(57)【要約】【課題】排砂ゲートを用いずに排砂を行い、しかも貯水池の全体に亘って排砂する。【解決手段】ダム湖等の貯水池２に堆積する土砂３を排砂管７により吸引して排出する排砂方法において、上記堆積された土砂３の表面４に、これに沿って上記堆積土砂３を覆うシート状部材５を敷設し、該シート状部材５の裏面部より上記堆積土砂３に上記排砂管７の吸引口１１を臨ませて、吸引排砂するようにした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダム湖等の貯水池に堆積する土砂を排砂管により吸引して排出する排砂方法において、上記堆積された土砂の表面に、これに沿って上記堆積土砂を覆うシート状部材を敷設し、該シート状部材の裏面部より上記堆積土砂に上記排砂管の吸引口を臨ませて、吸引排砂するようにしたことを特徴とする貯水池の排砂方法。
【請求項２】
上記排砂管の排出口を、貯水池の堤体を越えさせて上記貯水池の水位よりも低い位置に配置し、サイホン現象により上記シート状部材の裏面部の堆積土砂を吸引排砂するようにした請求項１記載の貯水池の排砂方法。
【請求項３】
ダム湖等の貯水池に堆積する土砂を排砂管により吸引して排出する排砂装置において、上記排砂管の吸引口に、これより径方向外方に拡大されて上記堆積土砂の表面を覆うシート状部材を設けて、該シート状部材の裏面部の堆積土砂を吸引排砂するように構成したことを特徴とする貯水池の排砂装置。
【請求項４】
上記シート状部材の周縁部に、該シート状部材の浮き上がりを防止するためのウエイトを取り付けた請求項３記載の貯水池の排砂装置。
【請求項５】
上記ウエイトが、上記シート状部材の周縁部全周に亘って設けられ、堆積土砂の表面形状に応じて変形する請求項４記載の貯水池の排砂装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダム湖等の貯水池の堆積土砂を排出するための貯水池の排砂方法及び排砂装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ダムが予想を上回る速さで土砂に埋まり、総貯水量１００万立方メートル以上の中規模ダム７８２ダムのうち、４４ダムはすでに貯水池の半分以上が堆積土砂によって埋まっていることが、国土交通省の調査によって報告されている。
【０００３】
そのため、ダム湖等の貯水池の堆積土砂を排出して、ダム建設時の貯水量に回復させることが重要な課題となっている。
【０００４】
そこで、従来では、以下に示すような種々の排砂方法が採用されていた。
【０００５】
（Ａ）グラブバケットによる浚渫方法
この方法は、台船から吊り下げたグラブバケットで堆積土砂（堆砂）を掴み上げ、その堆砂を土砂運搬船或いはスラリ輸送により別の場所に輸送する方法である。
【０００６】
（Ｂ）吸引管による浚渫方法
この方法は、台船或いは専用船から水底に吸引管を降ろし、吸引管にて堆砂を吸い込み、その堆砂を土砂運搬船或いはスラリ輸送により別の場所に輸送する方法である。
【０００７】
（Ｃ）排砂ゲートによる排砂方法
この方法は、ダム堤体の計画堆砂面よりも下方に、予め排砂管を設置すると共にその排砂管に排砂ゲートを設けておき、堆積土砂が計画堆砂面よりも高くなったなら、排砂ゲートを開け、貯水の排水と共に堆砂を排砂管を通して下流に排出する方法である。
【０００８】
（Ｄ）掃流排砂方法
この方法は、貯水池の水位を下げて、貯水池内に河川と同様の流れを作り出し、その掃流作用を利用して、ダム堤体に予め設置された排砂管、排砂ゲートを通して堆砂を下流に運搬する方法である。
【０００９】
しかしながら、上述の排砂方法は、以下に示すような問題がある。
【００１０】
（Ａ）のグラブバケットによる浚渫方法では、グラブバケットを上げ下ろしながら排砂するため、排砂効率が悪く、また、堆砂をグラブバケットで直接掴んで持ち上げるため、濁水の発生量が大きく、さらに台船を移動しながら浚渫する必要があるため作業手間がかかるといった問題があった。
【００１１】
