のトリハロメタンの生成能の大きさを決める要因は、藻類の増殖程度と水の回転率である。
この対策として水力発電時にダム湖の汚泥を導水管で積極的に吸引して排出し、富栄養化を防止し藻類の異常発生を防止することの他に、湖水が流動して表層の土壌と十分に接触させることである。それは地下水中にはトリハロメタン原因物質が含有されていないことから、土壌は水中のフミン質を除去する能力を有していると思われている。
ところで、ダムの建設費は堤高の三乗に比例して高くなり、例えば、堤高１５０ｍの大規模ダムと堤高２０ｍのダムを比較すると、（１５０／２０）３＝４２２、即ち、堤高１５０ｍの大規模ダムを１箇所造る費用は、堤高２０ｍの小規模ダムを４２２箇所造る費用とほぼ同価格であると言える。
ただし、在来型の小規模ダムは、流下する土砂で短期間にダム湖が埋もれてしまうので、発電できる水量は渇水期の水量だけであり、豊水期と洪水時の水量は無効放流され、これが発電コストを高くする要因になっている。
本発明は、このような小規模ダムを含めた在来型のダムによる発電方式が抱える上記問題点を解消するためになされ、その目的とするところは、膨大なエネルギーを使わずに、水力発電をしながら砂礫を平野部まで流送でき、かつ、ダム本来の機能である水力発電、揚水発電、洪水防御、利水、砂防、魚道確保等を永久に維持できる、自然環境に優しく安全で経済的にも有利な水力発電方法を提案することにある。
発明の開示
そこで、発明者は、上掲の目的を実現するために鋭意研究した結果、以下の内容を要旨構成とする発明に想到した。すなわち、
本発明は、ダム湖の湖底にダム堰堤から上流部に延びる取水管を設けると共に、その先端に取水口を設け、さらに取水管の途中にもダム湖の湖底に沿って複数個の枝管を配設すると共に、その先端に取水口を設け、一方、前記取水管に排水弁を介して通じると共に、ダム堰堤の下流側に導出されて発電所の水車に通じている導水管を設け、水力発電時には、導水管から発電所の水車に水を供給して発電すると共に、ダム湖に流下する土砂や有機物を取水管および枝管の取水口から吸引し排出するような水力発電方法において、
前記取水管を可撓性を有する管継手を介して接続された複数の配管から構成して、各配管の先端の取水口を湖底の隅々まで移動可能にすると共に、各配管の内面を軟質ゴム製のチューブの外周面に着色ウレタンゴム層を設けてなるライニングチューブでライニングし、軟質ゴムが摩耗してウレタンゴム層が露出したらライニングの取替え準備をしてライニングだけを取替えて、取水管の耐用年数を永久化することを特徴とする水力発電方法である。
すなわち、図１のように上流から流下する土砂や有機物を取水管１ｃの取水口２２ａおよび枝管取水口２２ｂより吸引排出し、土砂や有機物は一切ダム湖に貯留させず、小規模ダムでも電力調節、洪水防御、利水、砂防などの機能を永久的に果たさせるようにし、ダム上流の河床４を深く浚渫して湖底を水平が逆勾配になるようにし、貯水効率Ｑ／Ｖ（Ｑ：貯水量，Ｖ：堰堤体積）を大きくして費用対効果を最大にするような水力発電方法である。
図１において、取水管１ｃに吸引された土砂は、排水弁２１を介して大口径の導水管１ａ（通常３ｍ径）に合流できるようにし、他の多数のダムと導水管を共同利用して発電所まで導水される。
在来方法の小規模ダムは、たとえば、図６に示すような河川の月毎の流量曲線から分かるように、渇水期の水量では全水量の１／３しか使用できず、その上、落差の小さい発電しかできないが、それに対し本発明は、ダム湖底に設けた取水管を、排水弁を介して導水管に繋ぐだけで落差が数倍（ｍ倍とする）になり、流量は３倍であるから発電量は３×ｍ倍になり、発電効率ＱＨ／Ｖ（Ｈ：落差）を最大にすることができる。
ダム湖の土砂や有機物を隅々まで吸引して排出するため、取水管の先端取水口２２ａおよび枝管２２ｂにフロートタンク２３を付け、定期的にフロートタンク内に圧搾空気を送って浮上させ、圧搾空気を噴射して、その位置を変えて土砂堆積位置に沈設させる。これら操作はコンピューター制御と遠隔操作によって行うが、この移動を容易にするため、取水管１ｃおよび枝管は、後述するような可撓性を有する鋼管継手で接続する。
上記水力発電を円滑に実施するために、ダム建設前に予め河床４およびダム湖の湖底に埋没した巨礫を掘り起こし、砂利の大きさ（粒径６０ｍｍ以下）までクラッシャーで粉砕して取水管に吸引されやすくするか、セメントで固定しておくことが望ましい。
砂礫の粒径ｄ（ｍ）と、流速により砂礫が流動し始める始動流速Ｖｃ（ｍ／秒）との関係は次式で表現される。
Ｖｃ＝４．０（ｄ）１／２
たとえば、砂礫の径が６０ｍｍの場合、Ｖｃは１．０ｍ／秒である。取水口から離れると流速は距離の３乗に逆比例して遅くなるが、６０ｍｍ以下の径の砂礫なら取水口２２からある程度離れていても吸引可能であり、導水管１内の詰まりの恐れはなく、少ない流動抵抗で流れ下り、砂礫集積場まで流送可能である。このような砂礫が砂礫集積場まで流送された時、篩分けだけでコンクリート骨材に利用できる。
上記水力発電方法において、ダム堰堤の下流側に集魚プールを設けると共に、その集魚プールからダム湖に通じる潜孔魚道を設け、ダム湖の貯水を水力発電に使う場合は、その水位が回遊魚が上流に溯上可能な水位Ｈ１以上に達した際には、ダム湖の貯水を前記切換弁を開いて導水管に流し、その水位が前記集魚プールまで溯上して来た魚が潜孔魚道を通って溯上可能な水位差Δｈになるような水位Ｈ２になるまで使いきると同時に、潜孔魚道の水門を開いて、集魚プールの魚を溯上させ、水位差Δｈがゼロになった時、潜孔魚道の水門を閉じるようにすることが望ましい。
すなわち、図１に示すように、ダム堰堤の下流側の集魚プール（副ダム）２５ｃまで溯上してきた魚を、潜孔魚道２６ｃを通ってダム湖に溯上させる方法である。
