JP 2023-35312 A 2023.3.13(57)【要約】【課題】大洪水時において大幅に放流能力を増大し、安定した放流を可能とする非常用洪水吐き装置を提供する。
【解決手段】ダム湖の余水を大量かつ安定的に増大放流する洪水吐き装置（20）であって、前記余水を流入させる流入部（21）と、この流入部（21）に隣接して設けられ前記余水を放流する放流管部（30）とを備え、前記放流管部（30）は、入口又は途中に、サイホン作用を発揮するサイホン部（33）を備え、前記サイホン部（33）の上部に大気に繋がる開口（35）を備え、この開口（35）に越流開始から一定の水位上昇までは開かれており、越流が前記一定の水位に達したら閉じられる蓋（36）を備えている。
【選択図】図２

(2)JP 2023-35312 A 2023.3.13【特許請求の範囲】【請求項１】
ダム湖の余水を大量かつ安定的に増大放流する洪水吐き装置であって、前記余水を流入させる流入部と、この流入部に隣接して設けられ前記余水を放流する放流管部とを備え、前記放流管部は、入口又は途中に、サイホン作用を発揮するサイホン部を備え、前記サイホン部の上部に大気に繋がる開口を備え、この開口に越流開始から一定の水位上昇までは開かれており、越流が前記一定の水位に達したら閉じられる蓋を備えていることを特徴とする洪水吐き装置。
【請求項２】
請求項１記載の洪水吐き装置であって、前記流入部は、上面が開放された枡形状を呈し、前記流入部は、前記放流管部の呑口を有する放流管接続壁を備え、この放流管接続壁は、流入部上流側に延ばされ前記余水を安定して呑み込むための整流板を備えていることを特徴とする洪水吐き装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の洪水吐き装置であって、前記放流管部は、吐口が絞られている若しくは途中が絞られている、又は吐口が上向きとされていることを特徴とする洪水吐き装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】【０００１】
本発明は、ダムの設計洪水位等の高い貯水位において放流量を増大させる非常用洪水吐き装置に関するものである。
【背景技術】【０００２】
ダムには、洪水吐き装置が設置される（例えば、特許文献１（図４）参照）。サイホン式の洪水吐き装置は、福地ダムにも設置されている。
従来のサイホン式の洪水吐き装置の原理を、福地ダムの大洪水に対する非常用洪水吐きとしての事例を用いて、図１３に基づいて説明する。
【０００３】
図１３に示すように、越流頂１０１より、下位位置に、常時満水位１０２が設定されている。貯水がさらに増え、水位が越流頂１０１を超えると、図面左から右へ流れる自然越流が始まる。さらに水位が上昇すると、自然越流による放流量が増大する。
【０００４】
サイホン部１０３の呑口１０４より若干高い水位が、水位Ａ１０５である。
貯水位が水位Ａ１０５に達すると、サイホンの形成が始まる。
貯水位が水位Ａ１０５より上の水位Ｂ１０６に達する頃に、サイホンの形成が完了する。
【０００５】
以上の放流量の変化を、グラフで整理する。
図１４は横軸が流速で縦軸が水位であるグラフであり、点Ｐ１で自然越流が始まる。水位の上昇に伴って流速が大きくなる。
点Ｐ２でサイホンの形成が始まり、点Ｐ３でサイホンが完成する。
【０００６】
点Ｐ１と点Ｐ２の間が、自然越流域となる。自然越流域では流れが安定しており、放流量は正確に計算できる。
点Ｐ３以降が、管路流域となる。管路流域も流れが安定しており、放流量は正確に計算できる。
【０００７】

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(3)JP 2023-35312 A 2023.3.13