（Ｂ）の吸引管による浚渫方法では、連続的に排砂できるため、（Ａ）のグラブバケットによる浚渫方法に比べて効率は良いものの、吸引管で直接堆積土砂を吸引するため、土砂中に流木などの異物が含まれている場合には、吸引管がその異物を吸い込むことが避けられず、このため、吸引管内に異物が詰まって作業が中断してしまうといった問題があった。また、吸引管による直接吸引では、狭い範囲でしか土砂を吸引できず、グラブバケットと同様に台船を移動させながらの浚渫となってしまう。
【００１２】
（Ｃ）の排砂ゲートによる排砂方法では、排砂管に流れる堆積土砂は、その排砂管近傍の堆砂に限られ、貯水池の広い範囲での排砂を行うことができない問題があると共に、排砂管内に異物が詰まる問題がある。また、排砂ゲートを一旦開けると堆砂がゲートに噛み込む等の弊害が生じて、閉じることができない虞があるため、現実にはほとんど実施されていない問題があった。
【００１３】
（Ｄ）の掃流排砂方法では、貯水池内に河川と同様の流れを作り出すには、貯水を全量流す必要があり、ダム本来の貯水機能がなくなるので、宇奈月ダムや出平ダムのように水位回復の早いダムでないと実施できない問題があった。
【００１４】
【特許文献１】
特開平８−１３４５３号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の（Ａ）〜（Ｄ）の方法のうち、本出願人は、（Ｃ）の排砂ゲートによる排砂方法に着目し、より広い範囲の堆積土砂を排砂でき、しかも異物の詰まりが生じないようにした排砂方法を提案（特願２００２−０６２１５７号）した。
【００１６】
この先願の方法は、排砂管廻りの堆積土砂の表面を、不透水性の遮水部材で覆い、その状態で排砂管に設けた排砂ゲートを開くことで、排砂管に流水を流し、これによりその流水と共に土砂を排砂管から流すようにしたものである。この排砂方法では、遮水部材に水圧が直接作用してその下方の堆積土砂を水圧で押さえるため、排砂管に流入する土砂は排砂管に向かう水流で運ばれる比較的粒径の小さな土砂であり、径の大きな異物は遮水部材で押さえられて移動できないため、異物による詰まりを解決でき、しかも遮水部材で覆った範囲の堆積土砂を排砂できるといった優れた効果を有する。
【００１７】
しかしながら、上述の排砂方法では、排砂開始時に排砂管が堆積土砂に埋まっており、そのため排砂ゲートを開けると、排砂管に接した堆積土砂層がその内圧によって崩壊し、非常に濃度の高い土砂流が、排砂管を流下する。従って、その下流では、非常に大きな圧力変動を伴うので、排砂管や排砂ゲート等の設備が破損する虞がある。また、排砂管の設置の無いダムについては使用できないという問題もある。
【００１８】
さらに、この排砂方法では、ダム堤体に予め設けた排砂管及び排砂ゲートを使用しているため、異物の噛み込みが無いものの、万一、土砂が排砂ゲートに流れ込み、排砂ゲートが閉まらなくなる虞れが依然としてあり、現実的な実施に問題を残している。
【００１９】
そこで、本発明は上記問題を解決するために案出されたものであって、先願の発明を改良し、排砂ゲートを用いずに排砂が行え、しかも貯水池の全体に亘って排砂できる貯水池の排砂方法及び排砂装置を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、ダム湖等の貯水池に堆積する土砂を排砂管により吸引して排出する排砂方法において、上記堆積された土砂の表面に、これに沿って上記堆積土砂を覆うシート状部材を敷設し、該シート状部材の裏面部より上記堆積土砂に上記排砂管の吸引口を臨ませて、吸引排砂するようにした貯水池の排砂方法である。
【００２１】
上記方法によれば、堆積土砂の表面を覆ってシート状部材を敷設し、そのシート状部材の裏面部より上記堆積土砂に上記排砂管の吸引口を臨ませて、吸引排砂するようにしたので、シート状部材と堆積土砂との間に水流を作ることができ、これによる掃流作用で、堆積土砂を広い範囲から効率的に吸引することができる。また、排砂ゲートを必要としないので、排砂ゲートを備えていないダムでも適用できると共に、排砂管及び排砂ゲートが詰まる心配もない。
【００２２】
そして、上記排砂管の排出口を、貯水池の堤体を越えさせて上記貯水池の水位よりも低い位置に配置し、サイホン現象により上記シート状部材の裏面部の堆積土砂を吸引排砂するようにした貯水池の排砂方法が好ましい。
【００２３】
これによれば、サイホンは無重力で水流を得られるので経済的である。