そこで、水力発電時は、所定水位Ｈ２まで使い切る。所定水位Ｈ２とはダム堰堤の下流側に設置された集魚プール（副ダム）で溯上して来た回遊魚が潜孔魚道を通って溯上できる水位差Δｈである。それは通常０．２ｍである。その時の潜孔魚道内の最大流速Ｖｏは、ｇを重力の加速度とし、Δｈを落差として次式で求められる。
Ｖｏ＝（２ｇ・Δｈ）１／２
ここで、Δｈの落差とは、ダムの水位と集魚プールの水位差である。従って、Ｈ２は集魚プール（副ダム）の水位より上記の式で求めたΔｈだけ高い水位をいう。Δｈを０．２ｍとして潜孔魚道の水門を開けば、潜孔魚道内の最大流速Ｖｏは２ｍ／秒となる。回遊魚が魚道を溯上する時は、その魚の突進速度で溯上する。その突進速度は（魚の体長の１０倍）／秒である。ただし、突進速度は６秒しか持続できない。長時間持続可能の巡航速度は、魚の体長の２〜４倍／秒である。それ故、魚道内の流速は、魚の突進速度より小さい速度でなければならない。潜孔魚道２６ｃの水門を開くと集魚プール２５ｃの魚は体で流れを感じ溯上本能を刺激され、流れに逆らって泳ぎ、魚道を通って上のダム湖に溯上する。
潜孔魚道２６ｃを通った水は、集魚プール２５ｃを経由して渓流を通って、更に下流側にあるダム堰堤の上流側に設けた集魚プールに流れ込み、そこの魚の溯上本能も刺激して渓流を溯上させ、更にその下流側ダム堰堤の潜孔魚道の水門を開き、集魚プールの魚、更に下流側ダム湖の魚も流れを体に感じて溯上本能を刺激され溯上を開始することができる。
また、上記水力発電方法において、ダム湖の上流に巨礫流下防止堰堤を造り、その堰堤は、粒径が所定値以下の砂礫および水をダム湖に流し、粒径が所定値を超えた巨礫や流木や木の枝は、そこで塞き止められるような縦長の切り目（隙間）を有する構造とし、さらに、前記巨礫流下防止堰堤の上流側に集魚プールを設けると共に、下流側にもダム湖に通じる他の集魚プールを設け、また上流側集魚プールと巨礫流下防止堰堤との間およびダム湖と前記他の集魚プールとの間に、それぞれ複数個の潜孔魚道とその水門を設けて、その水門を適時開閉することによって魚が上流と下流の両方向に行き来できるようにすることが望ましい。
巨礫は定期的にクラッシャーで所定値以下の粒径に粉砕されて、ダム湖に流下させるか、ダム湖に流されないようにセメントで固定すること望ましく、それによって、豪雨時に巨礫がダム湖に流入することを効果的に防止することができる。
すなわち、図１に示すように、ダム湖の上流に巨礫流下防止用の堰堤２４を配設し、その堰堤には縦長の切れ目を形成して、砂利以下の粒径（６０ｍｍ以下）の砂礫だけが、切れ目を通って流下させるようにする。
上記堰堤２４で塞き止められた巨礫は、定期的にクラッシャーで砂利の大きさまで粉砕され、堰堤に設置している潜孔魚道２６ａおよび２６ｂを通ってダム湖に流下させるようにする。
また、堰堤２４は、下流に向かって突出した円弧状の堰堤を造り、流下する巨礫が円弧の中央に集まるようにする。その上流側には、図１に示すように集魚プール２５ａを、下流側には集魚プール２５ｂを堰堤と一体構造に造ることが望ましい実施の形態である。
集魚プールの２５ａと２５ｂの間の堰堤２４の下部には、潜孔魚道２６ａを、集魚プール２５ｂとダム湖の間には、潜孔魚道水門２６ｂを複数か所設置する。集魚プールは、魚の生息に十分な水深を常時保有できる構造にする。洪水時は集魚プールは巨礫や土砂で埋まり潜孔魚道の幾つかは機能しなくなっても、堰堤の両端の潜孔魚道は機能できるような構造にする。集魚プールを埋めた巨礫は、定期的にクラッシャーで砂利の大きさまで粉砕して、潜孔魚道２６ａ、集魚プール２５ｂ、潜孔魚道２６ｂを経由してダム湖に流す。集魚プール２５ｂと地山の間に３０ｃｍ前後の水深を常に保持し、砂利を敷き詰めた浅場を隣接させる。そこに地山からの湧き水や支流を流れ込ませ、魚の産卵および稚魚の成育に理想的な環境を造ることができる。
本発明の水力発電は、河川の最上流部から階段状にダムを造る方式であり、在来方に比べ何倍も多く地下の滞水層へ浸透している。この滞水層の水は何か月後には再び河川に湧き水として戻ってくる。その湧き水量は在来方の何倍も多い。
これは地下の滞水層を地下のダムとして機能させていることになり、渇水期でも河川に水が流れる。在来方のダムを造ると、河川の魚の生息数が激減する。その原因の一つはダムの水位変動が大きく、産卵に適した浅場が無くなるためである。この理想的浅場を集魚プールの両岸側に造ることによって、従来の問題は解決する。
湧き水の流れ込む緩やかな流れの浅場を魚が好んで産卵するのは、湧き水の水温が夏冬殆ど変わらず、太陽光が底まで達し、溶存酸素の供給も十分であり、地山から流れ込む有機物が容易に発酵分解し、プランクトンが繁殖しやすく、それを餌にする稚魚の成育に適しているからである。もし湧き水が無いときは、地山の滞水層に達する水平ボーリングを施工して人工的に湧き水を造る。そして湧き水は浅場を緩やかに流れ、集魚プールを経由してダム湖に流れ込む構造にする。また、浅場の卵や稚魚が洪水で流されないように浅場に激流が流れ込まないような構造にする。ダム湖の水位が回遊魚溯上可能な水位Ｈ１以上に達した時、潜孔魚道２６ｂの水門を開いて、集魚プール２５ｂの水をダム湖に流し、ダム湖の回遊魚の体に流れを感じさせて溯上本能を刺激して流れに向かって泳がせ、集魚プール２５ｂに溯上させる。次に魚道水門２６ａを開いて、回遊魚を潜孔魚道２６ａを通って集魚プール２５ａに溯上させる。更に回遊魚を集魚プール２５ａに流入する渓流に溯上させ、上流のダムの集魚プール（副ダム）まで溯上させる。その上流のダムの水が発電に使われ、その水位が前記のＨ２まで下がった時、ダム堰堤に設置されている潜孔魚道の水門が開き、回遊魚は上流のダム湖に溯上させる。
電力需要のオフピーク時には、余剰電力で多数のダムに揚水し、回遊魚を円滑に溯上させ、また降下魚を安全に降下させるよう次の方策を実施することが好ましい。
