(57)【要約】【課題】ダム建設時に造った迂回トンネルを残存させて利用することにより、放水を無駄なく発電に利用できるばかりでなく、排砂を効率的に行うことができるため、ダムの寿命を延ばすことができ、しかも、ダムの貯水量が実質的に大きくなり、さらに、天候に合わせて貯水量を調整しやすくなるダムの水管理装置を提供する。【解決手段】落差を得るために谷間の河川を塞き止めるダムの建設において、建設の障害にならないように川水を迂回させるために、その地点の上流から川底または山を掘削し下流に至るまで配管して迂回トンネルを設けるとともに、ダムの建設後にもその迂回トンネルを残存させてなり、建設されたダムの上流側では迂回トンネルが湖底に開口する吸引口の箇所に、止水の他に、湖底の土砂の排砂と、土砂を含まない放水とを切り替え可能な排出選別装置が設けられ、下流側に迂回トンネルの放水を利用する装置が設けられている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
落差を得るために谷間の河川を塞き止めるダムの建設において、建設の障害にならないように川水を迂回させるために、その地点の上流から川底または山を掘削し下流に至るまで配管して迂回トンネルを設けるとともに、ダムの建設後にもその迂回トンネルを残存させてなり、建設されたダムの上流側では迂回トンネルが湖底に開口する吸引口の箇所に、止水の他に、湖底の土砂の排砂と、土砂を含まない放水とを切り替え可能な排出選別装置が設けられ、下流側に迂回トンネルの放水を利用する装置が設けられていることを特徴とするダムの水管理装置。
【請求項２】
水力発電所用ダムにおいて、下流側に迂回トンネルの放水を利用する副発電装置を設け、その副発電装置において、迂回トンネルの流水部に、排出選別装置による放水時に発電機の水車を回転可能に降下させ、土砂の排出時に引き上げ得るように設けたことを特徴とする請求項１記載のダムの水管理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば水力発電のために河川を塞き止めて貯水されるダムにおけるダムの水管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川を塞き止めるダムは、水力発電ばかりでなく、治水を始め、農業用水や生活用水の確保等として利用されるが、寿命や水量調整等において解決されるべき問題があるとされる。寿命については、定義的に年数を出すことはできないとされ、半永久的とする見解がある反面、管理不十分のために数十年で寿命が尽きている現実もある。その最たるものがダム湖に土砂が堆積し水の容量が喪失する場合であって、戦後に建造されたダムがそのために使用不能となっていることが問題とされる。また、多大な土砂の堆積や必要以上の過大な貯水量がダムに負荷を掛けることが原因で例えば亀裂が生じている事例もある。
【０００３】
急峻な河川では上流の河岸の浸食が原因で土砂が流れ込む。特にそのようなダムでは排砂ゲートが設けられ、排砂ゲートを開いて放水の勢いにのせて土砂が排出される。しかし、これは、一度に多量の土砂の排出がなされるために下流の河川や海を汚染することになり、そのため、自然破壊を招くばかりでなく、漁業従事者との紛争の種となっている。
【０００４】
水量は、放水により調整されるが、発電等の利用に供する水量を常時確保しながら洪水調整をすることは非常に難しく、予想を越える降水量があったときには、大量の放水により下流に危険や災害をもたらすことがある。しかも、このような放水は発電等に利用されることがなく一種の資源の無駄使いであり、また、予想を誤るとダムに水が枯渇することにもなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば水力発電所用ダムの水管理は、このように重要でありながら自然相手のために難しい問題である。また、一方では、ダムの建設においては、河川の水がその障害となるために、川底や河岸の山にトンネルを掘削して建設箇所を迂回させる手法が取られているが、ダムの建設が完了し不要となったときには埋め戻すことになっていることから、これを水管理に利用できたならば、埋め戻す費用もなくなり合理的である。
【０００６】
この発明は、上記のような実情に鑑みて、ダム建設時に造った迂回トンネルを残存させて利用することにより、放水を無駄なく発電に利用できるばかりでなく、排砂を効率的に行うことができるため、ダムの寿命を延ばすことができ、しかも、ダムの貯水量が実質的に大きくなり、さらに、天候に合わせて貯水量を調整しやすくなるダムの水管理装置を提供することを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明は、落差を得るために谷間の河川を塞き止めるダムの建設において、建設の障害にならないように川水を迂回させるために、その地点の上流から川底または山を掘削し下流に至るまで配管して迂回トンネルを設けるとともに、ダムの建設後にもその迂回トンネルを残存させてなり、建設されたダムの上流側では迂回トンネルが湖底に開口する吸引口の箇所に、止水の他に、湖底の土砂の排砂と、土砂を含まない放水とを切り替え可能な排出選別装置が設けられ、下流側に迂回トンネルの放水を利用する装置が設けられていることを特徴とするダムの水管理装置を提供するものである。
【０００８】
上記の構成によれば、迂回トンネルが当該河川の水量に合わせた能力に設計されているから、この開閉によって原則としてダム湖の水量を過不足なく如何ようにも調整可能であり、予想を越える降雨にも対応し得る。しかも、例えば放水して発電装置を稼働することにより、副産物として電力を得ることができる。また、排出選別装置がダム湖の湖底で土砂とともに水を取り入れて排砂できるため、排砂が底さらえとなることから、ダム湖の水量を大きくとることができるばかりでなく、短期的に行えば一度の排砂が少なくて済むことになる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、ダム建設時に造った迂回トンネルを残存させて利用するために、経済的に水管理装置の建設がコスト安となり、しかも、放水を無駄なく例えば発電に利用でき、また、貯水量の調整が容易であるとともに、排砂を効率的に行うことができるため、ダムの寿命を延ばすことができ、しかも、ダムの貯水量が実質的に大きくなり、さらに、天候に合わせて貯水量を調整しやすいという優れた効果がある。
