JP2019173425A - 取水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出水等により大量の水が水路に流れ込んでも、水路の崩壊を防止し、また取水量を許可された取水量に制御することが可能な取水装置を提供する。【解決手段】河川水Ｗを取り込み量を調節する取水ゲート１１と、前記取水ゲート１１の上流側水位を検出する第１水位計１７と、前記取水ゲート１１の下流に位置する導水路１１５の水位を検出する第２水位計１９と、前記第１水位計１７及び第２水位計１９の出力に基づき前記取水ゲート１１の開度を制御する取水ゲート制御装置３１と、前記第２水位計１９よりも下流の前記導水路１１５に設置された超過取水防止ゲート２１と、前記第２水位計１９の出力に基づき前記超過取水防止ゲート２１の開度を制御する超過取水防止ゲート制御装置４１と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、河川に取水堰を設け河川の一部を堰き止め、河川水の一部を導水路を通じて水力発電所に送水する取水設備等で使用される取水装置に関する。

水力発電に供する河川水を取水する設備として、河川に取水ダム（取水堰）を設け河川の一部を堰き止め、河川水の一部を取水し、導水路を通じて水力発電所に送水する取水設備が知られている。河川水からの取水は、許可された取水量を越えないように管理する必要があるため、通常、取水口に取水ゲートが設置されている。

取水ゲートの開度調整は、通常、取水ゲートの上流側水位であるダム側水位と取水ゲートの下流側水位である導水路内水位とに基づき管理されており（例えば特許文献１参照）、取水ゲートの調整を効率的に行うことができる取水ゲート制御システムも開発されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００９−１９７５４６号公報 特開２０１３−９６１９０号公報

通常時は、取水ゲートの開度を調節することにより取水量を制御することができるが、出水時に、導水路に直接大量の水が流れ込むような場合の取水量の制御が問題となる。特許文献１には、導水路に直接水が流れ込み水位が上昇し、発電所水槽の水位がオーバーフローすることを防止する制御システムとして、取水ゲートを所定時間下降させることで水槽のオーバーフローを防ぐことが記載されている。

また特許文献２には、導水路内水位が危険水位に達した場合には、取水ゲートを全閉にし、水力発電所の損傷を防ぐことが記載されている。しかしながら特許文献１及び特許文献２に記載の方法も、導水路に直接大量の水が流れ込むような場合には対処できない。

導水路に大量の水が流れ込み水位が上昇すると水路が破壊する、また発電機出力が認可された出力以上になるという問題が生じるが、これまでこれに対処する方法は開発されていない。

本発明の目的は、出水等により大量の水が水路に流れ込んでも、水路の崩壊を防止し、また取水量を許可された取水量に制御することが可能な取水装置を提供することである。

本発明は、河川水の取り込み量を調節する取水ゲートと、前記取水ゲートの上流側水位を検出する第１水位計と、前記取水ゲートの下流に位置する水路の水位を検出する第２水位計と、前記第１水位計及び第２水位計の出力に基づき前記取水ゲートの開度を制御する取水ゲート制御装置と、前記第２水位計よりも下流の前記水路に設置された超過取水防止ゲートと、前記第２水位計の出力に基づき前記超過取水防止ゲートの開度を制御する超過取水防止ゲート制御装置と、を備えることを特徴とする取水装置である。

本発明の取水装置において、前記取水ゲート制御装置は、前記第２水位計が検出する水位が上限水路水位以下のときは前記取水ゲートの開度を調節し取水量を制御し、前記第２水位計が検出する水位が前記上限水路水位を超えると前記取水ゲートを全閉とし、前記超過取水防止ゲート制御装置は、前記第２水位計が検出する水位が前記上限水路水位以下のときは前記超過取水防止ゲートを前記上限水路水位以上に開け、前記第２水位計が検出する水位が前記上限水路水位を超えると前記超過取水防止ゲートの開度を調節し取水量を制御することを特徴とする。

また本発明の取水装置において、前記第２水位計が検出する水位は、前記取水ゲートの下流側において、前記水路に外部から直接水が流入したとき前記上限水路水位を超えることを特徴とする。

また本発明の取水装置は、前記取水ゲート制御装置及び前記超過取水防止ゲート制御装置に代えて、ゲート制御装置を備え、前記ゲート制御装置が、前記取水ゲート及び前記超過取水防止ゲートの開度を制御することを特徴とする。