点Ｐ２と点Ｐ３の間は、自然越流域から管路流域へ変わる途中の遷移流域になる。遷移流域では、流れが不安定になり、放流量が定まらない状態となる。
【０００８】
そして、図１３において、水位Ａ１０５から水位Ｂ１０６まで水位が変化するまでの時間は洪水によって大きく異なる。
そのため、図１４では点Ｐ２から点Ｐ３までの放流制御の困難な時間が長くなる可能性がある。放流量が安定しないことは守るべき下流に対して洪水調節機構を果たせないことになり、このことがサイホン式洪水吐き装置を洪水調節施設に使う上での妨げとなっている。
【０００９】
近年の洪水多発の中でサイホン式洪水吐き装置による大洪水時の放流能力の大幅増大機能は重要であることから、遷移流域を大幅に短くし安定した洪水放流を可能とするサイホン式洪水吐き装置が求められる。
【先行技術文献】【特許文献】【００１０】【特許文献１】特開２０２１−８０７４６号公報【発明の概要】【発明が解決しようとする課題】【００１１】
本発明は、大洪水時において大幅に放流能力を増大し、安定した放流を可能とする非常用洪水吐き装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】【００１２】
請求項１に係る発明は、ダム湖の余水を大量かつ安定的に増大放流する洪水吐き装置であって、前記余水を流入させる流入部と、この流入部に隣接して設けられ前記余水を放流する放流管部とを備え、前記放流管部は、入口又は途中に、サイホン作用を発揮するサイホン部を備え、前記サイホン部の上部に大気に繋がる開口を備え、この開口に越流開始から一定の水位上昇までは開かれており、越流が前記一定の水位に達したら閉じられる蓋を備えていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の洪水吐き装置であって、前記流入部は、上面が開放された枡形状を呈し、前記流入部は、前記放流管部の呑口を有する放流管接続壁を備え、この放流管接続壁は、流入部上流側に延ばされ前記余水を安定して呑み込むための整流板を備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の洪水吐き装置であって、前記放流管部は、吐口が絞られている若しくは途中が絞られている、又は吐口が上向きとされていることを特徴とする。
【発明の効果】【００１５】
請求項１に係る発明では、サイホン部の上部に大気に繋がる大きな開口を備えている。
開口が大気に繋がっているので、サイホン部に自然越流が円滑に形成される。
越流が一定の水位に達したら蓋で開口を閉じる。すると、ごく短時間でサイホンが完成して、管路流域に移行する。遷移流域がごく短時間となり、短時間で放流量が増大する。
すなわち、大洪水時において大幅に放流能力を増大し、安定した放流を可能とする非常用洪水吐き装置が提供される。

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(4)JP 2023-35312 A 2023.3.13【００１６】
請求項２に係る発明では、放流管接続壁に、呑口の庇の役割を果たす整流板を備えた。
仮に、整流板が備わっていないと、呑口の上方に大きな渦ができることがある。大きな渦は空気を巻き込む。空気はサイホン形成の阻害要因となり、好ましくない。
本発明により整流板を設けると、渦の発生位置が整流板の先端（流入部上流側）に移り、且つ渦は小さくなる。渦の発生位置が呑口から十分に離れているため、渦が呑口へ到達しにくくなり、加えて小さな渦であれば、サイホン形成に支障はでない。
以上により、サイホン部のサイホンが健全に維持される。
【００１７】
請求項３に係る発明では、放流管部は、吐口が絞られている若しくは途中が絞られている、又は吐口が上向きとされている。
吐口から侵入する空気は、サイホン形成の阻害要因となるが、放流管部の吐口を絞ると、空気の侵入を防ぐことができる。
また、放流管部の途中に段差等の絞りを設けると、吐口から侵入した空気は、絞りで止められ、サイホン部へは到達しない。
また、吐口を上に向けると、空気の侵入を防ぐことができる。
以上により、サイホン部のサイホンが健全に維持される。
【図面の簡単な説明】【００１８】【図１】本発明に係る洪水吐き装置を備えたダムの平面図である。
【図２】図１の２−２線断面図である。
【図３】図２の３矢視図である。
【図４】図３の４部拡大図である。
【図５】図４の５−５線断面図である。
【図６】洪水吐き装置の作用を説明する図である。
【図７】洪水吐き装置の作用を説明する図である。
【図８】水位と流速の関係を説明するグラフであり、（ａ）は比較例、（ｂ）は実施例を示す。
【図９】整流板を備えた流入部の平面図である。
【図１０】図９の１０−１０線断面図である。
【図１１】整流板の効果を説明する図であり、（ａ）は比較例、（ｂ）は実施例を示す。
【図１２】変更例を説明する図である。
【図１３】従来のサイホン式洪水吐き装置の模式図である。
【図１４】従来の水吐き装置における水位と流速の関係を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】【００１９】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
【実施例】【００２０】
図１に示すように、ダム１０は、ダム湖１１に面する堤体上流面１２と、この堤体上流面１２の上端に繋がる堤体頂部１３と、堤体下流面１４と、既設の洪水吐き１５を有している。
ダム１０は、図１下側にダム湖１１の余水を放流する洪水吐き装置２０を備えている。
【００２１】
図２に示すように、洪水吐き装置２０は、ダム湖の余水を貯める流入部２１と、この流入部２１に貯まった余水を放流する放流管部３０とを備える。
【００２２】
好ましくは、流入部２１に、貯めた余水の水位を測る水位目盛り２９を設ける。この水位目盛り２９には、一定の水位に対応する目印２９ａが付設されている。
なお、水位目盛り２９は、電気的、電子的、機械的に水位を測る水位計であってもよい

