(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取水塔によって表層取水された水に対して外部から清水を混合する清水減勢塔であって、
該清水減勢塔が、塔上部に外部から清水を導入する清水導入路を有し、塔下部にその導入された清水を前記取水塔下部に送り出す清水導出路を有し、前記塔内に、前記清水導入路から導入された清水を高低差を利用して前記清水導出路に導きつつ減勢させる減勢手段を形成してなることを特徴とする清水減勢塔。
【請求項２】
前記清水減勢塔が筒体からなり、前記減勢手段が、塔内周壁に螺旋状に固定された螺旋階段から構成される請求項１記載の清水減勢塔。
【請求項３】
前記清水減勢塔が筒体からなり、前記減勢手段が、塔内壁に固定された折返し階段から構成される請求項１記載の清水減勢塔。
【請求項４】
前記清水減勢塔が筒体からなり、前記減勢手段が、対向する塔内壁に千鳥配置で突出されたプレートから構成される請求項１記載の清水減勢塔。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の清水減勢塔と、清水を取水するために河川上流に設けられる堰と、前記清水減勢塔と前記堰の取水部とを連通する連通路と、該連通路における前記清水減勢塔寄りに設けられ、前記清水減勢塔に導入する清水の供給量を調節する清水供給量調節手段と、を備えてなることを特徴とする放流設備。
【請求項６】
前記清水供給量調節手段が、前記堰の取水部から取水された清水を貯留する水槽と、その水槽内に貯留された清水の放出量を調節する調節ゲートとから構成される請求項５記載の放流設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、取水塔から表層取水された水に対して清水を混合する清水減勢塔及びそれを用いた放流設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ダム選択取水設備においては、常時はダム湖表層の水を取水して放流し、洪水時には濁水を放流するというように任意の標高の水を放流することができるようになっている。しかしながら洪水後においても濁水の放流が長期に亘るとダム下流側の環境を汚染することになり好ましくない。
【０００３】
これを解消する目的で、ダム湖上流の河川に副ダムを構築し、その副ダムから取水した清水を導水パイプで取水塔まで案内し、濁水と混合させて放流水の濁度を低下させようとする試みがなされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、副ダムと取水塔とを導水パイプで接続し、取水塔の頂部から清水を直接導入する方法では、取水塔内の水位が低下した場合に、取水塔頂部から清水が高速で落下することになり、取水塔内に設けられているゲート等を破損する恐れがある。
【０００５】
一方、導水パイプを例えばダムの湖底に這わし、取水塔下部に設けられている放流管に合流させることにより清水を濁水と混合する方法では、清水の供給量を調節するための流量調節弁をダムの最下部に配置しなければならず、ダム内にその流量調節弁を設置するスペースを確保しなければならない。また、仮に設置が可能であってもその維持管理が困難であるという問題がある。
【０００６】
本発明は以上のような従来の放流水浄化方法における課題を考慮してなされたものであり、取水塔内の水位に影響されずに清水を安全に取水塔に導入して濁水と混合することができる清水減勢塔及びそれを用いた放流設備を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の清水減勢塔は、取水塔によって表層取水された水に対して外部から清水を混合する清水減勢塔であって、該清水減勢塔が、塔上部に外部から清水を導入する清水導入路を有し、塔下部にその導入された清水を取水塔下部に送り出す清水導出路を有し、塔内に、清水導入路から導入された清水を高低差を利用して清水導出路に導きつつ減勢させる減勢手段を形成してなることを要旨とする。
【０００８】
上記清水減勢塔を筒体で構成した本発明において、減勢手段は、塔内周壁に螺旋状に固定された螺旋階段で構成することができる。また、減勢手段は、塔内壁に固定された折返し階段から構成することができる。さらにまた、減勢手段は、対向する塔内壁に千鳥配置で突出されたプレートから構成することができる。
【０００９】
本発明の放流設備は、上記いずれかの構成を有する清水減勢塔と、清水を取水するために河川上流に設けられる堰と、清水減勢塔と堰の取水部とを連通する連通路と、該連通路における清水減勢塔寄りに設けられ、清水減勢塔に導入する清水の供給量を調節する清水供給量調節手段とを備えてなることを要旨とする。
【００１０】
上記放流設備において、清水供給量調節手段は、堰の取水部から取水された清水を貯留する水槽と、その水槽内に貯留された清水の放出量を調節する調節ゲートとから構成することができる。
【００１１】
本発明の清水減勢塔に従えば、清水減勢塔の上部から清水が導入されると、導入された清水は、塔の高低差を利用して塔内を清水導出路に向けて流れ、減勢手段によって勢いが減衰された後、清水導出路から取水塔内に送り出される。それにより、取水塔内の水位に影響されず清水を安全な状態で取水塔に導入し、その内部に貯留されている濁水と混合することができる。
