JP4644562B2 - 水路における取水方法 - Google Patents

Description

本発明は、水路においてサイフォン装置により取水する方法に関する。

流れ込み式水路の水力発電所では、川の上流に取水堰を設け、取水口から取り入れた水を、貯水池及び導水路を経て川の下流まで導き、川との間に得られた落差により発電する。発電量を増やすためには貯水池から導水路への取水量を増やせばよいが、河川維持流量が法律で定められているため、貯水池の水位を規定の水位（以下「最低水位」という）よりも下げることはできない。

そこで、貯水池から導水路への取水量を増やすと同時に、貯水池の水位が最低水位よりも下がるのを防ぐために、従来、貯水池と導水路を隔てる越流堤に設置されている嵩上げ材の高さを下げる方法が実施されてきた。具体的には、嵩上げ材をその上面が最低水位と同じ高さとなるように設置し、一部の嵩上げ材を転倒させる（転倒方式）、あるいは一部の嵩上げ材を外す（角落とし方式）ことにより、嵩上げ材の高さを部分的に下げて取水量を増やし、水位が最低水位よりも下がりそうになった時には、前記嵩上げ材の高さを元に戻す方法である。

また、ダム、溜池などの貯水池からサイフォン動作により取水する方法も実施されている。そして、貯水池の水位が下がってサイフォン動作が停止したことにより取水が停止した場合には、以下の方法でサイフォン動作を生じさせ、再び取水を開始する。

第１の方法は、導水管の途中に設置された、給水ポンプ、給水タンクから成る封水装置を操作盤により制御することで吸水ポンプにより導水管を満水にし、全ての開閉弁を閉じて導水管内を密封（真空）状態にし、この状態で仕切弁を開放することでサイフォン作用（動作）を生じさせる方法である（下記特許文献１）。

第２の方法は、サイフォン方式によりダム湖から取水するにあたり、入口弁を閉じた状態で真空ポンプを作動させて流水路へ充水する方法である（下記特許文献２）。

特開２００４−３６２７４号公報 特開２０００−２７３８５３号公報

しかしながら、嵩上げ材の高さを下げる方法は、渇水で前記貯水池の水位が最低水位よりも下がりそうになった時には、嵩上げ材の高さを元に戻して最低水位よりも下がることを防ぐ必要がある。しかし、一般的に、水路は作業者の勤務地から遠方の場所に設置されているため、その場所まで行って嵩上げ材の高さを元に戻す作業をするのに時間がかかる。

また、サイフォン動作により取水する方法によれば、サイフォン管の取水口が貯水池の最低水位と同じ高さとなるようにサイフォン管が設置される場合には、貯水池の水位が最低水位よりも下がることはない。しかし、サイフォン動作を生じさせるには、サイフォン管を満水にする必要があり、給水ポンプ（封水装置）や真空ポンプを駆動させるために、現地での作業が必要となる。

本発明の目的は、上流から順に貯水池と導水路を有する水路において、現地に出向かなくても取水を開始することができ、かつ貯水池の水位が最低水位よりも下がるのを防ぐことができる取水方法を提供することである。

本発明の方法は、上流から順に貯水池と導水路を有し、導水路に遠隔操作で開閉可能なゲートを備えた水路における取水方法であって、前記貯水池と前記導水路との間に、次の装置、すなわち、前記貯水池の最低水位と同じ高さに設置された取水口及び前記導水路内に排水口を有するサイフォン管と、該サイフォン管の途中に一端が接続され、該サイフォン管の内部と連結する空気抜き管と、該空気抜き管の途中に設けられ、該空気抜き管の一端から他端へ向かう方向にのみ空気又は水を通し、逆方向には通さない逆止弁とで構成されたサイフォン装置を設置し、前記ゲートを遠隔操作で閉じて、前記サイフォン管の上面の高さまで前記水路に貯水することで、前記サイフォン管の内部を満水にし、その後、前記ゲートを遠隔操作で開けて前記導水路から排水し、前記水路の水位を下げることにより、前記サイフォン装置がサイフォン動作により前記取水口からの取水を開始し、その後、前記貯水池の水位が前記取水口と同じ高さ、すなわち最低水位まで下がると、前記サイフォン装置が取水を停止することを特徴とする。