【００２４】
また、本発明は、ダム湖等の貯水池に堆積する土砂を排砂管により吸引して排出する排砂装置において、上記排砂管の吸引口に、これより径方向外方に拡大されて上記堆積土砂の表面を覆うシート状部材を設けて、該シート状部材の裏面部の堆積土砂を吸引排砂するように構成した貯水池の排砂装置である。
【００２５】
さらに、上記シート状部材の周縁部に、該シート状部材の浮き上がりを防止するためのウエイトを取り付けたものが好ましい。
【００２６】
そして、上記ウエイトが、上記シート状部材の周縁部全周に亘って設けられ、堆積土砂の表面形状に応じて変形するものが好ましい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１に示すように、ダムの貯水池２は、川をダム堤体（堤体）１４により堰き止めて形成されている。
【００２９】
ここで、浚渫を行う貯水池２の底部に堆積している堆積土砂３は、上流から流されてきた土砂がダム堤体１４によって堰き止められて長年に亘って堆積したものである。
【００３０】
堆積土砂３は、様々な粒径の砂等からなり、その堆積土砂３中には、異物である流木や巨礫が混入している。
【００３１】
堆積土砂３を排砂するに際しては、まず、十分な敷設面積を有するシート状部材５を、浚渫すべき堆積土砂３の表面４に敷設する。
【００３２】
このシート状部材５は、不透水性或いは難透水性の布、樹脂或いはゴム等によって形成され、堆積土砂３の表面４に追従できる柔軟性と、水中で浮かずに沈む性質とを有している。シート状部材５は、上記布、樹脂或いはゴム等に、メッシュ状の補強材を設けて形成したものであってもよい。
【００３３】
シート状部材５の形状は、円形或いは多角形状とし、その直径は、後述する水流が作用する範囲とシート状部材５による堆積土砂３を押さえてシールする範囲を考慮して約１００ｍ程度に形成するのがよいが、数１０〜百数十ｍの範囲のものが使用できる。
【００３４】
なお、シート状部材５の形状は、円形或いは多角形状に限られるものではなく、楕円形等のように中心から各周縁部までの距離が大きく異ならない形状であればよい。
【００３５】
シート状部材５の敷設は、具体的には、まず、シート状部材５を、貯水池２上に浮かべた台船１５に畳まれた状態で載せ、これを畳んだ状態のままで水底の目標位置まで沈め、その水底部で広げて敷設する。なお、シート状部材５を水面近くで広げて、その状態で徐々に沈めるようにしてもよい。
【００３６】
また、シート状部材５の周縁部８には、当該シート状部材５が水流等による浮き上がりを防止するためのウエイト９が取り付けられる。ウエイト９は、シート状部材５の周縁部８全周に沿って設けられたチェーン等のリング状でかつ可撓性を有するもので構成し、敷設時に、堆積土砂３の表面形状に応じて変形して、シート状部材５の周縁部８を堆積土砂３にウエイト９の自重で押しつけるものがよい。
【００３７】
なお、ウエイト９の例として、チェーンをリング状にしたものを説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、シート状部材５の周縁部８に沿って間隔を置いて錘を取り付けて構成してもよい。
【００３８】
このシート状部材５の中央には、排砂穴６が形成され、排砂管７が、その吸引口１１がシート状部材５の排砂穴６を通して、シート状部材５の表面部から裏面部の堆積土砂３に臨むように接続される。
【００３９】
排砂管７は、可撓性のある樹脂管からなり、その直径は、排砂効率を考慮して大きいものが好ましいが、作業性を考慮して約３００ｍｍ程度のものが好ましい。なお、排砂管７は、樹脂管だけでなく一部鋼管を使用してもよい。
【００４０】
この排砂管７の接続は、シート状部材５の敷設前に、予め接続しても、敷設後に接続しても何れでもよい。シート状部材５と排砂管７の接続は、排砂管７の先端にフランジ１６（図５参照）を形成しておき、またシート状部材５の排砂穴６に予めフランジ１６を取り付ける受け座（図示せず）を形成し、フランジ１６をシート状部材５の受け座の上側に設置して、ボルト・ナットなどにより接続する。
【００４１】
