JP2008308894A - トリプル湖ダム構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はダムの機能（貯水、発電、防砂など）を失うことなく、汎用機器で、簡易かつ容易にダム底部の堆積物を除去し、土砂を下流に流すことのできるトリプル湖ダム構造を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、上記課題を解決するために、左右に放水２ｃのための放水路２ａ、２ｂを設けた河川を堰き止め貯水する堤体２と、前記堤体２の左右放水路２ａ、２ｂの間から河川の上流９方向に延設され、貯水を左右ダム湖６、７に分割する仕切３と、前記仕切３の端部から湖岸６ａ、７ａまで設けられ、前記左右ダム湖６、７の上流に上流池８を形成する左右堰４、５からなることを特徴とするダム構造の構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダム、堰、堤などの貯水施設（以下、単にダムという。）の構造に関し、詳しくは、ダムの貯水を継続しながら、ダム底に堆積した堆積物を容易に除去することができるダムに関する。

ダムは、渓谷等を堰き止め、飲料水確保、洪水防止、砂防、水力発電等の多目的のために建設される。しかし、使用を続けると、底に上流より流入する泥、土砂、流木等が堆積し、期待する貯水量を確保することができなくなる。さらに、下流への土砂供給が減るために下流の河原の縮小や海岸の浸食が生じ、問題となっている。

そのため、定期的に浚渫し、或いは貯水を一端中止し堆積物を除去しなければならない。貯水を中止する間はダムとしての機能を果たさなくなる。特に、砂防ダムのような小規模のダムでは、短期間に完全に堆積物で埋まり、頻繁に浚渫しなくてはならない。流量が少ない時期を見計らって堆積物を除去しなければならなく、費用と時間が必要であった。

そこで、貯水を継続し、堆積物を除去、或いは堆積させないダム構造も公開されている。例えば、特許文献１においては、吸引吐出作用の生じた移送管路４１の吸引口４５を貯水池２１底に近接させて堆積物Ｄを移送管路４１内に吸引するとともに吸引した堆積物Ｄをダム堤体１１の吐出路１３または移送管路４１の吐出口４６からダム堤体１１の下流域２２へ放流する。また、堆積物Ｄの吸引場所を変更するために貯水池２１の浮台３１を水上移動させて移送管路４１の吸引口４５を貯水池２１の底部沿いに変位させることを採用した。広範な貯水池底に堆積した堆積物を軽微な負担で効率よく除去することのできる方法であって、河川の自然形態を人為的に損なうことのないダム堆積物の除去方法が公開されている。
特開平１１−３２４００８号公報

また、特許文献２では、ダム堆砂除去システム１は、河川Ｒに建設されたダムＤのダム貯水池Ｌに堆積した土砂（堆砂Ｔ）を除去するシステムであり、堆砂Ｔを採取する堆砂採取手段たる浚渫船２と、浚渫船２から堆砂Ｔを搬送する堆砂搬送装置３と、堆砂Ｔを粉砕する堆砂粉砕手段たる堆砂粉砕プラント４と、この堆砂粉砕プラント４からダムＤの直上流に設けた計画堆砂領域Ａに細砂Ｓを搬送する細砂搬送装置５と、を備えて構成された大きな粒径の堆砂も除去可能であるとともに、ダム堤体下流の河川の河床が上昇し難いダム堆砂除去方法およびダム堆砂除去システムが公開されている。
特開２００６−２００１６８号公報

さらに、特許文献３では、川をダムでせき止めて造った貯水池の上流に堰を設け、堰の上流とダムの下流とをバイパス水路トンネルで連通させ、上流からの流送土砂をダムを迂回してダム下流に放流する貯水池の排砂方法であって、堰内およびその上流域に土砂を一時的にためてバイパス水路トンネルに徐々に流入してダムの下流へ放流するようにした、川の流量が大になったときは、土砂を一時的にためておき、川の流量が小さくなったとき、バイパス水路トンネルに徐々に流入して閉塞させることなく確実にダムの下流へ放流するようにした貯水池の排砂方法が公開されている。
特開２００１−７３３４９号法