▲１▼水系の本流および多数の支流の最上流部にダムを造る。また水系の途中で流れ込む湧き水や支流は、その水を可能な限り標高の高い地点で貯留できるよう、その地点に階段状にダムを造る。
▲２▼これら多数のダムを、山地の麓の発電所間の落差５００ｍ以上の高落差グループ、落差５００ｍ〜３０ｍの中落差グループ、３０ｍ未満の低落差グループに分ける。中落差グループのダム湖の内で貯水容量の比較的に大きいダム湖を大落差ダムの下池とし、そこに大落差の発電所を、低落差のダム湖の内で貯水容量の比較的大きいダム湖を中落差の下池として発電所を、山地の麓の河川敷を深く長く浚渫して、そこを低落差の下池として発電所をそれぞれ設置する。各発電所から最上流部のダムの近くまで大口径導水管を敷設し、一本の導水管に多数のダムを共同利用させるため、図１に示すようにその周辺の多数のダムの取水管１ｃと導水管１ａとを前記排水弁２１を介して繋ぐ。
▲３▼水力発電をする際は、落差が大中小の各グループの導水管内の水位に近く、ダム水位が前記回遊魚が溯上可能なＨ１以上のダムの中で最も標高の高いダムから、導水管に通じる前記の弁２１を開いて水力発電に使用し、水位がＨ２まで下がるまで使い切り、次に標高が高く、水位がＨ１以上のダムの弁を開いて水力に使う。
ダム水位がＨ２になると、潜孔魚道２６ｃの水門を開いて集魚プール２５ｃまで溯上して来た回遊魚を潜孔魚道２６ｃを通って溯上させ、同時に降下魚も降下させる。
▲４▼電力需要がオフピークになった時、水力発電を停止する。そして余剰電力を使って水車を逆転させ、下池の水を揚水して導水管内の水位を上昇させる。ダムの水位がＨ１より低く、導水管内の水位に近いダムの弁を開いて、そのダムの水位がＨ１に達するまで揚水し、水位がＨ１になった時、弁を閉じる。そして次に標高が低く、Ｈ１に達していないダムの標高まで導水管の水位を上昇させ、そのダムの弁を開いて水位がＨ１に達するまで揚水する。これを繰り返す。
▲５▼ダム水位がＨ１に達すると、巨礫流下防止堰堤の下流の集魚プール２５ｂに通じる潜孔魚道２６ｂの水門を開き、集魚プール２５ｂの水をダム湖に流す。回遊魚はその流れを体で感じ、溯上本能が刺激され、流れに向かって泳ぎ、潜孔魚道を通って集魚プール２５ｂに溯上させる。次に潜孔魚道２６ａの水門を開き、集魚プール２５ａに溯上させる。更に渓流を溯上させて、上流のダムの集魚プール（副ダム）に達するようにすることが好ましい。
さらに、上記水力発電方法において、導水管と発電所との間に砂礫分離槽を配設すると共に、導水管の延長線上には砂礫分離槽で分離された砂礫を排出するための排砂管を配設し、取水管に吸引された水、砂礫および有機物を、前記排水弁を開いて導水管を介して排出し、さらに砂礫分離槽において水および有機物と砂礫とに分離し、水および有機物を発電所の水車を経由して河川に放流すると共に、砂礫を排砂管を介して砂礫集積所まで流送することが望ましい。
すなわち、図１に示すように、砂礫が混じった多数のダムの水を大口径の導水管１（通常は３ｍ径）に集め、発電所の水車に入る前で砂礫分離槽１１を配設するとともに、導水管１の延長線上に排砂管２（２ａ、２ｂ）を配設して、砂礫を排砂管２に分離する方法である。
発電時は、排砂管先端の弁１９は閉ざされ、排砂管内には流れずに砂礫分離槽１１の内壁に沿って流れるが、掃流状態で流れ下った砂礫は遠心力で排砂管内に弾き出される。土砂浮上防止リング９の幅は、導水管の径が３ｍならそれに等しいか、それ以上にして砂礫が上昇しないようにし、導水管を出た水は総てリング下に流れ込むようにする。浮遊状態で流れ下った砂６は、排砂管２との分岐部で図２の矢印のような渦流７が生じ、それに巻き込まれて排砂管内に沈積する砂もあるが、他は土砂浮上防止リング９の下を砂礫分離槽１１の側壁に沿って旋回し、砂は下記の式で表される遠心力ｆを受け、シルトや粘土と共に側壁表面に集積され、塊状になって槽下部に落ち排砂管内に入る。
ｆ＝ｍｖ２／ｒ
ｍ：物体の質量
ｖ：円周上の速さ
ｒ：円運動の半径
砂、シルト、粘土の比重はほぼ２．６であるから、砂礫分離槽１１の側壁表面に集積するが、有機物の比重は水と大差ないので、水と共に旋回しながらリングの無い槽の中央に向かって流れ、導水管１ｂに向かって上昇し、水車を経由して河川に放流される。
河川に放流された有機物は、河川の溶存酸素で発酵分解され無機の栄養塩になり、魚介類を繁殖させ、在来型の食物連鎖の切断による生態系破壊は起こらない。
一方、排砂管内に流れ込んだ砂礫は、発電中は排砂管先端の弁１９が閉ざされているので流れはないが、水車に水流が当たる反力で圧力振動を受け、それにより液状化して傾斜面に沿って流動し、排砂管２ａおよびサージタンク１８の貯留される。それの排砂は、電力のオフピークで発電停止の際に行う。その方法は、発電停止と同時に図１の排砂管２ｂ先端の弁１９を開き、発電停止時の起こる導水管の慣性力（水撃）を利用して静止している砂礫を揺り動かし、流動化し弁１９に向けて流す。水撃の衝撃を緩和するためにサージタンク１８を設置し、そこから排砂管２ａより小径排砂管２ｂ複数本に分岐させ、複数か所の砂礫集積場２０まで砂礫を流送し、コンクリート骨材として使う。これによりコンクリート骨材を動力を使わずに消費地近くまで流送できる。また海岸後退の問題も解決できる。
低落差水車のように水車に当たる流速が遅く摩耗が軽微な場合は、図５のように導水管１ａを分岐し、導水管の延長線上に排砂管２ａを、上方に水車に向かう導水管１ｂを分岐した簡略型砂礫分離装置で分離できる。世界の水力発電の経験者の意見を総合すると、低落差の場合は流速は遅く、砂礫摩耗は軽く、分離すべき砂礫の粒径は１〜３ｍｍと報告されている。砂礫の粒径が大きい程、水中の沈降速度は速くなる。例えば、粒径１ｍｍの沈降速度は１０ｃｍ／秒となり、掃流状態で流れ下り、図２のような砂礫分離槽１１は不要になる。しかし中落差、大落差になると水車に当たる流速が速く、分離すべき砂の粒径は中落差で０．４ｍｍ、沈降速度は５ｃｍ／秒、大落差では分離すべき０．１ｍｍと小さくなり、沈降差で０．６ｃｍ／秒と遅くなり、導水管内を相当な比率で浮遊状態で流れ下るので、図２のような遠心力利用の分離装置が必要である。