【００１２】
本発明の放流設備に従えば、河川上流に設けられている堰から遠距離の連通路を介して送られる清水を、一旦、清水供給量調節手段の水槽に蓄えるため、連通路の圧力変動を考慮する必要がなく、従って連通路の設計自由度を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明に係る清水減勢塔が適用される放流設備の構成を示したものである。
【００１５】
同図において、ダム湖１のダム本体２には、湖水から表層取水を行うための取水塔３が設けられており、その取水塔３と平行して円筒状の清水減勢塔４が立設されている。取水塔３は、常時はダム湖１の表層水を取水して放流し、洪水時には濁水を放流するようになっている。
【００１６】
ダム湖１に流れる河川５の上流には上流取水堰６が設けられており、この上流取水堰６から取水された清水は、連通路７を介して清水減勢塔４に導入されるようになっている。なお、連通路７には中継水槽８が介設されており、中継水槽８と清水減勢塔４との間の連通路７ａには制水バルブ９が備えられている。
【００１７】
次に、上記清水減勢塔４の構成を図２を参照しながら詳しく説明する。図２（ａ）は清水減勢塔４の正面図を示し、同図（ｂ）はその側面図を示す。
【００１８】
図２において、清水減勢塔４は、例えば洪水後においてダム湖１から濁水を取水したときに、上流取水堰６から取水した清水をその濁水に混合して濁りを少なくするように構成されている。
【００１９】
この清水減勢塔４は、取水塔３近傍に立設される鋼製の筒塔から構成されており、その塔上部に連通路７ａの端部が接続され清水導入路１０を形成している。一方、塔下部には清水減勢塔４内に導入された清水を取水塔３下部の貯水部３ａに送り出すための清水導出路１１が設けられている。
【００２０】
清水減勢塔４内には、塔の筒軸方向に（本実施形態では垂直方向に）支柱１２が設けられており、その支柱１２を中心軸として螺旋状に減勢用螺旋階段１３が設けられている。なお、上記支柱１２及び減勢用螺旋階段１３は減勢手段とみなすことができる。また、清水が確実に減勢用螺旋階段１３上を流れて螺旋状に降下するように、減勢用螺旋階段１３の外周側は塔内壁に固定され、且つ減勢用螺旋階段１３の各ステップは垂直方向の板で接続されている。
【００２１】
上記清水減勢塔４の頂部にはマンホール４ａが備えられており、清水減勢塔４を点検する場合に、作業者がそのマンホール４ａを開き、減勢用螺旋階段１３上に降りることができるようになっている。
【００２２】
また、清水減勢塔４の上部には、下向きエルボに構成された給排気管４ｂが備えられている。この給排気管４ｂは清水減勢塔４内を大気と連通させるためのものであり、導水直後には排気を行うべく、また、水流降下によって空気が連行され清水減勢塔４内が減圧される場合には塔内に給気を行うようになっている。
【００２３】
取水塔３内には多段式可動ゲート３ａ，３ｂ，３ｃが配設されており、変動するダム湖１の水位、具体的には最高水位ＷＬ１〜最低水位ＷＬ２に応じて湖水の表層からスクリーン３ｅを介して取水を行うようになっている。そして、上記ゲートをオーバーフローして取水塔３内に取水された濁水は、貯水部３ａに貯留される。
【００２４】
一方、清水減勢塔４の上部から導入された清水は位置エネルギを有しており、清水導入路１０から清水導出路１１に向けて降下しようとするが、上記した減勢用螺旋階段１３上を流れる際に多数の階段形状が流れに対して抵抗として働くため、清水の流れの勢いが減衰され、減勢された清水が清水導出管１１に到達することになる。
【００２５】
このようにして減勢された清水は清水導出管１１を介して取水塔３内に供給され、貯留部３ａに貯留されている濁水と混合される。清水の混合によって濁度が低下した放流水は、放流管１４から放流される。なお、図中、符号１５はダム躯体、１５ａはダム軸を示している。
【００２６】
また、図３は図１のＡ−Ａ矢視図であり、清水減勢塔４と取水塔３との配置を示したものである。
【００２７】
同図において、清水導入管７より導入される清水は、制水バルブ９を介してダム軸１５ａから所定距離離れた清水減勢塔４の上部に導入される。制水バルブ９は、清水減勢塔４の保守点検をする場合に清水導入管７を閉じるためのものである。
【００２８】
清水減勢塔４内では塔の周壁及びその周壁に取付られた減勢用螺旋階段１３に沿って清水が渦巻き状に流れ降下していく。
【００２９】
図４は図１のＢ−Ｂ矢視図であり、清水減勢塔４の清水導出管１１と取水塔３の貯水部３ａとの配置を示したものである。
【００３０】
同図において、清水減勢塔４の下部に備えられた清水導出管１１は、エルボを構成し、取水塔３の下部に形成されている貯水部３ａに連通しており、その清水導出管１１は取水塔３の外壁に取り付られた支持部材１６によって支持されている。
【００３１】
図５は本発明に係る清水減勢塔の他の実施形態を示したものである。同図に示す清水減勢塔１０はコンクリート製筒体からなり、その内部に減勢用折返し階段１１を形成している。この構成では、清水導入路としてのダクト状の清水通路１２から導入された清水は、減勢用折返し階段１１に沿って流れながらジグザクに降下していき、減勢用折返し階段１１上を流れる際に多数の階段形状が流れに対して抵抗として働くため、清水の勢いが減衰される。減勢された清水は、清水減勢塔１０下部に設けられた清水導出路（図示しない）に到達して取水塔３に送り出される。