加えて、特許文献４では、堆砂層２の上面に給水開口部３を除いて当該堆砂層２を覆うように遮水シート２０を配設し、堤体１０の底部に上下流貫通して設けられた排砂路１１のゲート１２を開くことにより、給水開口部３を介して堆砂層２の上面と遮水シート０の間に侵入した水が、堆砂層２の上面と遮水シート２０の間を流れて堆砂層２を形成する土砂を巻き込んで排砂路１１から流出し、堆砂層２の土砂をその上面側から排出する、大きなエネルギーを必要とせず、貯水を捨てることなく堆積した土砂を下流側に徐々に放流して除去することのできる貯水池の排砂方法及び排砂設備が公開されている。
２００３−２６１９２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のダム堆積物の除去方法は、ダム毎に専用のサイフォン装置を用意し、常にオペレータが業務を行わなければならない。また、特許文献２に記載のダム堆砂除去方法およびダム堆砂除去システムでも、堆砂粉砕プラント建設した特殊な浚渫舟を用いた浚渫を行い、やはり専用の装置、オペレータが必要である。

特許文献３の方法では、ダムの貯水を維持することはできるが、貯水池の上流に設けた堰で粒径の大きい土砂を沈降させ、粒径の小さい土砂だけを放流するため、粒径の大きい土砂を排出することができなかった。結局上流の堰の堆積物は、浚渫をおこなうこととなり、根本的な解決を図ることはできない。さらには、迂回路であるバイパス水路トンネルをダムとは別に建設しなければならい。ダムが建設されるような場所は、渓谷等であり工事が容易ではない。

特許文献４の方法では、ダムの堤体に排砂ゲートを設け、特殊なシートである遮水シート（遮水部材）で堆積層を覆い、当該排砂ゲートを開放することにより、水流の力によって堆砂を排出するが、粒径の大きな堆砂を除去することは困難である。さらには大きな、ダム全体を覆うシートなど現実的ではない。

そこで、本発明は、ダムの機能（貯水、発電、防砂など）を失うことなく、汎用機器で、簡易かつ容易にダム底部の堆積物を除去し、土砂を下流に流すことのできるトリプル湖ダム構造を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、左右に放水２ｃのための放水路２ａ、２ｂを設けた河川を堰き止め貯水する堤体２と、前記堤体２の左右放水路２ａ、２ｂの間から河川の上流９方向に延設され、貯水を左右ダム湖６、７に分割する仕切３と、前記仕切３から湖岸６ａ、７ａまで設けられ、前記左右ダム湖６、７の上流に上流池８を形成する左右堰４、５からなることを特徴とするダム構造の構成、
左右堰４、５が、それぞれ上板４ａ、５ａ、下板４ｂ、５ｂからなり、上板４ａ、５ａが上下にスライドし堰の高さを変更し得る前記ダム構造の構成、
河川を流入させる場合において、前記左右堰４、５がダム底１ａと同じ高さであることを特徴とする前記何れかに記載のダム構造の構成、
前記堤体２の下部に、排砂２ｅのための排砂路２ｄを設けたことを特徴とする前記何れかに記載のダム構造の構成、
前記上流池８、或いは貯水を維持している左右ダム湖６、７から堆積物１２を前記排砂路２ｄを通し、排砂２ｅするための流水３ａ（５ｃ）を獲得する手段を備えたことを特徴とする前記ダム構造の構成、
左右ダム湖６、７の一方の堆積物１２を除去する場合に、当該一方のダム湖上流部にのみ堰を設置することを特徴とする前記何れかに記載のダム構造の構成、
前記左右堰４、５に換え、流入時遮断板を上に支持し、流入遮断時上から前記遮断板を下げる左右水門としたことを特徴とする前記ダム構造の構成、
左右堰４、５又は左右水門を仕切３から上流方向線に対して、鋭角に設置したことを特著とする前記何れかに記載のダム構造の構成とした。