ただし、中落差でも乱流を生ずる湾曲部、合流部がない直線状の導水管長さが７００ｍ以上あれば、分離すべき砂礫は殆ど掃流状態になり、簡略型の砂礫分離装置で分離できる。
上記砂礫分離槽１１の内面は、下記のようにゴムライニングして砂礫摩耗を防止し、砂礫分離槽１１の耐用年数を永久化することができる。
図３は、砂礫分離槽１１の側壁と土砂浮上防止リング９のライニング部の断面図である。砂が遠心力で当たる側壁が最も激しく摩耗するので、ライニング厚さを厚くし、摩耗の少ない土砂浮上防止リング面はライニング厚さを薄くする。図４のような軟質ゴムライニングシート１２を製作し、そのシートの槽に接する側の面は予め未加硫着色ウレタンゴムをコーティングし、加硫してウレタンゴムの層を形成させておく。そして着色ウレタンゴム１６の層の厚さは１年以上砂礫の摩耗に耐える厚さにする。そのウレタンゴム層の面を両面粘着シート１７を介して槽の表面に粘着する。また前記の軟質ゴムライニングシート端部に強化繊維入りゴムシート１３を加硫接着し、その強化繊維内臓のゴムシートを槽にボルト、ナット１５で締め付け固定する。前記の軟質ゴムライニングシートが摩耗して、着色ウレタンゴムの層が露出した時、前記と同様な方法で新しいライニングを製作し、取替え準備をする。摩耗ライニングの取替えは、前記ボルト・ナット１５で固着した部分を外し、両面粘着シートで粘着した部分を引き剥がし、前記の方法で新しいライニング・シートを貼り付ける。こうして砂礫分離装置の耐用年数を永久化する。ライニング・シートの材質は、鉄鋼より１２倍ほど摩耗に強い軟質天然ゴムを使う。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の水力発電方法を実施する好適な形態について説明する。
ダム湖から流下する土砂や有機物を取水管１ｃに優先的に吸引し、排水弁２１を介して大口径（通常３ｍ径）導水管１ａに合流させ、水が発電所の水車に入る前に、比重がほぼ２．６の砂礫を遠心力によって砂礫分離槽１１で分離させる。比重が水と差の少ない有機物は分離されずに水車に通じる導水管１ｂと、水車を経由して揚水発電用の下池に流される。下池でも汚泥、有機物は堆積させずに取水管で吸引され、水力発電後、河川に放流される。
一方、排砂管２ａに流れ込んだ砂礫は、排砂管先端の弁１９は発電時は閉じているので管内の流れはないが、水車の羽に水流が当たる反力による圧力振動があり、それにより砂礫は液状化し、管の傾斜面に沿ってサージタンク１８に向かって流動し、貯留される。
排砂管２ａの管径は通常３ｍとし、サージタンク１８で排砂管２ａより管径の小さい排砂管にする。その径は６０ｃｍ〜１ｍぐらいにする。この弁を閉じる時も水撃が起こるが、径が小さい程、水撃が小さく、弁の開閉は容易である。また弁を閉じる時は、多数の弁を同時に閉じるのではなく、順次に閉じて水撃は緩和する。
本発明に使う取水管、導水管及び排砂管は、本発明者が提案する下記の鋼管継手とパイプラインの連続ライニング工法に関する発明を組み合わせて使うことが望ましい。
（１）鋼管継手
▲１▼特許第１９８６１４４号、「管継手構造」、
▲２▼特願２０００−２４０２５１、「管継手構造」
（特長）
本発明では、導水管の長さが在来方法の数十倍も長くなる。在来方法の鋼管の溶接接続時間は、１ｍ径で８時間、外径、管厚に比例して接続時間は長くなり、３ｍ径で８０ｍｍ管厚では３０時間以上もかかり、導水管敷設の多額のコストと工期がかかる。そのために導水管（水圧鉄管）の敷設長さは極力短くせざるを得なかった。
上記の二つの先行提案発明は、鋼管を数百本直線状に配列してワイヤージャッキで一括して圧入接続し、一本当たりの接続時間は１４秒で接続可能で、未経験者でも容易に接続できるので接続費と施工時間はゼロに近く、関連する工事を含めても、工費と工期は数十分の一なる。そうすると在来方法で導水管（水圧鉄管）は可能な限り、短くしなければならなかったが、上記鋼管継手を使えば導水管を数十倍長くして落差を最大化する方が経済的である。更に、上記鋼管継手は自封性構造で高圧でも漏洩せず、伸縮性や可撓性があり、震度６以上の大地震でも破断しないという特長がある。
（２）連続ライニング工法
▲１▼特許第１６９８２１９号「粘着再材層を含む積層ライニングを具えるラインパイプおよびその施工方法」
▲２▼特願平１１−０８９０５８「ライニングパイプのライニング構造およびライニング取外し方法」
▲３▼特願２００１−２０５３７４「パイプラインのライニング方法およびライニングの取替え方法」
（工法の概要と特長）
本発明では、ダム湖に流下する砂礫を積極的に吸引し排出すると、砂礫混入率は在来より６倍多く、かつ粒径が大きくなるため、管下部が上部の８〜１０倍多く摩耗する。また在来方法より高落差であるため、流速は毎秒十数メートルになり、摩耗は流速の二乗に比例して増加する。このため摩耗量は在来の数十倍摩耗し、在来のどの摩耗対策も半年で使えなくなる。現状の水圧鉄管は１５ｍｍも管厚みを厚くして摩耗代としているが、こうしても一年余りで摩耗して鉄屑になってしまう。
またガラス繊維強化ポリエステル樹脂のＦＲＰ管も耐用年数は半年ぐらいであり、それを超えると摩耗量が大きくなり産業廃棄物にせざるを得ない。その他のいずれの摩耗対策も同様で使えない。これ対して、上記連続ライニング工法は、耐用年数を永久的にできる。その工法は、上記鋼管継手で数キロメートルのパイプラインを敷設し、その両端部はフランジ継手とする。
