JP4738168B2

JP4738168B2 - 余水路流水の減勢工及び減勢方法

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Publication number: JP4738168B2
Application number: JP2005373558A
Authority: JP
Inventors: 弘道末次; 健治丸井; 祥平清木; 剛大村; 友一河内
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP2007177395A

Description

本発明は、余水路流水を減勢させる減勢工に関する。

例えば、水力発電システムは、川などからの水を水力発電用水として蓄える水槽と、一端が水槽に接続された水圧管路と、水槽の下方に位置し水圧管路の他端が接続された発電機と、上流側端部が発電所に接続され、下流側端部が河川に接続された放水路と、上流側端部が水槽に接続され、下流側端部が放水路の上流側端部と下流側端部との間において発電機より下方の位置に接続された余水路と、を備える。

そのような水力発電システムで水力発電を行う場合、高所に設けられた水槽に蓄えられた水力発電用水を、水圧管路を介して、水槽より下方に設けられた発電機に流下させることで、水力発電用水の位置エネルギーが運動エネルギーに転化し、発電機において水力発電用水の運動エネルギーを電力に変換する。

発電機の定期検査や発電機が緊急停止した場合、水力発電システムは、水槽に溜まった水力発電用水を、発電機に供給させないで、余水路を介して放水路により流下させる。これにより、水力発電用水は、これの位置エネルギーが運動エネルギーに転化されて、放水路から河川に放出されるので、余水路ひいては放水路を流れる水力発電用水は、急流となって、河川に放出される。

従来より、急流となった水力発電用水を減勢する減勢工として、縦長の立坑を建設し、立坑の下方に流入水路を接続し、立坑の上方に流出水路を接続している。これにより、立坑内に水が貯留され、高速の流水は立坑内の水中に流れ込むので、高速の流水の流れを、立坑内全体に分散することで、流水の流れを減勢させる減勢工（特許文献１）が用いられている。

また、流速が比較的緩やかな場合には堰により強制的に水位を上昇させ、鉛直方向に流水の運動エネルギーを発散させることで流水の流れを減勢させる減勢工（特許文献２）が用いられている。
特開２００２−１８８１３３号公報特開２００３−１０５８４９号公報

しかしながら、立坑の建設コストが高く、既存の水路に立坑を設置することが困難である。また、流水の流れを上昇させることにより、鉛直方向に流水の運動エネルギーを発散させることのみで流水の流れを減勢させるのでは、流水が極めて高速である場合、運動エネルギーを発散させきれず、高速流水の減勢は難しい。

したがって、立坑を設ける必要や、余水路（流入水路）と放水路（流出水路）とに高低差を設ける必要が無く、極めて流れの速い流水の勢いも減勢することが可能な減勢工の提供が望まれている。

本発明は、上述したような課題に鑑みてなされたものである。その目的は、立坑や、余水路と放水路との高低差を設けずに、極めて流れの速い流水の勢いも減勢することが可能な減勢工を提供することである。

以上のような目的を達成するために、本発明は、以下のようなものを提供する。

（１）流水を流入する余水路が接続された床面及び天井面を有する筒状の放水路に設置された減勢工であって、前記余水路が接続された部分より下流側の前記放水路の床面に設置された第１の突起部と、該第１の突起部に衝突した流水が前記放水路の天井面に達する範囲であるせり上がり領域における前記天井面に設置された第２の突起部とを備えることを特徴とする減勢工。

（１）の発明によれば、余水路から流入された流水を床面に設置された第１の突起部に衝突させる。これにより、流水の勢いを減勢するとともに、流水の一部を天井面まで吹き上げ、さらに、流水の一部を上流側に逆流させることが可能となる。流水の一部を天井面までせり上げることで重力により勢いを減勢させることが可能とともに、流水の一部を上流側に逆流させることで、第１の突起部に衝突する前の流水の勢いをも減勢することが可能となる。天井面までせり上がった流水は、天井面に設置された第２の突起部に衝突させる。これにより、さらに流水の勢いを減勢するとともに、第１の突起部側に戻された流水と第１の突起部に衝突しせり上げられた流水とが衝突し、互いの勢いを打ち消し合うので、さらにまた流水の勢いを減勢することが可能となる。すなわち、立坑や、余水路と放水路との高低差を設けずに、極めて流れの速い流水の勢いも減勢することが可能な減勢工を提供することが可能となる。

（２）前記床面は、前記余水路が接続された接続部分を有し、前記接続部分は、前記余水路の床面と略同一平面上に形成されていることを特徴とする（１）に記載の減勢工。

（２）の発明によれば、同一平面状で接続された余水路からの流水の減勢が可能となるので、流水を落下させて流水の勢いを減勢する必要がない。例えば、既存の水路に立抗等を構築することは、作業性の悪い環境での掘削が伴い、多大なコストが発生する。また、水路は所定の勾配で、設計や施工を行わなければならないので、流入路と流出路に減勢のための高低差を設けることは、水路の設計や施工において非常に困難である。よって、立坑や、余水路と放水路との高低差を設けずに、極めて流れの速い流水の勢いも減勢することが可能な減勢工は、高い経済性を有し、水路の設計施工を容易にする減勢工を提供することを可能とする。