本発明は、以上の構成であるから以下の効果が得られる。ダム湖を仕切ることにより、一方のダム湖で貯水を維持しつつ、他方のダム湖で堆積物の除去ができる。即ち、ダムを２個建築したことに等しい効果が得られる。さらに、ダムが建設される渓谷などの広いスペースが確保出来ない立地においても、ダム底を作業素スペースとすることができるため、浚渫専用の特殊な機器でなくとも、工事に使用される汎用重機による浚渫、破砕、運搬などができ経済的である。

さらに、左右堰を上下移動式にすることで、上流からの貯水の流入を簡易に遮断することができる。さらに、左右堰の高さを低く抑えることで、上流池に堆積された上部堆積も貯水している一方のダム湖に移動し、ダム湖の堆積物の除去とともに併せて除去することができ、上流池の堆積物の除去をダム湖の堆積物の除去と別に行う必要がない。

さらに、堤体の底部に排砂路を穿設することで、堆積物を下流に放流することができ、下流河川の縮小、海岸の侵食を防止することができる。

また、排砂路から堆積物を水流で排出するため、貯水を継続している一方のダム湖、あるは上流池から、排砂に必要な必要量の流水を取得することで、ダム底から、下流に簡易低コストで排砂することができる。

なお、左右堰を常設することなく、一方のダム湖の湖底の堆積物を除去する場合に、当該ダム湖側の上流に堰を設置することで、堰材が１セットで済み経済適である。

さらに、左右堰又は水門を仕切から上流方向線に対して、鋭角に設置することで、上流池の左右堰又は水門を付近に堆積物が沈澱せず、貯留を継続しているダム湖側に流入させることができ、上流池の堆積物を別途、浚渫する必要がない。

本発明は、ダムの機能（貯水、発電、防砂）を失うことなく、汎用機器で、簡易かつ容易にダム底部の堆積物を除去し、土砂を下流に流すことのできるダム構造を提供する目的を、左右に放水２ｃのための放水路２ａ、２ｂ、及び下部に排砂２ｅのための排砂路２ｄを設けたを設けた河川を堰き止め貯水する堤体２と、前記堤体２の左右放水路２ａ、２ｂの間から河川の上流９方向に延設され、貯水を左右ダム湖６、７に分割する仕切３と、前記仕切３の端部から湖岸６ａ、７ａまで仕切３から上流方向線に対して、鋭角に設けられ、前記左右ダム湖６、７の上流に上流池８を形成し、それぞれ上板４ａ、５ａ、下板４ｂ、５ｂよりなり、上板４ａ、５ａが上下にスライドし堰の高さを変更し得る左右堰４、５からなり、
前記上流池８、或いは貯水を維持している左右ダム湖６、７から堆積物１２を前記排砂路２ｄを通し、排砂２ｅするための流水３ａ（５ｃ）を獲得する手段を備えたことことを特徴とするダム構造の構成とすることで実現した。

以下、添付図面に基づいて、本発明であるトリプル湖ダム構造について、詳細に説明する。図１は本発明であるダム構造の平面図である。図２は本発明であるダム構造のＡ−Ａ断面図である。本発明であるダム構造１は、堤体２と、ダム湖を分割する仕切３と、さらに上流池８を形成する左右堰４、５からなる。

堤体２は、河川を堰き止める一般に用いられている構造物で、その目的に応じて種々の形態がある。堤体２の中位部には水位調整のためのダム湖から河川下流１０に貯水を放流する主放流設備である放水路２ａ、２ｂが仕切３を挟み左右に設けられている。必要に応じ、堤体２の下部には仕切３を挟み、左右ダム湖６、７と河川下流１０を貫通し、排砂２ｅ、２ｅのための左右の排砂路２ｄ、２ｄが設けられている。さらに、放水路２ａ、２ｂの上方に洪水対策としての非常用洪水吐設備、その他選択取水施設、低水放流施設（ダム湖の貯水をほぼ完全に排出するため排水口を含む。）などが備えられている。