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(5)JP 2023-35312 A 2023.3.13。
【００２３】
放流管部３０は、全部又は一部が露出している裸管の他、地中に埋設された地中管であってもよい。又は、一部が地中管で残部が裸管であってもよい。
放流管部３０は、地中管部３１を具体例にして以下説明する。
【００２４】
放流管部３０としての地中管部３１は、呑口３２と、側面視で逆Ｕ字状を呈するサイホン部３３と、このサイホン部３３より下流側の下流管部３４とを備えている。
この例では、放流管部３０の入口にサイホン部３３を設けたが、サイホン部３３は放流管部３０の途中に設けてもよい。この場合は、放流管部３０は、上流管部とサイホン部３３と下流管部３４とで構成される。
【００２５】
サイホン部３３の上部に、大気に繋がる開口３５が設けられており、この開口３５は、開閉可能な蓋３６で閉じられている。
【００２６】
図３に示すように、流入部２１は、ダム湖１１に隣接して設けられ、底２２と、この底２２から立ち上がる４つの壁２３とからなる枡である。
４つの壁２３は、ダム湖側の壁２４と、地山側の壁２５と、放流管接続壁２６と、上流側の壁２７とからなる。
【００２７】
放流管接続壁２６から破線で示す地中管部３１が延びている。
また、上流側の壁２７を貫通して、流入路２８が上流側へ延びている。
流入部２１へは、ダム湖側の壁２４を越えて直接流入部２１へ落下する余水と、流入路２８を通って流入部２１へ流入する余水の合計が、流入する。
【００２８】
流入路２８は、必須ではないが、流入部２１へ流入量を増加して、ダム湖の水位上昇を遅らせるため、付設することが推奨される。
【００２９】
図４は図３の４部拡大図であり、この図に基づいて蓋移動機構５０の構成の一例を説明する。
図４に示すように、蓋移動機構５０は、蓋３６を案内する一対の案内レール５１と、これらの案内レールに平行に蓋３６から伸びるラック５２と、このラック５２に噛み合うピニオン５３と、想像線で示すハンドル５４とを備えている。
【００３０】
好ましくは、ピニオン５３に対向する位置に、バックアップローラ５５を設ける。バッ
クアップローラ５５は、フリー回転ローラであって、ピニオン５３の反力でラック５２がピニオン５３から離れる方向へ移動することを防止する役割を果たす。
【００３１】
図５に示すように、堤体頂部１３にフレーム５６を立て、このフレーム５６に中継軸５７を沿わせ、この中継軸５７を軸受５８にてフレーム５６に取付ける。中継軸５７の下端にピニオン５３を取付け、上端にハンドル５４を取付ける。ハンドル５４は、操作がしやすい高さ、例えば堤体頂部１３から０．８〜１．２ｍの高さに設けられる。
【００３２】
人手でハンドル５４を回すと、ピニオン５３が回転し、ラック５２が図面表裏方向へ移動し、蓋３６が図面表裏方向へ移動する。蓋３６は一対の案内レール５１で案内されるた
め、移動は円滑になる。
【００３３】
なお、ハンドル５４を、減速機付き電動機に変更することは差し支えない。このときは、フレーム５６の丈を小さくし、中継軸５７を短くする。
また、蓋移動機構５０は、電動シリンダであってもよい。電動シリンダであれば、電動1020304050