本発明の方法において、ゲートを遠隔操作で閉じて、前記貯水池の水位がサイフォン管の上面の高さと一致するまで水路に貯水することで、サイフォン管の内部を満水にする。その後、ゲートを遠隔操作で開けて、導水路から排水し、水路の水位を下げることにより、サイフォン装置がサイフォン動作を開始して、取水口からの取水を開始することができる。その後、貯水池の水位が最低水位、すなわち取水口と同じ高さまで下がると、サイフォン装置がサイフォン動作を停止し、取水口からの取水を停止する。これにより、貯水池の水位が最低水位よりも下がるのを防ぐことができる。

本発明で用いるサイフォン装置は、サイフォン管と、一端がサイフォン管の途中に接続されてサイフォン管の内部と連結する空気抜き管と、この空気抜き管の途中に設けられ、空気抜き管の一端から他端へ向かう方向にのみ空気又は水を通し、逆方向には通さない逆止弁とを備えて構成されるものとすることができる。

この装置によれば、これを設置した水路の水位がサイフォン管の上面の高さまで上がることで、サイフォン管の内部が満水になり、その後、水路の水位が下がることにより、サイフォン動作を開始して取水口からの取水を開始することができる。

空気抜き管は、並列に配置された複数のサイフォン管に接続されていてもよい。サイフォン管が１本の場合に比べて、取水量を増やすことができる。

また、空気抜き管の他端は、水、落葉、小動物等の異物が管内に入りにくい構造を有することが望ましい。これにより、空気抜き管を掃除する回数を減らすことができる。

本発明の方法によれば、上流から順に貯水池と導水路とを有し、その導水路に遠隔操作で開閉可能なゲートを備えた水路において、ゲートを閉じて貯水し、ゲートを開けて水路の水位を下げることにより、サイフォン装置がサイフォン動作により取水口からの取水を開始することができる。その後、貯水池の水位が取水口と同じ高さ、すなわち最低水位まで下がると、サイフォン装置がサイフォン動作を停止し、取水口からの取水を停止する。これにより、貯水池の水位が最低水位よりも下がることを防ぐことができる。

また、上記のサイフォン装置によれば、これを設置した水路の水位が下がると、サイフォン動作により、取水を自動的に開始或いは停止することができる。

図１は、本発明の取水方法を実施する水路に設置されたサイフォン装置を示す。このサイフォン装置１は、サイフォン管２、空気抜き管３、及び逆止弁４で構成され、上流から順に貯水池６ａと導水路６ｂとを有する水路６に設置される。

サイフォン管２は略“７”字状に形成されたチューブ又はパイプであり、その外径は 150 mm 〜 200 mm が好ましい。これより細いと取水量を多くできず、太いとサイフォン管が高価になるとともに、施工が大掛かりになるからである。

サイフォン管２は、貯水池６ａと導水路６ｂとを隔てる越流堤６ｃの上で、かつ水路の直立壁６ｄに沿って、サイフォン管の取水口２ａが貯水池６ａの最低水位と同じ高さ、そしてサイフォン管の排水口２ｂが導水路６ｂの底から数 cm の高さとなるように設置され、越流堤６ｃの上に設置されたステー７と壁６ｄに、アンカーバンド８で固定される。サイフォン管２は、１本或いは複数本でもよく、越流堤６ｃの幅全部に亘って複数並んで設置されてもよい。複数のサイフォン管２が設置される場合には、水に流されないようにサイフォン管同士がアンカーバンド８で固定される。

空気抜き管３は、直径 13 mm 程度のチューブ状で、その一端３ａがサイフォン管２の途中に接続されてサイフォン管２の内部と連通しており、他端３ｂは水、落葉、小動物等の異物が管内に入りにくい構造を有する。詳細には、空気抜き管３の上部は上方に延び、途中で鉤型に曲がり、更に数 cm 程度下方に延びた形状を有し、その先端（他端）３ｂが、水路６の水位が高い時でも水に漬からない高さとなるように、固定金具９で壁６ｄに固定されている。こうして、空気抜き管３は、直径が比較的細く、先端が下向きで水に漬からない高さに位置することにより、水、落葉、小動物等の異物が管内に入りにくい構造となっている。