排砂路２ｄは、小径の泥、砂などの排砂２ｅを常時排出する通路である。一般に水位が高いときは、使用することができないとされるが、本発明においては、一方のダム湖の貯水を排出するため、排砂路２ｄにゲートを設け、適水位のとき開放することで、適切に排砂２ｅすることが可能になる。また、排砂路２ｄは、ダム湖の貯水を完全に排水するために用いることもできる。

なお、放流する堆積物１２は、砂、泥などはそのまま徐々に放流すればよいし、大きな礫、石、岩などは粉砕、粒度選別処理の後放流してもよい。本発明では、汎用重機を搬入するスペースとしてダム底１ａを十分活用することができるため、目的に沿った処理を施し、所望の形態で放流することができる。

また、排砂路２ｄから堆積物１２を水流で排出するため、貯水を継続している一方のダム湖、あるは上流池８から、排砂２ｅに必要な水量の流水３ａ（５ｃ）を取得する手段を設けてもよい。これは仕切３又は左右堰４、５に穴を設け（複数であってもよい）開閉を制御すればよい。これにより、ダム底１ａから、下流１０に簡易かつ低コストで、水流で排砂２ｅすることができる。当然、排砂路２ｄにコンベアーを通し、移動させてもよいし、車両を利用し下流１０に搬送してもよい。

仕切３は、前記堤体２の左右放水路２ａ、２ｂの間、かつダム底１ａから水位１１上方まで河川の上流９方向に延設されダム湖を分割する。これによりダム湖は、２つの左右ダム湖６、７が形成される。仕切３の上端部は、通常の水位１１よりさらに洪水危険水位（非常用洪水吐出口）より上方にあることが望ましい。一方のダム底１ａの堆積物の除去作業中に仕切３を超え貯水が流入した場合、搬入されている重機が浸漬してしまうからである。

仕切３はコンクリート製、金属製など素材は特に限定されないが、一方のダム湖の水圧に耐える素材、構造であればよい。また仕切３の先端部は、できるだけ上流９部まで延設することが望ましい。仕切３の先端部から湖岸６ａ、７ａまで、好ましくは可動性の左右堰４、５を設けるためである。

左右堰４、５は、仕切３の上流９側端部から左右の湖岸６ａ、７ａまで設けられ、上流池８を形成する。左右堰４、５は、それぞれ上板４ａ、５ａ、下板４ｂ、４ｃからなり、上板４ａ、５ａが上下にスライドし堰の高さを変更できることが望ましい。大きなダムであっても、簡易に河川からの流入を制御することができためである。左右堰４、５の上部は河川のダム湖への流入時は、適正貯水水位より、下方に、さらにはダム底１ａに位置するようにする。

また、上板４ａ、５ａを湖岸６ａ、７ａからスライドし、下板４ｂ、５ｂの上に載せ、河川の流入を遮断してもよい。従って、下板はレールとなる。

さらに、左右堰４、５に換え、流入を閉止する水門とすることもできる。水門とは、開放時は遮断板が摺り下げられ、河川の流入を阻止する場合に遮断板をダム底１ａまで下げ、河川の流入を制御する構造物である。これであれば、常設する左右堰４、５のように、上流池８部に上部堆積物１３が沈澱することがない。

加えて、左右堰４、５又は水門を、仕切３から上流方向線に対して、鋭角に設置することが望ましい。これにより、上流池８に上部堆積物１３が蓄積せず、貯水を継続している左右ダム湖６、７の一方に上部堆積物１３が誘導される。

なお、堆積物１２を除去するダム底１ａ側の上流に、堆積物１２を除去する場合にのみ、堰を設置してもよい。この場合、予め設置する場所に、堰材（遮断板など）を着脱可能にする受けを設けておくことが望ましい。繰り返し、堰材を使用することができるためである。特に、規模の小さなダムにおいては、仕切３を河川のダム湖の入口付近まで設置することで、堰材で簡易に河川の左右ダム湖６、７への流入を止めることができ、他方の仕切られた貯水を継続しているダム湖側へ河川からの流入水を簡単に誘導することができる。