その長さより少し短いライニングチューブをパイプライン内に引き込み、ライニング引き伸ばし長さ合わせして、ピグでチューブを拡管圧着する連続ライニングする方法である。ライニングチューブは鉄鋼より耐摩耗性が１２倍も優れている軟質天然ゴムを使う。チューブの下部厚さは６５ｍｍ、上部厚さは８ｍｍになるように押し出し成型する。チューブの長さは前記パイプライン長さより少し短くして、その両端にフランジ部をシールするガスケットを加硫接着する。このチューブ外周にプライマー塗布後、未加硫で液状の着色ウレタンゴムを塗布し、加硫硬化させる。その層の厚めは砂礫摩耗に一年以上耐える厚さにする。これを高強度の合成繊維製の補強シートに包んで前記の既設パイプライン内に引き込む。ライニングチューブの先端に加硫接着しているガスケットをパイプライン端のフランジ面に合わせるため、少し短めに製作せれたチューブを引き伸ばして、長さを合わせる。その後、チューブをピグで拡管して鋼管面に圧着してライニングする。
ライニングチューブが摩耗して前記の着色ウレタンゴム層が露出しれば、１年以内にライニングの取替えが必要であるとの警報であるので、その間に新しいライニングチューブを製作し取替え準備を整える。取替えは、パイプライン両端の粘着部分を引き剥がし、チューブ内に真空ポンプのサクションパイプを入れ、チューブ両端をシールして中の空気を抜けば、チューブは大気圧で押し潰される。
これを捩じりながら下流側に引き出し、同時に上流側より新しいライニングチューブを引き入れて、ライニングを取替える。この様にすれば、鋼管は全く摩耗してないので、耐用年数は永久的になる。チューブ引入れ、引出しに使った補強シートも殆ど傷んでいないので再利用できる。また特に熟練を要せず、小人数で高速のライニングができるという特長を持っている。
水力発電は、多数のダムの内で回遊魚溯上可能水位Ｈ１以上のダムの水だけを使い、Ｈ１水位に達しないダムの水は、Ｈ１水位に達するまでは水力には使わない。こうして洪水時のダム堰堤を越える無効放流を極力避けると共に、水位Ｈ１に達していないダムまで溯上して来た回遊魚を出来るだけ早く上流側のダムの集魚プールに溯上を可能にする。
導水管路は湾曲部と直線部がある。湾曲部は流体の遠心力が作用するため、アンカーブロックを介して、鋼管を地盤に固定する。高落差のため流速は毎秒十数メートルを越え、砂礫による局部摩耗が起こるので曲率半径は２５Ｄ以上（Ｄ：管外径）にする。湾曲部には１ｍ長さ管を新鋼管継手で接続し１２ｍ長さの可撓管を使う。直線部分は定尺の長さの鋼管を何百本を直線状に配列して、ワイヤージャッキで一括圧入して接続する。
ダム用道路を造るため森林伐採、山斜面の削取り、盛り土などで、土砂が流失しやすくなる。洪水があると川の水が真っ赤に濁り、洪水が収まっても慢性的な濁りが続く。それが数年続くと、渓流に棲むカジカなど魚類、水中昆虫などは繁殖が困難になり、絶滅状態に陥る。これを防止するために次の処置を講ずる。
１）工事用資機材の搬入は、総て索道で行う。
２）ダム湖の両岸のコンクリート護岸は廃止して、ドイツ、スイスなどで採用する自然に近い工法を採用する。その工法は、木の枝と麻の紐で編んだ網で土を押さえ、土砂の流失を止め、そこに水草や葦や湿地林を植え付けて根付かせる。どんな草花をどの場所に植えるかは、近隣の自然環境を一年以上調査して決めるが、水辺を好むスゲ、ヨシ、水位変動に強いオオバヤナギ、ドロノキ、ケヤマハンノキなどの湿地林などを植える。木の枝や麻の紐が腐って土に還る頃は、植物の根が張り巡れされ、土をしっかり捕らえて、土砂の流出を防止する。
３）ダム湖の両岸に各種の草木が混合した混交林を植林して河畔林を造る。例えば深根性の木（スギ、クヌギ）と浅根性の木（ヒノキ、ブナ）の木を混植する。これらより、豪雨があっても樹木の樹冠の広がりによって土壌への直接の圧力を和らげ、また下層植生や根の働きによって土流の流れを止めることができる。混交林の植林は土砂崩れを防止できる。多くの専門家は、「混交林が単純林より山崩れ防止に明らかに有効である。森林の土壌はスポンジのように柔らかく、降水を吸収し貯える能力をもっている。集中豪雨にあっても直接ダム湖に流れ込む表流水を抑え、土壌の間隙に貯え、更に地下の滞水層に移動し、何か月後、湧き水として再び河川に流れ込み、自然のダムの機能も果たしている。また水辺に張り出した枝からは落葉のみならず多くの陸生昆虫が落下する。河川内での落葉の流出が進み、水生昆虫の現存量が少なくなる夏の期間、水辺林から落下する陸生昆虫の量が逆にピークになる。河川内が貧栄養状態のこの期間、落下昆虫は魚類の栄養を補う重要な食物源になる。」と述べている。
以上に述べたように、この発明によれば、現状の水力発電、揚水発電、利水用水池、砂防ダム、魚道確保などが抱える総ての問題を解決することができる
（１）ダム湖の土砂の堆積は、ダム機能を低下させるだけでなく、多くの被害を与えている。そして堆砂を取り除くため膨大なエネルギーが浪費されている。
本発明はエネルギーを使わずに、水力発電をしながらコンクリートの骨材に使える砂礫を平野部まで流送できる。かつ、ダムの本来の機能である水力発電、揚水発電、洪水防御、利水、砂防を永遠に維持できる。
（２）在来方法では上流から流下する有機物は、大部分がダムで塞き止められている。そのためダム湖は富栄養化して水道原水の水質が悪化させ、カビ臭物質を含み、安全性の低下した水道水の飲用を余儀なくされている。その原因は流れがある状態では生息することができない有害な浮遊性藻類の植物プランクトンが静水になると増殖を始めるためである。
本発明の水力発電では、水力発電時は有機物（汚泥）を優先的に吸引して排出してダム湖が空に近いＨ２水位まで使い切り、オフピーク時は揚水され、水は毎日流動しているので、富栄養化は起こらず、静水中にしか増殖しない有害な植物プランクトンは発生しない。流動している水中で発生する植物プランクトンは無害なプランクトンであり、同時に発生する動物プランクトンに捕食され、それを水性昆虫や魚が捕食し、活発な食物連鎖が行われ、清澄な水質が保たれる。