（３）前記第１の突起部は、前記余水路から流入される流水の流れる方向に対して略直交するように設置された第１突起部垂直面を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の減勢工。

（３）の発明によれば、第１突起部に垂直面を設け、その垂直面を流水の流れる方向に対して略直交させる。これにより、第１突起部において流水の運動エネルギーを真正面から受けられるので、第１突起部に衝突してくる流水をより効果的に減勢するとともに、より効率よく天井面まで吹き上げることが可能となる。

（４）前記放水路は、流水の流れる方向に対して略平行方向に延びる側面を有し、前記側面には、前記余水路に繋がる余水路開口部が形成され、前記第１突起部垂直面の一端は、前記側面における前記余水路開口部の近傍に接することを特徴とする（３）に記載の減勢工。

（４）の発明によれば、第１突起部垂直面の一端を余水路開口部近傍の放水路側面に接している。これにより、第１突起部に衝突し、側面方向に流れる向きを変えた流水を、勢いを保ったまま下流に流すことなく、第１突起部にむかってくる流水と再度衝突させることで、第１突起部での減勢効果をさらに高めることが可能となる。

（５）前記第１突起部垂直面は、前記余水路の床面の幅と略同じ幅であることを特徴とする（３）又は（４）に記載の減勢工。

（５）の発明によれば、第１突起部垂直面を余水路の床面の幅と略同じ幅にする。これにより、第１突起部の幅の寸法を抑え、通常発電時において第１突起部による背水影響でドラフト部の水位が上昇することに伴う発生電力量の低下を防ぐことが可能となる。また、第１突起部を形成するためのコストを下げることが可能となる。さらに、勢いのある流水が流れ込む幅は確保しているので、高い減勢効果を確保することも可能である。

（６）前記第２の突起部は、前記せり上がり領域における前記放水路の最も下流側に設置されることを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載の減勢工。

（６）の発明によれば、第２の突起部をせり上がり領域における放水路の最も下流側に設置する。これにより、第１の突起部側に戻された流水と第１の突起部に衝突し吹き上げられた流水とが衝突し、互いの勢いを打ち消し合う減勢領域を最大限に確保できるので、より高い減勢性能を有する減勢工を提供することが可能となる。

（７）前記せり上がり領域は、前記天井面の下流側端部に接する接線を含み、前記第２の突起部は、前記下流側端部の近傍に、前記接線に略平行の第２突起部垂直面を有することを特徴とする（１）から（６）のいずれかに記載の減勢工。

（７）の発明によれば、放水路のせり上がり領域内において、下流側端部すなわち流水を河川へ放流する放水口の近傍に第２突起部垂直面を設置する。これにより、減勢領域を最大限に確保できることにより、流水面を整えることができるので、より高い減勢性能と整流効果を有する減勢工を提供することが可能となる。

（８）前記第２突起部垂直面は、前記天井面における下流側端部の幅と略同じ幅であることを特徴とする（７）に記載の減勢工。

（８）の発明によれば、第２突起部垂直面を下流側端部の幅と略同じ幅とする。これにより、第１の突起部に衝突し吹き上げられた流水が、第２突起部に衝突せずに、直接河川に放流されるのを防止することができるので、より高い減勢性能と確実性を有する減勢工を提供することが可能となる。

（９）前記第１の突起部は、前記余水路から流入される流水の流れる方向の垂直断面形状が略矩形であることを特徴とする（１）から（８）のいずれかに記載の減勢工。

（９）の発明によれば、第１の突起部における流水の流れる方向の垂直断面形状を略矩形とする。これにより、極めて勢いのある流水に対しても第１の突起部は安定しているので、より高い減勢性能と確実性を有する減勢工を提供することが可能となる。

（１０）前記第２の突起部は、鋼製であることを特徴とする（１）から（９）のいずれかに記載の減勢工。

（１０）の発明によれば、第２の突起部は通常発電時には、常に水にさらされるわけでなく、空気中にあるため錆びの発生や劣化等の可能性が低く鋼製とすることが可能である。第２の突起部を鋼製とすることで、既存の水路の天井面に突起部を形成する場合でも、コンクリートで突起部を形成する場合に比べて、取り付け作業が容易になるとともに、より低廉に製作することができるので、取付け作業の容易性と経済性を有する減勢工を提供することが可能となる。