排砂管７は、その長さが、貯水池２の水深と、浚渫位置上の水面からダム堤体１４までの距離と、ダム堤体１４の上面から貯水池２の水面までの高さを合計した長さより十分に長く（貯水池の水深によっても相違するが数百ｍ程度）形成されており、このため、所定長さのものを順次接続して必要長さに形成する。
【００４２】
排砂管７は、台船１５上に支持し、その台船１５から排出口１２が、ダム堤体１４の上部を跨いで、貯水池２の水位１７より下部に位置するように敷設する。排砂管７には、適宜バルブ（図示せず）を接続しておく。
【００４３】
なお、水位１７からダム堤体１４の上部までの高さｈが、１０ｍ以上の場合には、後述するサイホン方式による排砂ができないため、例えば台船１５や堤体１４上に配置したポンプ（図示せず）に排砂管７を接続して、そのポンプにより土砂及び水を吸引・圧送するようにする。
【００４４】
台船１５には、排砂管７を支持すると共に、その排砂管７を下方に送り出す送出し装置が設けられていると好都合である。
【００４５】
なお、上記実施の形態では排砂管７が１本の例を挙げて説明したが、複数本の排砂管７をシート状部材５に接続して排砂するようにしてもよい。
【００４６】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００４７】
上述のように、排砂すべき堆積土砂３の表面４に、シート状部材５を敷設し、排砂管７を接続し、その排砂管７を台船１５を通してダム堤体１４を跨ぐように敷設し、その排出口１２を貯水池２の水位１７より下方に位置させた状態にする。
【００４８】
この際、貯水池２内に沈んだ排砂管７内には貯水が水面近くまで流入している状態にあり、この状態で、排出口１２にポンプ（図示せず）を接続して吸引することで、貯水は台船１５からダム堤体１４を跨いだ排砂管７に流入して流れる。このように排砂管７に一旦貯水が流入した後は、ポンプを外しても、排砂管７はサイホン現象によって常時貯水が排水されることとなる。
【００４９】
このようにサイホン現象による排水が行われた後は、排砂管７の吸引口１１から、常時、貯水が吸引され、これにより、シート状部材５の裏面の堆積土砂３内では、図２及び図５に示すように吸引口１１（排砂穴６）に向かう水流が生じる。この水流は、シート状部材５が不透水性材料で形成されるため、水流は、シート状部材５の裏面で、堆積土砂３の表面４及び内部を通って流れ、この水流に乗って土砂が吸引口１１に向かうようになり、排砂管７を通して土砂が排砂される。
【００５０】
また、シート状部材５の表面には、水頭圧がかかっており、シート状部材５の裏面には、排砂管７の吸引による負圧がかかっている。よって、その水頭圧と負圧とで、シート状部材５を下方に押しつける力が作用する。
【００５１】
これにより、吸引口１１で水と共に排砂された土砂に相当する体積の窪み２４が図５に示すように形成される。シート状部材５は、柔軟な材質で形成されており、その窪み２４の形状に応じて変形する。これにより、シート状部材５の下部の堆積土砂３内、特に吸引作用が大きいシート状部材５の裏面部と堆積土砂３間には、図５に矢印で示したような水流が生じ、その水流と共に土砂がその窪み２４に沿って中央に移動しつつ排砂管７に吸引される。
【００５２】
この窪み２４は、シート状部材５で上方から下方へ押さえられ、かつシート状部材５の裏面が負圧にされるため、窪み２４の表面４の土砂は常にその水流で崩されるため、堆積土砂３が持つ安息角より充分小さくなだらかな窪み２４となる。この窪み２４は、排砂する堆積土砂３の粒径にもよるが、吸引口１１を中心に、シート状部材５の略全体に亘って形成される。
【００５３】
またシート状部材５の周縁部８にはウエイト９が設けられているので、その周縁部８が、ウエイト９により押さえられた状態となり、シート状部材５が、貯水池２内の水の流れによって捲れ上がるのを防止できる。
【００５４】
排砂中、図５に示すように、堆積土砂３中に流木や巨礫など径の大きな異物２５があり、排砂によりその異物２５が、シート状部材５の裏面まで達したとき、異物２５は、シート状部材５で下方へと押さえられるため、土砂と違って水流と共に吸引口１１に流れることなく、そのまま窪み２４の沈下と共に降下していくこととなる。従って、異物２５が排砂管７内に入って、排砂管７を詰まらせたり、吸引口１１を塞ぐことがない。
【００５５】