空気抜き管３の途中（図では、他端３ｂに近い位置）に、逆止弁４が設けられている。この逆止弁４は、一方向にのみ空気又は水を通し、逆方向には通さないものであればよく、例えば、給油ポンプに使用されているものでよい。逆止弁４は、空気又は水を通す方向が空気抜き管３の一端から他端へ向かう方向と一致するように設置される。

ゲート５は、遠隔操作で開閉可能に構成されている。このゲート５を開閉させることにより、水路６への通水を開始或いは停止できる。

ゲート５は、導水路６ｂの下流に設置されており、ゲート５を遠隔操作で閉じると、貯水池６ａと導水路６ｂは、水路６の上流から供給される水により、ゲート５の上面と同じ高さまで満水になる。その後、ゲート５を遠隔操作で開けると、導水路６ｂから排水されることにより、貯水池６ａと導水路６ｂの水位は下がっていく。

図示の水路６では、以下の手順で、貯水池６ａから導水路６ｂへ取水する。
（１）図２に示すように、ゲート５を閉じると、水路６の上流から水が供給されることにより、貯水池６ａと導水路６ｂは、サイフォン管２の上面と同じ高さまで満水になる。そして、サイフォン管２の内部が満水になる。
（……とともに、内部に存在していた空気は、逆止弁４を通って押し上げられ、空気抜き管３の他端（先端）３ｂからサイフォン装置１の外へ排出される。）
（２）図３に示すように、ゲート５を開けると、導水路６ｂから排水されることにより、貯水池６ａと導水路６ｂの水位は下がっていく。しかし、逆止弁４によりサイフォン管２内への空気の流入が阻止されるので、サイフォン管２の内部の水位は下がらず、（１）の状態のままである。
（３）図４に示すように、導水路６ｂの水位が貯水池６ａの水位より低くなると、サイフォン装置１はサイフォン動作を開始し、貯水池６ａから導水路６ｂへの取水を開始する。詳細には、サイフォン管２の取水口２ａから貯水池６ａの水を吸い込み、サイフォン管２を通して、排水口２ｂから導水路６ｂへ排水する。
（４）図５に示すように、貯水池６ａの水位がサイフォン管２の取水口２ａと同じ高さ、すなわち最低水位になると、取水口２ａからサイフォン管２内に空気が入り込むため、サイフォン装置１はサイフォン動作を停止し、取水口２ａからの取水を停止する。これにより、貯水池６ａの水位が最低水位より下がるのを防ぐことができる。
（５）再び取水を開始する場合には、上記（１）及び（２）の手順を実施する。

水路において実施される本発明の取水方法に用いられるサイフォン装置の一例を示す図。 実施例の取水方法の手順（１）における水路とサイフォン装置の水位を示す図。 実施例の取水方法の手順（２）における水路とサイフォン装置の水位を示す図。 実施例の取水方法の手順（３）における水路とサイフォン装置の水位を示す図。 実施例の取水方法の手順（４）における水路とサイフォン装置の水位を示す図。

符号の説明

１：サイフォン装置、２：サイフォン管、３：空気抜き管、４：逆止弁、５：ゲート、６：水路、７：ステー、８：アンカーバンド、９：固定金具。

Claims (1)

1. 上流から順に貯水池と導水路とを有し、前記導水路に遠隔操作で開閉可能なゲートを備えた水路における取水方法であって、
   前記貯水池と前記導水路との間に、
   前記貯水池の最低水位と同じ高さに設置された取水口及び前記導水路内に排水口を有するサイフォン管と、該サイフォン管の途中に一端が接続され、該サイフォン管の内部と連結する空気抜き管と、該空気抜き管の途中に設けられ、該空気抜き管の一端から他端へ向かう方向にのみ空気又は水を通し、逆方向には通さない逆止弁とで構成されたサイフォン装置を設置し、
   前記ゲートを遠隔操作で閉じて、前記サイフォン管の上面の高さまで前記水路に貯水することで、前記サイフォン管の内部を満水にし、その後、前記ゲートを遠隔操作で開けて前記導水路から排水して、前記水路の水位を下げることにより、前記サイフォン装置がサイフォン動作により前記取水口からの取水を開始し、その後、前記貯水池の水位が前記取水口と同じ高さまで下がると、前記サイフォン装置が取水を停止することを特徴とする取水方法。

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