図３は、堆積物の除去方法を示す断面模式図である。ここでは、上下稼働の上板４ａ、５ａを備えた左右堰４、５による流入制御による貯水継続とダム底１ａの堆積物１２の除去方法について説明する。

図３（Ａ）は、右ダム湖７の貯水を停止する場面を表している。図２にあるように、上板５ａが水位１１より下に位置し、常時左右ダム湖６、７に貯水をしていた後、右ダム湖７のダム底１ａの堆積物１２を除去するとき、上板５ａが上方（白抜矢印方向）にスライドし、河川上流９からの流入を遮断し、放水２ｃを継続し、右ダム湖７の水位が低下している。なお、左堰４は流入できる高さに留まっている。

完全に、右ダム湖７の貯水が排出された後、汎用重機をダム底１ａに搬入し、浚渫、破砕、分別等して、目的の堆積処理物を排砂２ｅとして、排砂路２ｄより河川下流１０に排出する。このとき、上流池８、左ダム湖６から、排砂２ｅを排出する量の水量を取得し、流水によって排出してもよい。勿論、車両による搬出、コンベアーによる排出であってもよい。

上述のように、ダム底１ａに蓄積した堆積物１２を除去した後、図３（Ｂ）に示すように右堰５の上板５ａを降下させ、堆積物１２を除去した右ダム湖７に、河川水を流入させ貯水を再開する。次ぎに、左ダム湖６の上板４ａを上昇させ、左ダム湖６への河川水の流入を中止させ、貯水を排出する。その後、上述の方法によって、左ダム湖６の堆積物１２を除去し、貯水を再開する。

このように、左右ダム湖６、７への河川の流入を制御し、ダムの貯水を一方のダムで継続しつつ、他方のダム底１ａの堆積物１２を除去することにより、堆積物１２の蓄積によるダム機能低下を簡易、経済的に再生させ、ダムの稼働年数を延ばし、自然環境にやさしいダム構造１を提供することができることとなる。

次ぎに、他のトリプル湖ダム構造について説明する。図４は本発明である他のダム構造の平面図である。図５は本発明である他のダム構造のＢ−Ｂ断面図である。本発明であるダム構造１ｂは、実施例１と仕切３の延設長さ、下線の流入を制御する左右堰４、５が異なる。

即ち、本発明であるダム構造１ｂは、左右に放水２ｃのための放水路２ａ、２ｂを設けた河川を堰き止め貯水する堤体２と、前記堤体２の左右放水路２ａ、２ｂの間から河川の上流９方向に延設され、貯水を左右ダム湖６、７に分割する仕切３ｂと、前記仕切３の端部から湖岸６ａ、７ａまで設けられ、前記左右ダム湖６、７の上流に上流池８を形成する左右水門１４、１５からなることを特徴とする。

仕切３ｂは、実施例１の仕切３比べ、堤体２により近い位置までとする。仕切３ｂの建設費用を低く抑えることができるためである。

また、左右水門１４、１５は、仕切３ｂ或いは湖底に設置された支柱（ガイド）に吊り下げられ、又は支柱に係止され、上下に昇降制御される。これにより、左右水門１４、１５で河川の左右ダム湖６、７への流入を制御し、実施例１のように水を除いた状態で湖底に堆積した堆積物を浚渫等により除去することができる。

なお、土石流が、上流池８、左右ダム湖６、７に流入したことを知らせる土石流感知センサ１６を、左右ダム湖６、７を囲む、堤体２、仕切３ｂ、左右堰１４、１５の中位の高さのところに設置するとよい。左右ダム湖６、７の堆積物を浚渫中にダム崩壊があると作業者が危険であるため、土石流の発生を土石流感知センサ１６で感知し、警告を作業者に知らせることができる。さらに、警告に基づき、ダムの崩壊を阻止する放流等の手段を講じることができる。

図６は、堆積物の除去方法を示す断面模式図である。ここでは、上下昇降制御される左右水門１４、１５による流入制御による貯水継続とダム底１ａの堆積物１２の除去方法について説明する。