【００３２】
図６は本発明に係る清水減勢塔のさらに他の実施形態を示したものである。同図に示す清水減勢塔２０はコンクリート製筒体からなり、その内部の対向内壁に減勢板２１，２２，２３，２４…を千鳥に多数形成している。各減勢板の先端には上向き鉤状に折り曲げられた堰２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ…が形成されている。
【００３３】
この構成では、清水導入路としてのダクト状の清水通路３０から導入された清水は、最上段の減勢板２１の堰２１ａをオーバーフローして次段の減勢板２２上に落下し、その堰２２ａをオーバーフローしてさらに次段の減勢板２３上に落下し、この動作を繰り返しながら降下していく。多数の減勢板は抵抗として働くため、降下していく清水の勢いが減衰され、減勢された清水は、清水減勢塔２０下部に設けられた清水導出路（図示しない）に到達し、取水塔３に送り出される。
【００３４】
なお、本発明の放流設備においては、連通路７における清水減勢塔４寄りに中継水槽８を設けることが好ましい。すなわち、上流取水堰６からダム本体２までの距離は数キロｍに及ぶことがあり、連通路７に何ら流量調節手段を備えていないと、連通路７の形状や勾配等によって管内流速が変化することになり、清水減勢塔４に至るまでの管路設計が困難になるという問題が起こる。
【００３５】
そこで、本実施形態では連通路７の途中に中継水槽８を設け、上流取水堰６から取水される清水の圧力を調整するようにしている。
【００３６】
図７（ａ）及び（ｂ）は上記中継水槽８の構成を示す平面図及び正面図である。
【００３７】
中継水槽８はコンクリート製ボックス等からなり、中継水槽８から上流側の連通路７と中継水槽８から下流側の連通路７ａとは、高低差が設けられている。
【００３８】
下流側連通路７ａが接続されている壁８ａには昇降動作する調整ゲート４０が設けられており、中継水槽８内に貯留された清水の放出量を調節することができるようになっている。また、中継水槽８の側壁８ｂには、必要に応じて取水することができるように取水管４１が設けられている。なお、８ｃは上蓋である。
【００３９】
連通路７の経路途中に上記構成を有する中継水槽８を設け、流量を調節した清水を清水減勢塔４に導入するように構成すれば、河川上流に設けられている堰から遠距離の連通路７を介して送られる清水が、一旦、水槽内に蓄えられるため、連通路７の圧力変動を考慮する必要がなく、従って連通路７の設計自由度を高めることができる。
【００４０】
また、上流取水堰６は通常、河川のかなり上流の険しい場所に設けられるため、上流取水堰６に流量調節手段を設けたとしても日常の管理が極めて困難になる。その点、清水減勢塔４に近い部位の連通路７に中継水槽８を設ければ、日常の管理も極めて容易になる。
【００４１】
上記実施形態では、既存のダムに適用することができるように、清水減勢塔を取水塔と平行して別に立設したが、新規に建設されるダム設備においては、取水塔内に、上記構成を有する清水減勢塔を予め内蔵させることもできる。
【００４２】
また、本発明において、減勢手段は、上記実施形態ではメンテナンスを行う上で都合が良いように螺旋階段、折返し階段等で構成したが、これに限らず、清水を取水塔上部から直接落下させずに減勢することができるものであれば、任意の形状の減勢手段を使用することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明の清水減勢塔によれば、減勢手段によって勢いを減衰させた清水が取水塔内に導入されるため、取水塔内の水位に影響されず清水を安全な状態で取水塔に導入し、その内部に貯留されている例えば濁水と混合することができる。
【００４４】
本発明の放流設備に従えば、河川上流に設けられている堰から遠距離の連通路を介して送られる清水を、一旦、清水供給量調節手段の水槽に蓄えるため、連通路の圧力変動を考慮する必要がなく、従って河川上流側から遠距離で連通路を設ける場合にその管路の設計自由度が高められるという長所を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の清水減勢塔が適用される放流設備を示す平面図である。
【図２】本発明の清水減勢塔の構成を示す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ矢視図である。
【図５】本発明に係る清水減勢塔の他の実施形態を示す要部斜視図である。
【図６】本発明に係る清水減勢塔のさらに他の実施形態を示す要部斜視図である。
【図７】本発明の放流設備における中継水槽の構成を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【符号の説明】
１  ダム湖
２  ダム本体
３  取水塔
４  清水減勢塔
５  河川
６  上流取水堰
７  連通路
８  中継水槽
９  制水バルブ
１０  清水導入路
１１  清水導出路
１３  減勢用螺旋階段
１４  放流管
【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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