また本発明の取水装置は、前記水路が開渠部分を有し、前記水路の開渠部分が河川に近接して設けられていることを特徴とする。

また本発明の取水装置は、前記水路が開渠部分と閉渠部分とを有し、前記開渠部分が上流側、前記閉渠部分が下流側に位置し、前記超過取水防止ゲートが前記開渠部分の下流側の末端に設置されていることを特徴とする。

また本発明の取水装置において、前記水路が、水力発電所に送水する導水路であり、前記上流側水位がダム水位であることを特徴とする。

本発明によれば、出水等により大量の水が水路に流れ込んでも、水路の崩壊を防止し、また取水量を許可された取水量に制御することが可能な取水装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態の取水装置１の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の取水装置１の構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の取水装置１の制御要領を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態の取水装置１の変形例である。

図１及び図２は、本発明の第１実施形態の取水装置１の構成を示す図であり、（Ａ）が断面の模式図、（Ｂ）が平面の模式図である。図１は、通常時の取水の様子を示し、図２は、出水時の取水の様子を示す。出水時には、河川１０１から沈砂池１１７を含む導水路１１５に直接水が流れ込む。図３は、本発明の第１実施形態の取水装置１の制御要領を示すフローチャートである。なお本実施形態において、沈砂池１１７は導水路１１５の一部に含まれるものとする。

本発明の第１実施形態の取水装置１は、河川１０１に取水ダム（取水堰）１１１を設け河川１０１の一部を堰き止め、河川水Ｗの一部を取水し、導水路１１５を通じて水力発電所（図示省略）に送水する取水設備に設置された取水装置であり、水力発電所への送水量を制御する。

本実施形態における導水路１１５は、開渠部分１１５ａと暗渠部分（閉渠部分）１１５ｂとを有し、上流側が開渠部分１１５ａ、下流側が閉渠部分１１５ｂとなっている。導水路１１５は、河川１０１に並走するように設けられている。開渠部分１１５ａの途中には沈砂池１１７が設けられ、沈砂池１１７の下流端近傍に塵芥を除去する除塵装置１１９が設けられている。

取水装置１は、取水ダム１１１に隣接して設けられた取水口１１３に設置される取水ゲート１１と、導水路１１５に設置される超過取水防止ゲート２１との２つのゲートを備える。さらに取水装置１は、取水ゲート１１の上流、下流に設置される２つの水位計１７、１９と、取水ゲート１１の開度を制御する取水ゲート制御装置３１と、超過取水防止ゲート２１の開度を制御する超過取水防止ゲート制御装置４１とを備える。

取水ゲート１１は、取水口１１３からの取水を制御するためのゲートであり、ゲート本体１３とゲート本体１３を駆動（上下動）する駆動装置１５と備え、取水口１１３に設置され、通常時、取水ゲート制御装置３１からの指令によりゲート本体１３を上下動させ取水量を制御する。取水ゲート１１の形態等は特に限定されるものではないが、取水口１１３を全閉できることが必要である。

水位計１７は、取水ダム１１１及び取水ゲート１１で堰き止められた部分（以下ダム水位と記す）の水位を検出するものであり、取水ゲート１１の上流側であって取水ゲート１１に近接して設置されている。水位計１９は、導水路１１５の水位を検出するものであり、取水ゲート１１の下流側であって取水ゲート１１に近接して設置されている。より具体的には、沈砂池１１７の上流の導水路１１５の開渠部分１１５ａに設置されている。水位計１７及び水位計１９の構造、型式等は特に限定されるものではなく、データを取水ゲート制御装置３１に送信する。

超過取水防止ゲート２１は、出水時等に河川１０１から沈砂池１１７を含む導水路１１５に直接流れ込んだ水に対し、水力発電所への送水量を制御するためのゲートであり、ゲート本体２３とゲート本体２３を駆動（上下動）する駆動装置２５とを備え、導水路１５の開渠部分１１５ａの下流側の端部、つまり導水路１５の開渠部分１１５ａと閉渠部分１１５ｂとの境界部に設置されている。超過取水防止ゲート２１は、超過取水防止ゲート制御装置４１からの指令によりゲート本体２３を上下動させ取水量を制御する。超過取水防止ゲート２１の形態等は特に限定されるものではないが、取水口１１３から正常に取水されているときの導水路１１５の水位以上に開く必要がある。