（３）水導水中に発癌性物質トリハロメタンが年々増加し、ＷＨＯ（世界保険機構）が定める基準値０．０３ｍｇ／リットルを越える水道水が増え大きな問題になっている。トリハロメタンは水道原水中の有機物と浄水場で加える塩素が反応して生成されたものである。流入量に比して貯水量の大きいダム、即ち、水の回転率が小さいダム湖がトリハロメタン生成能が高まり易い。また藻類の代謝・分解産物がトリハロメタン原因物質になり、微生物によって分解されにくい有機物であって、通常の下水処理場の活性汚泥という微生物では除去率が低く、２０％程度である。現在行われている浄水場のオゾン処理と活性炭処理を加えた高度処理である。しかし削減率は６０％であり、原水のトリハロメタン原因物質が現状のように増加し続ければ、この効果は半減する。そこで発生源対策が必要であり、地下水中にはトリハロメタン原因物質が殆ど含まれていないことから、表層の土壌と十分に接触させる方法が研究されている。本発明の水力発電ではトリハロメタン原因物質の発生は皆無である。その理由は、
▲１▼水力発電時はダム湖が空に近い水位まで使い切り、汚泥は残らず排出され、電力のオフピーク時は揚水され、ダム湖の水は適正な栄養塩濃度に保たれ、かつ流動しているので、有害な浮遊性藻類の植物プランクトンは発生しない。
▲２▼ダム湖の水位が下がった時、自然に近い護岸工法で護岸の土壌は大気と太陽光に晒され、有機物の活発な分解が行われ、また、湖底も溶存酸素と太陽光が行き渡り有機物の活発な分解が行われ、難分解性であるトリハロメタン原因物質も分解され無機栄養塩になる。
▲３▼水位が上昇すれば分解された無機栄養塩は、自然に近い河川工法による護岸より土壌に浸透して護岸の植物や河畔林に肥料として吸収され、樹木を繁茂させる。
▲４▼本発明の水力発電方法における階段状の多数のダム湖の水の約２割は、自然に近い河川工法護岸や湖底より浸透して地下の滞水層に貯留され、何か月後に再び河川に湧き水となって戻ってくる。その地下水の移動過程で難分解性であるトリハロメタン原因物質の自然浄化が行われる。
▲５▼河川敷の巨礫は、粒径６０ｍｍ以下の砂礫に粉砕し、その砂礫間を水が流れる過程で有機物が微生物により活発に分解され、難分解性であるトリハロメタン原因物質も分解される。
（４）ナイル川にアスワンハイダムが建設された後、ナイル河口の漁獲量が１／１０に激減し、デルタ地帯の農業は大量の化学肥料が必要になった。同じ現象が世界各地のダムで起こっておる。これは上流から流下する有機物がダムにより塞き止められ、食物連鎖が切断されるためである。
本発明の水力発電方法では、流下する有機物は取水管に優先的に吸引して残らず下流に流し、河川の溶存酸素による自然浄化作用で無機の栄養塩に発酵分解し、活発な食物連鎖が行われ、漁獲量を昔の豊かな漁場に復活させることができる。
（５）河川流域の理論包蔵水力量に近付けることができる。その水系に大規模ダムを作った場合と比較し、発電量を数倍に増加させ、発電コストを安くできる。ダム建設費は堤高の三乗に比例して高くなる。例えば堤高１５０ｍの大規模ダムの建設費は、堤高２０ｍの小規模ダムを（１５０／２０）３＝４２２箇所造るのとほぼ同じ費用になる。この小規模ダムを新水力発電のダム湖の湖底を水平が逆勾配になるまで河床を深く浚渫すると、その貯水量は堤高１５０ｍの大規模ダムの貯水量の約２倍になる。即ち、半分の約２００か所で大規模ダムと同じ集水流域面積の水を分に貯水できる。その２００か所のダムを河川の本流、多数の支流の最上流部にダムを造る。そして山地の麓の発電所までの間の多数の支流、湧水を高き標高で貯留するため階段状に多数のダムを造る。そうすると、これらダムの平均落差は大規模ダムの落差の３〜６倍になる。発電量は（落差）×（流量）に比例するので本発明の水力発電量は在来型大規模ダムの３〜６倍になり、発電コストは大規模ダムより安くなる。一方、在来型小規模ダムの発電コストは３０円／ＫＷｈ以上で、火力発電の６円／ＫＷｈと比較し高い、これが小規模水力発電を開発する上の大きな障害になっている。
本発明の水力発電にすると小規模ダムの１／１０の３円／ＫＷｈ以下の発電コストになる。その理由は、
▲１▼在来型小規模ダムの水力発電は、図６のように渇水期の水量しか発電に使えず、豊水期、洪水時の水量は無効放流されるが、本発明の水力発電はダム上流の河床を深く浚渫して貯水量を増大させ、豊水期、洪水時の水量を総て発電に使い、その水量は在来型の約３倍である。
▲２▼在来型小規模ダムは、集水流域面積が狭く流量が少なく落差も５０ｍぐらいの地点でも、本発明の水力発電では僅かの長さの取水用導水管を３ｍ径の導水管に連結するだけで何十倍の落差と発電量が得られる。
▲３▼本発明の水力発電方式は、何百の小規模ダムが導水本管、発電所、送電設備など共同利用できる。
▲４▼在来型小規模水力は発電だけの機能しかないが、本発明の水力発電は、水力発電、揚水発電、洪水防御、利水、砂防、魚道なで多機能であり、それぞれの受益者に建設費のアロケーション（費用割当）ができる。
▲５▼ダム湖は土砂と汚泥の堆積が永久的の起こらず、水力発電、揚水発電、洪水防御、利水、砂防、魚道の諸機能を永久的に持続し、導水管も永久的に稼働し続けるので減価償却費はゼロに近い。
（６）在来型の大規模ダムは多目的であるが、多目的の機能を十分に果たしていない。例えば洪水調節の制限水位方式は、洪水が予想される期間は無効放流して貯水位を一定水位まで下げ、洪水を調節できる容量を確保しておく方式である。