（１１）前記余水路は、流水の流れる方向に対して略平行方向に延びる余水路側面を有し、前記余水路側面に接して前記余水路の床面から天井面まで設置された第３の突起部を備え、前記第３の突起部は、前記放水路側面に対して略直交するように設置された第３突起部垂直面を有し、前記第３突起部垂直面は、前記余水路開口部を通る面に交わることを特徴とする（４）に記載の減勢工。

（１１）の発明によれば、放水路側面に対して略直交するように設置された第３突起部垂直面を有する第３の突起部を、余水路側面に接して余水路の床面から天井面まで設置することで、放水路に対して余水路が鋭角に接続されている場合でも、余水路の流水の流れる方向を放水路の側面に向けることが可能となり、流水を放水路の側面に衝突させることで、流水の勢いをさらに減勢することが可能となる。

また、前記第３の突起部の水平方向の断面形状は、三角形であることを特徴とする（１１）に記載の減勢工、とすることもできる。これにより、例えば、第３の突起部を鉄筋コンクリートで形成する場合であっても、型枠を二面設置すればよいので、容易に施工することが可能となる。また、第３の突起部を三角柱として余水路の側面と一体的になるように形成することで、極めて勢いのある流水が第３突起部垂直面に衝突した場合でも、第３の突起部は安定しているので、より高い減勢性能と確実性を有する減勢工を提供することが可能となる。

（１２）前記放水路の流水の流れる方向に対して直交方向の垂直断面積は、前記余水路の流水の流れる方向に対して直交方向の垂直断面積より大きいことを特徴とする（１）から（１１）のいずれかに記載の減勢工。

（１２）の発明によれば、勢いを有する流水を流し込む余水路内部の断面積に対して、第１の突起部と第２の突起部の間に減勢領域を形成する放水路内部の断面積を大きくする。これにより、減勢領域において流水を十分に拡散することができるので、より高い減勢性能を有する減勢工を提供することが可能となる。

（１３）（１）から（１２）のいずれかに記載の減勢工が設置された水力発電システムであって、水力発電用水を蓄える水槽と、前記水槽に一端が接続され、前記水力発電用水を下方に流下させる水圧管路と、前記水圧管路の他端に接続され、前記水圧管路から流下された前記水力発電用水の位置エネルギーを電力に変換する発電所と、前記発電所に上流側端部が接続され、前記発電所により位置エネルギーを電力に変換された前記水力発電用水を下流側端部から河川に放流する放水路と、前記水槽に上流側端部が接続され、前記水力発電用水を下方に流下させ、下流側端部が前記放水路に接続された余水路とを備えることを特徴とする水力発電システム。

（１３）の発明によれば、水力発電システムにおける放水路に余水路を接続し、放水路に上述した第１の突起部と上述した第２の突起部とを設ける。これにより、例えば、発電所のメンテナンス等による発電機を停止する場合でも、余水路から流下される水槽の余水を十分に減勢した後に河川に放流できるので、環境に配慮した水力発電システムを提供することが可能となる。

（１４）（１）から（１２）に記載の減勢工又は（１３）に記載の水力発電システムに用いられる流水の減勢方法であって、前記放水路において、前記余水路から流入された流水を、前記第１の突起部に衝突させ、前記第１の突起部に衝突させた流水を前記せり上がり領域に吹き上がらせ、前記せり上がり領域に吹き上がらせた流水を前記第２の突起部に衝突させることを特徴とする減勢方法。

（１４）の発明によれば、余水路から流入された流水を床面に設置された第１の突起部に衝突させる。これにより、流水の勢いを減勢させるとともに、流水を天井面まで吹き上げることが可能となり、天井面まで吹き上がった流水を重力により勢いを減勢させる。次に、天井面まで吹き上がった流水を天井面に設置された第２の突起部に衝突させる。これにより、さらに流水の勢いを減勢させ、第１の突起部側に戻された流水と第１の突起部に衝突し吹き上げられた流水とが衝突し、互いの勢いを打ち消し合うので、さらにまた流水の勢いを減勢させる。すなわち、立坑や、余水路と放水路との高低差を設けずに、極めて流れの速い流水の勢いも減勢することが可能な減勢工を提供することが可能となる。

本発明によれば、減勢工は、水力発電用水を第１の突起部に衝突させることで、水力発電用水の勢いを減勢する。さらに、減勢工は、第１の突起部に衝突させた水力発電用水を天井面まで吹き上げることで、水力発電用水に作用する重力により水力発電用水の勢いを減勢させる。減勢工は、天井面まで吹き上がった水力発電用水を第２の突起部に衝突させ、さらに水力発電用水の勢いを減勢させとともに、第１の突起部側に戻させる。

これにより、減勢工は、第２の突起部から第１の突起部へ移動する水力発電用水と第１の突起部に衝突し吹き上げられた水力発電用水とが衝突し、互いの勢いを打ち消し合うので、さらに水力発電用水の勢いを減勢する。すなわち、本発明に係る減勢工は、立坑や、余水路と放水路との間に高低差を設けずに、極めて流れの速い水力発電用水の勢いを減勢することができる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