取水ゲート制御装置３１は、データ受信部、設定値等を格納する記憶部、各種演算・制御を行う演算部、取水ゲート１１の駆動装置１５に制御指令を発する駆動装置制御部を備え、ダム水位を検出する水位計１７、導水路水位を検出する水位計１９及び取水ゲート１１の駆動装置１５と接続する。取水ゲート制御装置３１は、設定された取水量となるようにダム水位及び導水路水位に基づき、駆動装置１５に開閉指令を発し、取水ゲート１１の開度を制御する。このような取水ゲート制御装置３１は、制御手順が搭載されたコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ等を用い実現できる。

超過取水防止ゲート制御装置４１は、データ受信部、設定値等を格納する記憶部、各種演算・制御を行う演算部、超過取水防止ゲート２１の駆動装置２５に制御指令を発する駆動装置制御部を備え、導水路水位を検出する水位計１９及び超過取水防止ゲート２１の駆動装置２５と接続する。超過取水防止ゲート制御装置４１は、設定された取水量となるように導水路水位に基づき、駆動装置２５に開閉指令を発し、超過取水防止ゲート２１の開度を制御する。このような超過取水防止ゲート制御装置４１は、制御手順が搭載されたコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ等を用い実現できる。なお本実施形態の超過取水防止ゲート制御装置４１は、取水ゲート制御装置３１を経由して水位計１９と接続する。

取水装置１の制御要領を説明する。

取水ゲート制御装置３１及び超過取水防止ゲート制御装置４１は、水位計１９が検出する導水路水位が上限水路水位以下であるか否かを判断する（ステップａ１、ｂ１）。ここで上限水路水位は、取水ゲート１１を介して発電所に送る送水量を制御できる導水路の限界水位であり、導水路水位が上限水路水位を超えると取水ゲート１１を絞り込んでも取水量が許可された取水量を超えてしまう。導水路水位が上限水路水位を超えるのは、出水時に河川１０１の水位が上昇し、直接、導水路１１５の開渠部分１１５ａ又は沈砂池１１７に河川１０１の溢流水が流れ込むような異常時であり、通常時、導水路水位は上限水路水位を超えない。

取水ゲート制御装置３１は、導水路水位が上限水路水位以下であると判断すると、ダム水位及び導水路水位に基づき取水ゲート１１の開度を調整し、発電所への送水量を制御する（ステップａ２、図１参照）。超過取水防止ゲート制御装置４１は、導水路水位が上限水路水位以下であると判断すると、超過取水防止ゲート２１が全開となるように制御する（ステップｂ２、図１参照）。超過取水防止ゲート２１が全開となると、ゲート本体２３の下端２４は上限水路水位よりも高い位置となるため、超過取水防止ゲート２１が送水に影響を与えることはない。

一方、取水ゲート制御装置３１は、導水路水位が上限水路水位を超えていると判断すると（ステップａ１）、取水ゲート１１を全閉とする指令を発する（ステップａ３）。これに伴い取水ゲート１１は全閉となり、取水口１１３からの取水は停止される（図２参照）。超過取水防止ゲート制御装置４１は、導水路水位が上限水路水位を超えていると判断すると、導水路水位に基づき超過取水防止ゲート２１の開度を調整し、発電所に送る送水量を制御する（ステップｂ３、図２参照）。

以上のように取水装置１は、通常時は、従来の取水装置と同様に取水ゲート１１を介して取水量を制御することが可能である。さらに従来の取水装置では対応できなかった、出水時に導水路１１５（含む沈砂池１１７）に直接入り込む水に対しても超過取水防止ゲート２１を介して発電所への送水量を制御することが可能である。これにより出水等により大量の水が導水路１１５に流れ込んでも、導水路１１５の崩壊を防止し、取水量を許可された取水量に制御することができる。

本実施形態に示すように導水路１１５（含む沈砂池１１７）が開渠部分１１５ａを含み、あるいは導水路１１５（含む沈砂池１１７）が開渠からなり、河川１０１に並走するように設けられている場合、洪水等により河川１０１から溢流水が流れ込み易い。このような構造、配置の導水路１１５に対しては、本発明に係る取水装置１を特に好適に使用することができる。

本実施形態に示すように上流側に開渠部分１１５ａ、下流側に閉渠部分１１５ｂを有する導水路１１５の場合、閉渠部分１１５ｂには出水時であっても河川から直接水が流れ込まないので、超過取水防止ゲート２１を導水路１１５の開渠部分１１５ａの下流側の末端、換言すれば開渠部分１１５ａと閉渠部分１１５ｂとの境界部に設けることは非常に効率的である。