その一定水位を越える降雨があれば、無効放流をする。この無効放流は水力発電と利水の立場からはマイナス効果である。また洪水時の洪水調節方式に一定量放流方式と一定率一定量放流方式がある。これは平野部の人家が密集している地帯の河川水位が上昇して、水量調節を最もして欲しい時に、水量を下げられずダムの洪水防御を十分に果たしていない。
本発明の水力発電では一つの水系に何百のダムを造るので、洪水の全水量を貯留可能であり、一切の無効放流はしない。その時は、ダム湖だけでなく地下の滞水層にも自然に近い河川工法の護岸から浸透した水が地下の滞水層にも貯留することになる。無効放流を一切無くして洪水時の水量を総て貯留して洪水防御の機能を完全に果たすことができる。その水系が豪雨に会った時は、余剰電力による揚水は一時中断して、洪水防御だけを機能させ、その間の余剰電力による揚水は、豪雨に遭遇していない他の水系の水力発電方式のダム湖に肩代わりしてもらう。
（７）本発明のように、河川に多数のダムを階段状に造ると、各ダムの貯水の２０％ぐらいは地下に浸透して滞水層に貯留される。その水は何か月後には再び湧水として河川に戻ってくる。階段状ダムがなく、鉄砲水となって渓流を流れ下る場合と比較して、地下の滞水層に浸透する量、湧水量は共に何倍も多くなる。湧水は夏冬の水温の変化が殆どないので魚の産卵、稚魚の成育に不可欠である。ダム堰堤および巨礫流下防止堰堤の下流側の集魚プール（副ダム）の両側の地山の間に水深３０ｃｍの砂利を敷き詰めた浅場を造る。そこに地山からの湧水や支流を導く。そこは緩やかな流れがあり、底まで溶存酸素と太陽光が行き渡り、地山から流れ込んだ有機物は発酵分解して、無機の栄養塩になり稚魚の餌になるプランクトンを繁殖させる。魚はかかる場所に好んで産卵する。それは稚魚の成育に理想的な場所だからである。湧き水は集魚プールや魚道を経由してダム湖に流れ込み、成長した稚魚も安全に降下できる。魚の繁殖に理想的な条件を揃えており、ダム建設前より魚の生息数は増加することができる。自然の河川の浅場は必ずしも理想的とは言えない。そては、自然の浅場は洪水に見舞われると、産卵した卵や遊泳力の弱い稚魚が河口まで流され死滅することがあるからである。
（８）在来型の殆どの大規模ダムには魚道が設置されていない。それは設置には巨額の費用がかかり、溯上魚も大きな標高差を溯上するのは容易でないからである。在来型中小規模のダム湖には魚道を設置しているが、溯上力の強い魚しか溯上できないという難点がある。
本発明の水力発電では、各ダム堰堤に潜孔魚道を設置し、水力発電と揚水発電とを組み合わせて溯上力の弱い魚も河川の最上流部まで溯上できる。自然の河川では滝などがあると、そこより上流には溯上できないが、本発明の水力発電では滝の下流にダム堰堤を造り、ダム水位を滝の上端まで上昇させて溯上を助けることができる。こうして回遊魚の生息範囲を拡大すると、それに比例して魚の生息数も増加し、ダム建設前の魚の生息数より増加する。
（９）河川の上流で産卵して稚魚になった魚は、ある程度に成育すると川を降下する。在来型のダム湖の水は緩やかな流れで取水口に向かう。降下魚もその流れに身を任せ取水口に迷い込み、水力発電の水車を通過する前後で猛烈な圧力変化を受け、内臓が破裂して死滅する魚が多くでる。本発明の水力発電の取水口の入り口の流速は５ｍ／ｓｅｃ以上の洪水並の流速である。魚は洪水並の流速に遭遇すると、突進速度で流れに逆らい流速の緩やかな岩影や淵に避難する習性があり、従って取水口に迷い込むことはない。そして降下魚は緩やかな流れを好み、ダム水位が下がり、潜孔魚道の水門が開いた時、その流れに身を任せ、潜孔魚道の方に向かい、そこを通って安全に降下する。
（１０）土石流の多い河川では、多数の砂防ダムを造り、土石流災害を防止しているが、砂防ダムは数年の土砂で埋まり、砂防の機能が失われている。堆積土砂を掘削して、ダンプカーで平野部の砂礫集積場まで搬送することが一部で行われているが、搬送用の道路建設費と運送費に高額な費用がかかり、採算性が悪く、あまり実施されていない。そのため、多額の費用をかけて砂防ダムを毎年新築しなければならない。また、砂礫の供給を絶たれた海岸は海岸の後退が起こり、これを防止するために、護岸堤や離岸堤を毎年巨費を投じて造り続けなければならない。
この多数の砂防ダムは、砂防だけの目的で造られているが、これを本発明の水力発電方法による多目的ダム、即ち砂防の他に水力発電、揚水発電、洪水防御、利水、魚道確保の諸機能を有するダムに改造すれば上記の問題は総て解決する。即ち、山地が土砂崩れを起こしても、本発明の水力発電方法によって、ダム湖をその湖底が水平になるまで深く浚渫すれば、土石流が堰堤を越えて下流に流れることは無く、その土砂は水力発電時に取水管に吸引させて砂礫集積場まで自動的に流送される。その砂礫は、コンクリート骨材に使ったり、海岸の人工砂浜に使う。本発明の水力発電のダムの改造費は、受益者にアロケーション（費用割当）ができるので安くできる。
（１１）石油の枯渇と価格の暴騰に備えて、風力発電、太陽光発電、原子力発電を一層増強しなければならない。しかし、これらの発電は電力調節機能が無く、オフピーク時には大量の余剰電力が発生する。その対策として大量の揚水発電所を建設しなければならないが、大規模揚水発電の上池の適地が開発し尽くされて適地が数少なくなっている。
本発明はこのような問題も解決する。即ち、本発明の小規模ダム群を揚水発電の上池とし、発電所下流に下池を造り、オフピーク時に下池の水を小規模ダム群に揚水できて、この問題が解決される。更に揚水と組み合わせると回遊魚の溯上が円滑に行われる利点がある。
（１２）既存の大規模ダムを本発明の水力発電方法に適した構造に改造して、ダム湖の堆積土砂を排出し、更にダム上流の河床も浚渫して、貯水効率を最大化して、電力調節機能、洪水防御機能を最大にできる。更に、そのダムの上流と下流に小規模ダムを造り、そのダムを揚水発電の下池および上池にする。それに使う導水管は、発明者の先行提案にかかる鋼管継手と連続ライニング工法の特長を導水管に生かすと、導水管長さが在来よい何十倍も長くても採算が合う。