［減勢工の構成］
図１及び図２を参照して、本発明の実施形態に係わる減勢工２０と、減勢工２０が設置された放水路１と、放水路１に接続された余水路２について説明する。

図１は、本実施形態における減勢工２０が設置された放水路１に余水路２が接続された状態を示す配置図である。また、図２は、放水路１を放水口１ｅ側から上流側へ正面視した正面図である。なお、放水路の流れる方向６が示す矢印は、放水路１の流水の流れる方向を示し、余水路の流れる方向７が示す矢印は、余水路２の流水の流れる方向を示し、河川の流れる方向８が示す矢印は、河川の流れる方向を示している。

図１に示すように、放水路１には、余水路２が接続されている。放水路１は、下流側端部で河川護岸５に繋がっている。また、放水路１には、余水路２が接続され部分より下流側に下部シル３が形成され、下流側端部には、上部シル４が設置されている。さらに、下部シル３と上部シル４の間に、せり上がり領域１０を形成している。

図１に示すように、放水路１は、下流側端部で河川護岸５に繋がる放水口１ｅを形成し、放水路床面１ａ、放水路天井面１ｂ、及び流水の流れる方向に対して略平行方向に延びる側面の一例である放水路の余水路接続側内壁面１ｃ、放水路の余水路対向側内壁面１ｄを有するボックスカルバートである。換言すると、余水路２は、流水を流入する余水路の一例であり、放水路１は、流水を流入する余水路が接続された床面及び天井面を有する筒状の放水路の一例である。

放水路１は、鉄筋コンクリートで形成されている。放水路１の放水路床面１ａの幅は、４６００ｍｍである。放水路の余水路接続側内壁面１ｃ及び放水路の余水路対向側内壁面１ｄは、放水路床面１ａからの高さが総高１７００ｍｍであり、高さ１４００ｍｍより内部側に３００ｍｍ傾斜している。また、放水路床面１ａの流水の流れる方向に対して直交方向の幅は、４６００ｍｍである。一方、余水路２は、内径床面からの高さが総高１１００ｍｍであり、高さ９００ｍｍより内部側に２００ｍｍ傾斜している。また、内径床面の幅が１４００ｍｍである。換言すると、放水路１と余水路２は、放水路の流水の流れる方向に対して直交方向の垂直断面積は、余水路の流水の流れる方向に対して直交方向の垂直断面積より大きい放水路と余水路の一例である。

図１に示すように、放水路の余水路接続側内壁面１ｃには、流水を流入する余水路２が接続され、余水路に繋がる余水路開口部１ｆが形成されている。また、図２に示すように、放水路の余水路接続側内壁面１ｃには、点線で示すように、余水路２が接続され、放水路床面１ａと余水路２の床面とは、同一レベルで接続されている。換言すると、放水路床面１ａは、余水路が接続された接続部分を有し、当該接続部分は、余水路の床面と略同一平面上に形成されている。

図１に示すように、余水路２は、余水路接続側内壁面１ｃに対して、直線的に鋭角に交わるように接続されている。具体的には、余水路２は、余水路接続側内壁面１ｃに対して３７度１５分で交わるように接続されている。

下部シル３について、図１から図５を用いて説明する。

図１に示すように、下部シル３は、放水路１における余水路２が接続された部分の下流側の放水路床面１ａに形成されている。換言すると、下部シル３は、余水路が接続された部分より下流側の放水路の床面に設置された第１の突起部の一例である。

また、下部シル３は、余水路の流れ方向７に対して略直交するように下部シル垂直面３ａを有する。そして、下部シル垂直面３ａの一方の端部は、放水路の余水路開口部１ｆの下流側近傍に接している。換言すると、下部シル３は、余水路から流入される流水の流れる方向に対して略直交するように設置された第１突起部垂直面を有する第１の突起部の一例であり、第１突起部垂直面の一端は、放水路の側面における余水路開口部の近傍に接している。

下部シル垂直面３ａの幅は、１４００ｍｍである。すなわち、上述した余水路２の内径床面の幅１４００ｍｍと同じ寸法である。換言すると、下部シル垂直面３ａは、余水路の床面の幅と略同じ幅である第１突起部垂直面の一例である。また、下部シル３は、上面視で台形であり、余水路の流れ方向７の垂直断面形状が矩形である。換言すると、下部シル３は、余水路から流入される流水の流れる方向の垂直断面形状が略矩形である第１の突起部の一例である。

次に、下部シル３の構造について、図３から図５を用いて説明する。図３は、図２におけるＡＡ断面図であり、図４は、図３におけるＢＢ断面図であり、図５は、床面挿筋３３の詳細図である。