【００１０】
また、請求項２の如くに構成すると、排砂時には発電を避けることにより発電機の損耗を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ダム建設に必要な排水処理についは、川底に迂回トンネルを設ける場合（図１〜図４）と、山を通す迂回トンネルを設ける場合（図５）とがあるので、その両方について説明する。
【００１２】
図１ないし図４は、河川１の川底に掘って迂回トンネル２を設けた場合を示したものである。この場合、ダム建設に先立って、まず、建設箇所の上流地点から下流地点の間を掘削しながら、鉄筋コンクリート管もしくは鋼管を埋設して耐久性のある迂回トンネル２を構築する。また、ダム５の建設完了時点の前後に、ダム５の位置よりも上流側の吸引口９に排出選別装置１１を設け、下流側に副発電所１３を設けることを念頭において必要最小限の基礎的設備を設けておくことが望ましい。なお、高い水圧の流水を通すことになるので、出来るだけ直線に近く迂回トンネル２を構築する。
【００１３】
図１は、ダムを建設する直前時に迂回トンネル２を構築した状態を示したもので、ダム５を建設した後は、図２に示すように、吸引口９に排出選別装置１１を立設し、ダム５の下には発電所１３を設けるための基礎を含む予備的工事９ａ、１３ａが施される。また、吸引口９の近くには河川の水を止める仮堰１３が設けられる。
【００１４】
図２は、ダム５を建設すると同時に、排出選別装置１１と副発電所１３を建設した全工事完了状態を図１と対比的に示したもので、ダム５の塞き止めによりダム湖１５ができている。また、下流の箇所には、主発電所が建設されており、図示しない取入口からの取水によりその主発電所が稼働する。主発電所の水取入口は、ダム湖１５の上部の高さに位置している。なお、ダム５の上部に放水のために堰板で止水される放水門が構築されているが図示は省略する。
【００１５】
排出選別装置１１は、主にこの洪水調整のための放水で副発電所１３を稼働させることと、ダム湖１５に堆積する土砂の排出のための放水と、貯水のための止水との３様の働きをするように機能するもので、その構造は様々となるが、例えば、吸引口９に円筒形の外筒１７を立設したタワー構造とする。図３は放水発電状態で、図４は排砂状態で構造を示す。
【００１６】
外筒１７には、ダム湖１５の底よりも高いレベルの上部孔１９と、それよりも低いレベルに湖底近くの下部孔２１が開けられており、それぞれを開閉する内筒形の弁体２３，２５が上下可能に嵌まっている。そして、外筒１７の上端には、弁体２３，２５を別々に上下する駆動部２７が設けられ、モータの動力により媒介部材２９を介して、弁体２３，２５が上下されることにより、発電のための放水と、土砂排出の放水のために上下両孔１９，２１が開閉される構造になっている。
【００１７】
また、副発電所１３においては、発電機３１が上下するように設定され、下位では水車３３が迂回トンネル２の流水部の位置にあるために、発電機３１が稼働する状態になり、上位になると水車３３が迂回トンネル２から抜けることにより発電不能で、土砂の放流水の影響を受けない状態となる。
【００１８】
そこで、副発電所１３を稼働するには、発電機３１を下げた状態にして（図３）、排出選別装置１１では、下部孔２１を弁体２５で閉じ、上部孔１９を「開」にすると、きれいな水が迂回トンネル２を筒抜けして、その間に発電機３１が稼働され発電がなされる。また、発電を停止するには、両孔１９，２１を弁体２３，２５で閉じておく（図示省略）。そして、いずれ土砂を排出するには、発電機３１を上位に設定し（図４）、排出選別装置１１では、下部孔２１だけ、または下部孔２１と上部孔１９との両方を開けて排水する。そうすると、周囲の土砂が水とともに吸引されて迂回トンネル２を通じて下流に排出される。このとき、発電機３１が上がっているため水車を損耗する不都合が避けられる。
【００１９】
図５は、河川１を挟む一方の山３５を貫通させて迂回トンネル３を設けた場合を示したもので、この場合も、前記実施形態と同様に、迂回トンネル３の吸引口９に排出選別装置１１を、山３５からの出口に副発電所１３が建設されている。
【００２０】
なお、上記実施例ではダムが水力発電所用である場合について説明したが、ダムの用途がこの例に限定されるものでないことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明に係る水力発電所用ダムの建設のために迂回トンネルを設けた状態を示す概略断面図である。
【図２】同水力発電所用ダムの建設と同時に水管理装置の建設状態を図１と対比的に示す建設完了の断面図である。
【図３】同建設完了の要部を放水発電時の状態において示す拡大断面図である。
【図４】同建設完了の要部を排砂時の状態において示す拡大断面図である。
【図５】他の実施形態を建設完了において示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  河川
２，３  迂回トンネル
５  ダム
９  開口としての吸引口
１１  排出選別装置
１３  副発電所
１５  ダム湖
３１  発電機
３３  水車
３５  山
【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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