（１３）風力の発電量は風速の三乗に比例するので強風地帯に設置しなければならない。ところが強風地帯は山頂や分水嶺上が多く、そこまで建設資材を搬入したり、送電設備に多くの費用がかかり、発電量にムラが多く、電力調節ができないなど欠点が開発促進の障害になっている。本発明は河川の最上流部まで索道を使って建設資材や器材を搬送しており、これを強風地帯の分水嶺および山頂まで索道を延長して、共用すれば建設費は安くなる。また送電設備も共用できる。
オフピーク時の余剰電力を使って揚水をすれば風力発電の欠点は総て取り除かれ、開発が促進される。
（１４）水力発電の未開発だけでなく、既設・工事中の水力発電をも本発明の水力発電方法に改良すれば、化石燃料の火力発電を全廃でき、石油などのエネルギー枯渇と地球温暖化等の問題が一挙に解決できる。世界の水力発電の潜在力の資料、『Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗａｔｅｒ  Ｐｏｗｅｒ  ＆  Ｄａｍ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  Ｙｅａｒｂｏｏｋ（１９９７）』によれば、日本の技術的に開発可能水力は１２９，８４０ＧＷｈ／年、既設・工事中は９１，６５４ＧＷｈ／年、開発率７０．６％と報告されている。それは本発明の水力発電方法による中小規模ダムは、渇水期水量だけでなく豊水期、洪水時の水量を総て貯留して発電に使い、その水量は在来型の約３倍（図６参照）になる。落差は平均して在来型の約５倍になり、発電量は水量と落差の積で決まるので、発電量は約１５倍になる。大規摸ダムを新水力発電に改造してダム湖の堆砂と汚泥を排出し、更にダム上流の河床を深く浚渫して貯水量を何倍にも増大させ、洪水調節に伴う無効放流、排砂のための無効放流を絶無にし、発電所位置を更に下流に移設して落差を最大化すると、発電量は在来型の何倍も増大できる。
大中小規模水力の技術的開発可能電力の現状の１２９，８４０ＧＷｈ／年は９倍１，１６８，５６０ＧＷｈ／年になり、化石燃料の火力発電の全廃は可能であり、低廉な電力により大量の水素ガスが得られ、水素ガスまたは燃料電池の自動車が一層普及し、石油、天然ガスを海外に依存しなくて済む。これを世界規模で観ると、世界の技術的開発可能の水力は１４，２２７，７８５ＧＷｈ／年、既設・工事中は２，７６９，３４４ＧＷｈ／年、開発率１９．５％である。これを新しい水力発電方法として採用すれば、技術的開発可能の水力は９倍の１２８，０５０，０７０ＧＷｈ／年、になる。
したがって、本発明による水力発電方法を世界標準（ｄｅｆａｃｔ  ｓｔａｎｄａｒｄ  事実上の標準）として世界中に普及させれば、地球規模のエネルギーと環境問題が一挙に解決し、持続可能な発展社会が実現できる。
（１５）本発明は、ＩＳＯ１４０００シリーズのライフサイクル・アセスメントから最高の評価を受けるだろう。それは、本発明の水力発電は、ダム湖の電力調節、洪水防御、利水、砂防、魚道確保などの機能を永久的に維持し、取水管、導水管、排砂管の耐用年数は永久的であり、永遠に発電し続け、持続可能な発展社会を実現するからである。ライフサイクル・アセスメントとは、原料採取から廃棄に至るまでの製品のライフサイクル全般にわたって環境への負荷を減らしていく手法を追及するための規格である。この手法を用いて各種の発電プラントの建てるために費やしたエネルギーとそのプラントを運転するために必要なエネルギーの合計を投入エネルギーとする。それに対して発電プラントを稼働して得られた産出エネルギーの総量を投入エネルギーで割った値（産出エネルギ）／（投入エネルギー）を求める。在来方法で最も（産出エネルギ）／（投入エネルギー）の値が高いのは中小水力で４０倍である。最も低いのは太陽光発電で３倍である。
これは耐用年数が２０年と短く、生産時にエネルギーを大量に使い、その量は太陽光発電量の６年分相当だからである。石油火力発電は２０倍強、原子力発電と石炭火力発電は１７倍、地熱発電は２０倍、風力発電は１０倍である。本発明の水力発電は、同一地点、同一規模の在来中小水力発電の数十倍の発電し、耐用年数は永久的で、リサイクルのエネルギー消費はゼロであり、（産出エネルギ）／（投入エネルギー）の値は何千倍にもなる。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の水力発電方法は、膨大なエネルギーを使わずに、水力発電をしながら砂礫を平野部まで流送でき、かつ、ダム本来の機能である水力発電、揚水発電、洪水防御、利水、砂防、魚道確保等を永久に維持できるので、自然環境に優しく安全で経済的にも著しく有利である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の水力発電方法を説明するための概略図である。
図２（ａ）、（ｂ）は、砂礫分離槽１１の作用を説明する図であり、図２（ａ）は概略的な平面図、（ｂ）は概略的な正面図である。
図３は、砂礫分離槽内のライニングの説明図である。
図４は、ライニング・シート相互の接続方法の説明図である。
図５は、導水管の分岐管による簡易砂礫分離装置を示す概略図である
図６は、北陸地方の河川の月毎の流量曲線と水力発電水量を示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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【国際調査報告】
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