下部シル３は、上面視における長辺の寸法が１８５６ｍｍで短辺すなわち下部シル垂直面３ａの水平方向の寸法が１４００ｍｍの台形である。また、放水路床面１ａから下部シル３の天端までの高さは、４００ｍｍである。

また、図３に示すように、下部シル３は、鉄筋コンクリート構造である。下部シル３は、長辺方向にＤ１９のフープ筋３１ａ、３１ｂが交互に２００ｍｍピッチで配列されている。図４に示すように、フープ筋３１ａの形状は、コの字型のフープの両端部がＬ形のフックを有するものである。フープ筋３１ｂの形状は、コの字型のフープの一方端部がＬ形のフックを有し、他方端部が垂直方向に伸ばしたものである。下部シル３は、フープ筋３１ａ、３１ｂにＤ１３の配力筋３５が１５０ｍｍピッチで、かぶり厚が１００ｍｍとなるように結束されている。配力筋３５の放水路の余水路接続側内壁面１ｃ側端部は、放水路１に４００ｍｍ挿入された壁面挿筋３６に結束されている。

さらに、放水路床面１ａは、下部シル３が形成された部分の周囲を２００ｍｍの厚さではつられた放水路床面はつり部分１２を有する。放水路床面はつり部分１２は、上面視で余水路の流れ方向７と平行する方向は、下部シル３の寸法４００ｍｍに加え両側３００ｍｍの範囲であり、当該方向に直交する方向は、下部シル３の端部までの範囲である。

そして、放水路床面はつり部分１２においては、Ｄ１３の組立筋３４が横架され、組立筋３４は、既設鉄筋に結束されている。さらに、組立筋３４には、フープ筋３１ａ、３１ｂが一つおきに結束されている。また、フープ筋３１ａ、３１ｂは一つおきに床面挿筋３３の一方側に結束されている。床面挿筋３３の他方側は、図５に示すように、放水路１に２００ｍｍ挿入されている。

せり上がり領域１０および上部シル４について、図１、図２および図６から図８を用いて説明する。

図１に示すように、せり上がり領域１０は、２点鎖線で示すように、放水路１における下部シル３より下流の空間に、下部シル３に衝突した流水が放水路１の天井面に達する範囲であるせり上がり領域１０が形成されている。また、図２に示すように、せり上がり領域１０における放水路天井面１ｂには、上部シル４が設置されている。換言すると、せり上がり領域１０は、第１の突起部に衝突した流水が放水路の天井面に達する範囲であるせり上がり領域の一例である。上部シル４は、第１の突起部に衝突した流水が放水路の天井面に達する範囲であるせり上がり領域における天井面に設置された第２の突起部の一例である。

また、上部シル４は、放水路１における下流側端部に形成された放水口１ｅの近傍に設置されている。せり上がり領域１０は、上部シル４に接している。さらに、上部シル４は、放水口１ｅとせり上がり領域１０に沿って設置されている。上部シル４には、放水路１の上流側に向かって、上部シル垂直面４ａが形成されている。上部シル垂直面４ａの寸法は、放水路天井面１ｂから下方へ５００ｍｍである。換言すると、上部シル４は、せり上がり領域における放水路の最も下流側に設置された第２の突起部の一例である。せり上がり領域１０は、天井面の下流側端部に接する接線を含むせり上がり領域の一例である。さらに、上部シル垂直面４ａは、下流側端部の近傍に、天井面の下流側端部に接する接線に略平行の第２突起部垂直面の一例である。

図２に示すように、上部シル垂直面４ａの水平方向の幅は、放水路天井面１ｂの下流側端部に形成された放水口１ｅの水平方向の寸法と同じ４８８０ｍｍである。また、上部シル垂直面４ａの鉛直方向の高さは、上部シル垂直面４ａは、放水口１ｅに沿って形成されている。換言すると、上部シル垂直面４ａは、放水路の天井面における下流側端部の幅と略同じ幅である第２突起部垂直面の一例である。

次に、上部シル４の構造について、図６から図８を用いて説明する。図６は、放水路１の放水口１ｅ近傍の見上図である。図７は、放水路１を放水口１ｅ側から上流側へ正面視した立面図である。図８は、放水路１における上部シル４の取り付け部分の断面図である。

上部シル４は、せり上がり領域１０内に、鋼製のＬ型アングル４２、取付部チャンネル４４、および先端部チャンネル４５により骨組みが組まれている。当該骨組みには、放水路１の上流側に向かって鋼製のプレート４１が取り付けられている。換言すると、上部シル４は、鋼製である第２の突起部の一例である。