(6)JP 2023-35312 A 2023.3.13

シリンダのロッドを蓋３６に直接連結する。フレーム５６、中継軸５７、軸受５８が不要となる。
【００３４】
減速機付き電動機や電動シリンダであれば、遠隔操作が可能である。
よって、蓋移動機構５０は、開口３５を閉じる位置から開く位置まで蓋３６を移動することができる機構であればよく、その方式、構造は任意である。
【００３５】
以上の構成からなる洪水吐き装置２０の作用を、図６及び図７に基づいて説明する。
図６（ａ）では、蓋３６は開位置にあり、開口３５は大気に繋がっている。
そして、図６（ａ）では、ダム湖の水位が、常用の最高レベルＨＷＬにある。ダム湖の水が壁２４の向こう側に留まっているため、流入部２１及び地中管部３１に、水はない。
【００３６】
洪水時にダム湖の水位が上昇すると、図６（ｂ）に示すように、ダム湖の余水が壁２４を越えて流入部２１へ落下する。流入部２１の水位ＲＷＬが上昇すると、サイホン部３３の底を越えて余水が下流管部３４へ流れ始める。このときの越流水の流速Ｖ１は、自然流下であって１〜３ｍ／ｓ程度である。
このときには、蓋３６は開位置に維持され、開口３５は大気に繋がったままであり、自然越流の形成は支障なく行われる。
【００３７】
図７（ａ）に示すように、流入部２１の水位ＲＷＬがさらに上昇し、水位ＲＷＬが水位目盛り２９の目印２９ａに達した。
図７（ａ）のｂ部拡大図である図７（ｂ）に示すように、サイホン部３３の底から天井までの高さ寸法をＨｄ、越流高さをｈｗとする。
【００３８】
吐口の絞り等により下流管部３４に空気が入らない状態にして越流高さｈｗがｄの概ね１／３になったときに、蓋３６を開位置から閉位置へ切り換える。すると、開口３５は閉じられる。開口３５が閉じられると、短時間でサイホンが完成する。
【００３９】
以降、図７（ｃ）に示すように、サイホンが完成すると、流速Ｖ２は５〜２０ｍ／ｓ程度となる。
【００４０】
図８（ａ）に従来の放流量のグラフを示し、図８（ｂ）に本発明による放流量のグラフを示す。
図８（ａ）に示す比較例では流れの安定しない遷移流域の時間が長い。対して、（ｂ）に示す実施例では点Ｐ２から点Ｐ３の管路流域に移行して、飛躍的に流速は増す。
【００４１】
すなわち、図８（ｂ）に示す実施例では放流量が計算できる自然越流域から放流量が計算できる管路流域へごく短時間で移行するため、放流量が安定している。そして、管路流域では放流量が増大する。
結果、大洪水時において大幅に放流能力が増大し、安定した放流が可能となる。
【００４２】
次に、整流板４１のレイアウト及び構成例を、図９及び図１０に基づいて説明する。
図９に示すように、放流管接続壁２６に、整流板４１を付設する。
【００４３】
図１０に示すように、整流板４１は、呑口３２の庇を構成する水平部材である。好ましくは、整流板４１の左端から底２２へ左脚４２を下げ、整流板４１の右端から底２２へ右脚４３を下げる。整流板４１と左脚４２と右脚４３とで、呑口３２を囲うようにする。
左脚４２と右脚４３とで整流板４１が支持される。
左脚４２と右脚４３には、十分に大きな開口部４５が所定個数設けられている。
【００４４】