図６（Ａ）は、右ダム湖７の貯水を停止し、堆積物１２を浚渫した後の場面を表している。図５にあるように、通常左右水門１４、１５が、上昇しており、常時左右ダム湖６、７に貯水をしている。右ダム湖７のダム底１ａの堆積物１２を除去する場合、右水門１５が下に降ろされ、河川上流９からの流入を遮断し、放水２ｃを継続し、右ダム湖７の水位を無くす。その後、上述した方法により、湖底の堆積物１２を除去する。

このように、ダム底１ａに蓄積した堆積物１２を除去した後、図６（Ｂ）に示すように右水門１５を上昇させ、堆積物１２を除去した右ダム湖７に、河川水を流入させ貯水を再開する。この後、右水門１５より上流に堆積した堆積物１２は、徐々に右ダム湖７に移動する。その結果、浚渫等により除去する前の堆積物１２より、全体的に少なくい堆積物１２ａが残存することとなる。

次ぎに、左ダム湖６の左水門１４を上昇させ、左ダム湖６への河川水の流入を中止させ、貯水を排出する。その後、上述の方法によって、左ダム湖６の堆積物１２を除去し、貯水を再開する。

このように、左右ダム湖６、７への河川の流入を制御し、ダムの貯水を一方のダムで継続しつつ、他方のダム底１ａの堆積物１２を除去することを繰りかえすることにより、堆積物１２の蓄積によるダム機能低下を簡易、経済的に再生させ、ダムの稼働年数を延ばし、自然環境にやさしいダム構造１ｂを提供することができることとなる。

本発明であるダム構造の平面図である。 本発明であるダム構造のＡ−Ａ断面図である。 堆積物の除去方法を示す断面模式図である。 本発明である他のダム構造の平面図である。 本発明である他のダム構造のＢ−Ｂ断面図である。 堆積物の除去方法を示す他の断面模式図である。

符号の説明

１ ダム構造
１ａ 底
１ｂ ダム構造
２ 堤体
２ａ 放水路
２ｂ 放水路
２ｃ 放水
２ｄ 排砂路
２ｅ 排砂
３ 仕切
３ａ 流水
３ｂ 仕切
４ 左堰
４ａ 上板
４ｂ 下板
５ 右堰
５ａ 上板
５ｂ 下板
５ｃ 流水
６ 左ダム湖
６ａ 湖岸
７ 右ダム湖
７ａ 湖岸
８ 上流池
９ 上流
１０ 下流
１１ 水位
１２ 堆積物
１２ａ 堆積物
１３ 上部堆積物
１４ 左水門
１５ 右水門
１６ 土石流感知センサ

Claims (8)

1. 左右に放水のための放水路を設けた河川を堰き止め貯水する堤体と、前記堤体の左右放水路の間から河川の上流方向に延設され、貯水を左右ダム湖に分割する仕切と、前記仕切から湖岸まで設けられ、前記左右ダム湖の上流に上流池を形成する左右堰からなることを特徴とするダム構造。
2. 左右堰が、それぞれ上板、下板からなり、上板が上下にスライドし堰の高さを変更し得る請求項１に記載のダム構造。
3. 河川を流入させる場合において、前記左右堰がダム底と同じ高さであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のダム構造。
4. 前記堤体の下部に、排砂のための排砂路を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載のダム構造。
5. 前記上流池、或いは貯水を維持している左右ダム湖から堆積物を前記排砂路を通し、排砂するための流水を獲得する手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載のダム構造。
6. 左右ダム湖の一方の堆積物を除去する場合に、当該一方のダム湖上流部にのみ堰を設置することを特徴とする請求項１〜５に記載のダム構造。
7. 前記左右堰に換え、流入時遮断板を上に支持し、流入遮断時上から前記遮断板を下げる左右水門としたことを特徴とする請求項１に記載のダム構造。
8. 左右堰又は左右水門を仕切から上流方向線に対して、鋭角に設置したことを特著とする請求項１〜請求項７に記載のダム構造。

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