図６に示すように、Ｌ型アングル４２は、Ｌ１５０Ｘ１５０Ｘ１５の鋼材である。取付部チャンネル４４は、Ｃ１５０Ｘ７５Ｘ６．５Ｘ１６の鋼材である。Ｌ型アングル４２と取付部チャンネル４４とは、放水口１ｅに対して直交する方向に、５００ｍｍピッチで配列され、放水路天井面１ｂに樹脂カプセルアンカー４３により取り付けられている。先端部チャンネル４５は、Ｃ１５０Ｘ７５Ｘ６．５Ｘ１６の鋼材であり、放水口１ｅに平行して放水路天井面１ｂに樹脂カプセルアンカー４３により取り付けられている。

また、図７及び図８に示すように、放水路１には、Ｌ型アングル４２と取付部チャンネル４４と先端部チャンネル４５とにより、放水路１の上流側に向かって仮想面が形成されている。当該仮想面には、ＰＬ１６の鋼材であるプレート４１が取り付けられている。

また、図１に示すように、放水路の余水路対向側内壁面１ｄには、河川護岸５の先端から放水路１の上流側に向けて、補強板９が設置されている。補強板９は、水平方向の幅が１１２００ｍｍであり、垂直方向の高さが放水路床面１ａより１４００ｍｍの鋼板である。

［減勢工の作用］
本発明の実施形態に係わる放水路１に設置された下部シル３と上部シル４の作用について、図９を用いて説明する。図９は、図１におけるイイ断面図である。なお、流水の勢いと方向を示す矢印１６０〜１６４の矢印の向きは、流水の流れる方向を示し、矢印の太さは、流水の勢いを示し、矢印の太さが太い程勢いが強いことを示し、矢印の太さが細くなるにつれ、流水の勢いが減勢されていることを示す。

図９に示すように、まず流水は、流水の勢いと方向を示す矢印１６０が示すように、余水路２から流入され、流水の勢いは非常に強い。そして、流水は、放水路１の放水路床面１ａに設置された下部シル３に衝突する。その後流水は、流水の勢いと方向を示す矢印１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃが示すように、流水は、勢いが衝突により減勢する。また、衝突後の流水は、流水の勢いと方向を示す矢印１６１ａが示すように、放水路天井面１ｂまでせり上がり天端に沿って放水路１の下流方向へ向かうものと、流水の勢いと方向を示す矢印１６１ｂが示すように、余水路２の上流方向へ向かうものと、流水の勢いと方向を示す矢印１６１ｃが示すように、放水路天井面１ｂまでは達せず放水路１の下流方向へ向かうものとに分かれる。

また、下部シル３は、余水路２の床面の幅と略同じ幅で、流水の流れる方向に対して略直交して下部シル垂直面３ａ（図１参照）が設けられ、なおかつ、一方の端部を放水路の余水路接続側内壁面１ｃ（図１参照）に接続しているので、余水路２から流入する流水を的確に衝突させることが可能となる。

流水の勢いと方向を示す矢印１６１ａが示すように、放水路天井面１ｂまでせり上がり天端に沿った流水は、放水路天井面１ｂまでせり上がることで重力により流水の勢いを減勢する。放水路天井面１ｂまでせり上がった流水は、放水路天井面１ｂに設置された上部シル４に衝突する。これにより、流水の勢いと方向を示す矢印１６３が示すように、さらに流水の勢いを減勢する。

また、流水の勢いと方向を示す矢印１６１ｂが示すように、余水路２の上流方向へ向かった流水は、下部シル３に衝突する前の流水に衝突し流水をさらに減勢する。

上部シル４は、放水路１の下流側端部に設けられた放水口１ｅの水平方向の幅と略同じ幅で設置しているので、せり上がった流水を的確に衝突させることが可能となる。

そして、上部シル４に衝突したが示す流水（流水の勢いと方向を示す矢印１６３）と下部シル３に衝突した流水（流水の勢いと方向を示す矢印１６１ｃ）とが衝突することで、さらに流水の勢いは、減勢される。

また、上部シル４は、せり上がり領域の下流側端部に設けられているので、より長時間流水をせり上げるので、重力により勢いを減勢する時間を長く取れるとともに、より広い範囲で上部シル４に衝突したが示す流水（流水の勢いと方向を示す矢印１６３）と下部シル３に衝突した流水（流水の勢いと方向を示す矢印１６２）との衝突をさせることが可能となる。

その後、流水の勢いは、流水の勢いと方向を示す矢印１６４に示すように、最も減勢され、流水は河川に放流される。これにより、立坑や、余水路と放水路との高低差を設けずに、極めて流れの速い流水の勢いも減勢することが可能な減勢工を提供することが可能となる。

［水力発電システム］
水力発電システムについて、図１０と図１１を用いて説明する。

図１０は、本発明の実施形態である水力発電システム１００の配置図である。図１１は、本発明の実施形態である水力発電システム１００の概念図である。

図１０に示すように、水力発電システム１００は、水槽１３０と、水槽１３０と水力発電所１１０とを繋ぐ水圧管１２０と、水力発電所１１０と河川１４０とを繋ぐ放水路１と、水槽１３０と放水路１とを繋ぐ余水路２と、放水路１に設けられた下部シル３と上部シル４とを含む。