本実施形態に示す取水装置１のうち取水ゲート１１、ダム水位を検出する水位計１７、導水路水位を検出する水位計１９、及び取水ゲート制御装置３１は、従来の取水装置と同じであるから、既設の取水装置に超過取水防止ゲート２１及び超過取水防止ゲート制御装置４１を追加するだけで容易に本発明の取水装置１を得ることができる。

本発明に係る取水装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲で変更して使用することができる。上記実施形態に示す取水装置１では、２つのゲートに対して各々制御装置を備えるが、図４に示すように１つのゲート制御装置５１を設け、このゲート制御装置５１で取水ゲート１１及び超過取水防止ゲート２１を制御してもよい。この場合も既設の取水ゲート制御装置を改良することで簡単にゲート制御装置５１とすることができる。図４は、図１に対応する図であり、（Ａ）が断面の模式図、（Ｂ）が平面の模式図である。

上記実施形態において、超過取水防止ゲート制御装置４１は、導水路水位が上限水路水位以下であると判断すると、超過取水防止ゲート２１が全開となるように制御するが、ゲート本体２３の下端２４が上限水路水位よりも高い位置となるように制御すればよく、必ずしも超過取水防止ゲート２１は全開でなくてもよい。

また上記実施形態では、河川水Ｗの一部を導水路１１５を通じて水力発電所に送水する取水設備に設置された取水装置を示したが、取水装置の適用場所が水力発電所に送水する取水設備に限定されないことは言うまでもない。また本実施形態の取水設備では、沈砂池１１７を備えるが、沈砂池１１７を備えない取水設備に対しても本発明に係る取水装置を好適に使用することができる。

図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更及び修正を容易に想定するであろう。従って、そのような変更及び修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

１ 取水装置
１１ 取水ゲート
１３ ゲート本体
１５ 駆動装置
１７ 水位計
１９ 水位計
２１ 超過取水防止ゲート
２３ ゲート本体
２４ ゲート本体の下端
２５ 駆動装置
３１ 取水ゲート制御装置
４１ 超過取水防止ゲート制御装置
５１ ゲート制御装置
１０１ 河川
１１１ 取水ダム（取水堰）
１１３ 取水口
１１５ 導水路
１１５ａ 開渠
１１５ｂ 暗渠
１１７ 沈砂池
１１９ 除塵装置
Ｗ 河川水

Claims (7)

1. 河川水の取り込み量を調節する取水ゲートと、
   前記取水ゲートの上流側水位を検出する第１水位計と、
   前記取水ゲートの下流に位置する水路の水位を検出する第２水位計と、
   前記第１水位計及び第２水位計の出力に基づき前記取水ゲートの開度を制御する取水ゲート制御装置と、
   前記第２水位計よりも下流の前記水路に設置された超過取水防止ゲートと、
   前記第２水位計の出力に基づき前記超過取水防止ゲートの開度を制御する超過取水防止ゲート制御装置と、
   を備えることを特徴とする取水装置。
2. 前記取水ゲート制御装置は、前記第２水位計が検出する水位が上限水路水位以下のときは前記取水ゲートの開度を調節し取水量を制御し、前記第２水位計が検出する水位が前記上限水路水位を超えると前記取水ゲートを全閉とし、
   前記超過取水防止ゲート制御装置は、前記第２水位計が検出する水位が前記上限水路水位以下のときは前記超過取水防止ゲートを前記上限水路水位以上に開け、前記第２水位計が検出する水位が前記上限水路水位を超えると前記超過取水防止ゲートの開度を調節し取水量を制御することを特徴とする請求項１に記載の取水装置。
3. 前記第２水位計が検出する水位は、前記取水ゲートの下流側において、前記水路に外部から直接水が流入したとき前記上限水路水位を超えることを特徴とする請求項２に記載の取水装置。
4. 前記取水ゲート制御装置及び前記超過取水防止ゲート制御装置に代えて、ゲート制御装置を備え、
   前記ゲート制御装置が、前記取水ゲート及び前記超過取水防止ゲートの開度を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の取水装置。
5. 前記水路が開渠部分を有し、
   前記水路の開渠部分が河川に近接して設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の取水装置。
6. 前記水路が開渠部分と閉渠部分とを有し、
   前記開渠部分が上流側、前記閉渠部分が下流側に位置し、
   前記超過取水防止ゲートが前記開渠部分の下流側の末端に設置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の取水装置。
7. 前記水路が、水力発電所に送水する導水路であり、
   前記上流側水位がダム水位であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の取水装置。

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