1020304050(7)JP 2023-35312 A 2023.3.13

なお、整流板４１の右端を延ばして、右端をダム湖側の壁２４を当てることで、右脚４３を省略することや、整流板４１の左端を延ばして、左端を地山側の壁２５を当てることで、左脚４２を省略することや、整流板４１の左右端を延ばして、左脚４２及び右脚４３を省くこともできる。
【００４５】
左脚４２と右脚４３の少なくとも一方を省く場合は、整流板４１の中央から呑口３２を横断するように中央脚４４を下ろしてもよい。中央脚４４が整流板４１を支持するからである。加えて、中央脚４４は、呑口３２へ向かう左右流れを整流する作用を発揮する。
【００４６】
図１１は整流板の効果を説明する図である。
図１１（ａ）の比較例では、整流板を備えていない。サイホンが完成すると、放流管部３０の呑口３２から余水が急激に放流管部３０に流入し、呑口３２の近傍に大きな渦４７ができることがある。大きな渦４７は空気を巻き込み、この空気を呑口３２へ送り込む。
この空気はサイホン作用に悪影響を与えるため、好ましくない。
【００４７】
図１１（ｂ）の実施例では、整流板４１を放流管接続壁２６に備えている。整流板４１は流入開口面積が十分に大きいため、整流板４１へ流入する余水の速度は小さくなる。そのため、渦４８が発生しても、この渦４８は小さい。
さらには、渦４８は平面視で整流板４１の縁にできるため、小さな渦４８は呑口３２から十分に離れたところにできる。
小さな渦４８が巻き込む空気は少なく、かつ、流入する速度も遅いため、結果として呑口３２から流入しない。よって、サイホン作用が健全に維持される。
【００４８】
次に、本発明に係る変更例を、図１２に基づいて説明する。
図１２（ａ）に示すように、放流管部３０の吐口に絞り部３７を設けてもよい。絞り部３７では流速が高まるため、外の空気が吐口から放流管部３０内へ侵入することはない。
【００４９】
または、放流管部３０の途中に三角断面や台形断面の絞り部３８を設けてもよい。仮に、外の空気が吐口から放流管部３０内へ侵入しても、この空気は絞り部３８で遮られ、サイホン部３３へは到達しない。
【００５０】
また、図１２（ｂ）に示すように、放流管部３０の吐口に上向き部３９を設けてもよい。比重の違いにより、軽い空気は余水内を上昇する。そのため、上向きに流れる余水に逆らって空気が下向きに侵入することはない。結果、吐口から侵入しようとする空気は、上向き部３９で遮断され、放流管部３０内へ侵入することはない。
【００５１】
尚、ダムは、溜池の堤体や河川の堤体であってもよく、堤体上流面、堤体頂部及び堤体下流面を有する堤体であれば、大きさや構造は格別に限定されない。
また、本発明の洪水吐き装置２０は、新設のダムに付設される他、既設（既存）のダムに付設される。
【産業上の利用可能性】【００５２】
本発明は、洪水対策の補強が望まれるダムに好適である。
【符号の説明】【００５３】
１０…ダム、１１…ダム湖、２０…洪水吐き装置、２１…流入部、２６…放流管接続壁、３０…放流管部、３２…呑口、３３…サイホン部、３５…開口、３６…蓋、３７、３８…絞り部、３９…上向き部、４１…整流板、５０…蓋移動機構。

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【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

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【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

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【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

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【図１３】

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【図１４】

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̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶̶フロントページの続き(72)発明者 川▲崎▼ 秀明
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