図１１に示すように、最も高所に設けられた水槽１３０には、水力発電用水が蓄えられている。換言すると、水槽１３０は、水力発電用水を蓄える水槽の一例である。水槽１３０に蓄えられた水力発電用水は、水圧管１２０を通って、位置エネルギーを運動エネルギーに転換し、水力発電所１１０に注ぎ込む。換言すると、水圧管１２０は、水槽に一端が接続され、水力発電用水を下方に流下させる水圧管路の一例である。また、水力発電所１１０は、水圧管１２０により流下された水力発電用水の運動エネルギーを電力に変換する発電機を有する。換言すると、水力発電所１１０は、水圧管路の他端に接続され、水圧管路から流下された水力発電用水の位置エネルギーを電力に変換する発電所の一例である。

水力発電所１１０と河川１４０とを繋ぐ放水路１は、水圧管１２０により流下された水力発電用水が発電機により位置エネルギーが電力に変換され、水流の勢いが無くなった水力発電用水を河川１４０に放流する。換言すると、放水路１は、発電所に上流側端部が接続され、発電所により位置エネルギーを電力に変換された水力発電用水を下流側端部から河川に放流する放水路の一例である。水槽１３０と放水路１とを繋ぐ余水路２は、例えば、発電機の緊急停止時に、水槽１３０の余水を、水力発電所１１０を介すことなく、放水路１に流入し、河川１４０に放流するためのものである。換言すると、余水路２は、水槽に上流側端部が接続され、水力発電用水を下方に流下させ、下流側端部が放水路に接続された余水路の一例である。また、余水路２を流下する水力発電用水は、水力発電所１１０を介していない。よって、余水路２を流下する水力発電用水は、高いエネルギーを有しているので、水流の勢いが強い。しかし、放水路１には、下部シル３と上部シル４とが設けられているので、水流の勢いを減勢することが可能となる。換言すると、水力発電システム１００は、本発明に係わる減勢工が設置された水力発電システムの一例である。

［本実施形態における水理実験］
本実施形態における水理実験について、図１２から図１７を用いて説明する。

本水理実験は、高所に設けられた水槽の水力発電用水の位置エネルギーを利用して発電を行う水力発電所に接続され、水力発電用水を河川に放流する放水路に関する水理実験である。例えば、発電機の緊急停止時に、水力発電所を介さずに水槽の余水を余水路から流下させ、上記の放水路に余水を流入した場合には、余水は、勢いを保ったまま放水路に流入することとなり、流水が放水路壁面に当たり放水口で吹き上がる現象が確認された。そこで、流水の吹き上がり現象を抑制し、且つ経済的な減勢工の検討を行った。

本水理実験の対象とする発電所の概要は、最大使用水量８．３４８ｍ^３／ｓ、有効落差２５．７５ｍ、余水路内最大流速１８ｍ／ｓ（１次元不等流計算）である。水理模型は、長さスケールを１／１０縮尺とした。

図１２と図１３は、上記水理模型の斜視図である。図１２は、減勢工の模型を設けない場合の放水口における吹き上がり状況を示す図面であり、図１３は、減勢工の模型を設けた場合の放水口における吹き上がり状況を示す図面である。

図１４は、後述するように、複数種類のケースの中から最も経済的、且つ十分な減勢効果を得られたケースにおける減勢工の配置と形態を示す平面図である。また、図１５は、当該ケースにおける断面図である。

図１４に示すように、仮想放水路５１は、仮想余水路５２が接続され、下流側端部において仮想河川護岸５５に接続されている。また、仮想放水路５１における仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃには、仮想下部シル５３が設置され、仮想放水路５１の下流側端部には、仮想上部シル５４が設置されている。また、仮想下部シル５３の仮想余水路の流れ方向５７に直行する面の幅は、仮想余水路５２の幅と略同じである。また、仮想上部シル５４の仮想河川の流れ方向５８に平行する方向の幅は、仮想放水路５１の下流側端部の幅と同じとしている。

また、図１５に示すように、仮想下部シル５３は、仮想放水路床面５１ａに設置され、仮想上部シル５４は、仮想放水路天井面５１ｂに設置されている。また、仮想下部シル５３の仮想放水路床面５１ａからの高さは、４００ｍｍである。また、仮想上部シル５４の仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、５００ｍｍである。

上記構成の模型に、最大使用水量８．３４８ｍ^３／ｓ、有効落差２５．７５ｍ、余水路内最大流速１８ｍ／ｓを１／１０縮尺にスケール換算した流量（以下、Ｑｍａｘと呼ぶ）の流水を流入した。これにより、以下の水理現象に対して検討および確認を行った。