このように、シート状部材５を敷設したことによって、窪み２４がなだらかな傾斜となり、かつシート状部材５によってその表面側の水が直接排砂管７に流れることを防止する。また、シート状部材５の裏面部に形成される水流による土砂の掃流作用を生じさせると共に、シート状部材５で窪み２４を押さえることで、その土砂の掃流作用を促進させることができ、シート状部材５の全周に亘って平均的に堆積土砂３を排砂することができる。
【００５６】
従って、同位置での排砂管７による堆積土砂３の吸引範囲が広くなる。これによって、台船１５、排砂管７及びシート状部材５の移動回数を大幅に減らすことができ、排砂効率が向上する。
【００５７】
上述の実施の形態では、サイホン現象で排砂管７による排水を行う例で説明したが、貯水池２の水位とダム堤体１４の頂部の高低差ｈが、１０ｍ近くやそれ以上ではサイホンによる水流を十分確保できないか、サイホン現象を利用できない。そこで、この場合には、排砂管７にポンプを接続し、そのポンプの駆動力によって排砂を行うこととする。
【００５８】
また、上述の排砂方法及び排砂装置１によれば、部分毎に排砂を行った後に移動して、別の位置を排砂することによって、貯水池２全体に亘る排砂を行うことができる。
【００５９】
ここで、図３の試験装置を用いて行った排砂試験について説明する。
【００６０】
図３に示す試験装置は、深さ２００ｃｍの水槽２１に、粒径０．３ｍｍの砂（堆積土砂）３を５０ｃｍの厚さに敷き、その上にシート状部材５を敷設して、その中心の排砂穴６部分にφ３２ｍｍの排砂管７を接続して、サイホン方式により砂３及び水を吸引して排砂するものである。排砂管７の吸引口１１にはφ３００ｍｍのフランジ１６が取り付けられている。なお、図中、２２は、水槽２１に給水を行うための給水管で、その先端は、砂３を掘る流れを作らないように水平方向に向いて開口している。ここで給水を行うのは、水槽２１内の水位を略一定に保つためである。図中、２３は、吸引された砂３と水を溜めるための受水槽である。
【００６１】
図４に本試験による排砂状態を示す。
【００６２】
図４中、破線は、シート状部材５を用いずに排砂管７のみで排砂を行った場合の砂３の窪み形状を示す。この窪みは、砂３が水中での安息角で保持された状態となっている。
【００６３】
本実施形態に係る貯水池の排砂方法を採用した排砂試験によれば、排砂に伴って、堆積土砂３には、排砂管７を中心として窪み２４が形成されていくが、この窪み２４の傾斜は、上述の排砂管７のみで吸引した場合と比較して、大幅に小さくなだらかになる。これは、堆積土砂３の表面４にシート状部材５を敷設して、排砂管７を介してその下部の堆積土砂３を水と共に吸引することにより、上述の作用効果が得られ、堆積土砂３が効率的に排砂されていることの証左となっている。
【００６４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、排砂ゲートを用いずに排砂が行え、しかも貯水池の全体に亘って排砂できるといった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る貯水池の排砂装置の好適な実施の形態を示した全体断面図である。
【図２】本発明に係る貯水池の排砂装置のシート状部材を示した平面図である。
【図３】本発明に係る貯水池の排砂装置を用いて排砂試験を行った試験装置を示した構成図である。
【図４】排砂試験の排砂の状態を示した断面図である。
【図５】本発明に係る貯水池の排砂装置を用いて行った排砂の状態を示した断面図である。
【符号の説明】
１  排砂装置
２  貯水池
３  堆積土砂
４  （堆積土砂の）表面
５  シート状部材
６  排砂穴
７  排砂管
８  （シート状部材の）周縁部
９  ウエイト
１１  （排砂管の）吸引口
１２  （排砂管の）排出口
１４  （ダム）堤体
１５  台船
１７  （貯水池の）水位
２４  窪み
【図１】
2004270256.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004270256.tif 000006
【図５】
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