仮想放水路５１に水（クッション効果）がない場合は、水理実験により有為な影響がないことを確認した。Ｑｍａｘ以外の流量（実験はＱｍａｘで実施）は、水理実験により有為な影響がないことを確認した。河川水位のある場合（実験は河川水位なしで実施）は、水理実験により放水口前面で高さ５０ｃｍ程度の波状路水を確認した。仮想余水路５２からの空気供給量は、水理実験により有為な影響がないことを確認した。上流端境界条件の変更は、水理実験により有為な影響がないことを確認した。仮想下部シル５３設置による損失落差の検討は、不等流計算の結果、ドラフト部で３２ｃｍ（落差の１．２％）以下の水位上昇を確認した。なお、キャビテーションについて、水理実験は空気混入量が十分多いため、発生が確認できなかった。現地においても、十分な空気混入量が見込まれることから、発生の可能性は低いと思われる。

次に、図１６と図１７を用いて、放水口流速、およびシル他への作用圧力について説明する。

摸型放水口前面にピトー管、模型内部に圧力計を設置し計測を行ったところ、模型放水口前面の最大流速はＱｍａｘ時に６．１８ｍ／ｓであった。また、仮想上部シル５４右岸側の圧力計測の結果を図１６に、また仮想下部シル５３の圧力計測の結果を図１７に示す。

図１６に示すように、仮想上部シル５４右岸側の圧力は、流量が約２ｍ^３／ｓの場合の圧力は、約２０ｋＰａであった。流量が約４．３ｍ^３／ｓの場合の圧力は、約１００ｋＰａであった。流量が約６ｍ^３／ｓの場合の圧力は、約１５０ｋＰａであった。流量が約８．３ｍ^３／ｓの場合の圧力は、約１２０ｋＰａであった。なお、流量約２ｍ^３／ｓから約４．３ｍ^３／ｓの間のグラフ勾配で圧力が増加すると仮定した場合には、流量が約８．３ｍ^３／ｓの場合の圧力は、約２２６ｋＰａでる。

図１７に示すように、仮想下部シル５３の圧力は、流量が約２ｍ^３／ｓの場合の圧力は、約８０ｋＰａであった。流量が約４．３ｍ^３／ｓの場合の圧力は、約１５０ｋＰａであった。流量が約６ｍ^３／ｓの場合の圧力は、約２５０ｋＰａであった。流量が約８．３ｍ^３／ｓの場合の圧力は、３７０．２ｋＰａであった。

なお、設計荷重は、他所での水理実験と現地計測結果の比較実績より、上記計測結果の１割増（すなわち、上部シルの圧力を２２６ｋＰａから２５０ｋＰａに、下部シルの圧力を３７０ｋＰａから４０７ｋＰａに増した。）で実施設計を行うのが好ましい。

図１２に示すように、上記の水理実験により、仮想下部シル５３および仮想上部シル５４を設けない場合の仮想放水路出口吹き上がり６０は、仮想川面５９から仮想河川護岸５５の高さ以上に吹き上がっているのに対して、仮想下部シル５３および仮想上部シル５４を設けた場合の仮想放水路出口吹き上がり６０は、図１３に示すように、抑制されていることを確認した。

［最適な減勢工の形状検討］
放水口での流水の吹き上がり現象を抑制することを目的とした場合に、最適な減勢工の形状（設置位置、方向、寸法）を求めるために、以下の１０ケースについて実験を行った。

図１８は、減勢工の配置する仮想放水路５１と仮想余水路５２の平面図である。また、図１９は、減勢工の配置する仮想放水路５１の断面図である。

図１８と図１９に示すように、仮想放水路５１は、仮想余水路５２が接続され、下流側端部において仮想河川に接続されている。また、仮想放水路５１は、仮想放水路床面５１ａ、仮想放水路天井面５１ｂ、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃ、仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄ、仮想放水口５１ｅを有する。また、流水を流す方向は、仮想放水路の流れ方向５６、仮想余水路の流れ方向５７、仮想河川の流れ方向５８に示す通りである。

実験条件は、全てのケースにおいて、流量をＱｍａｘ（８．３４８ｍ^３／ｓ）程度とし、空気混入量として仮想余水路５２底面に直径１ｃｍ（模型スケール）程度の空気穴を１箇所設け、流脈は模型上流より、仮想余水路５２上部に沿わせ、仮想河川水位は０ｃｍとした。

図２０、図２２、図２４、図２６、図２８、図３０、図３３、図３５、図３７、図３９は、ケース１における減勢工の模型を設置した仮想放水路５１と仮想余水路５２との平面図を示す。図２１、図２３、図２５、図２７、図２９、図３１、図３４、図３６、図３８、図４０は、減勢工の模型を設置した仮想放水路５１の断面図を示す。

ケース１について、図２０と図２１を用いて説明する。図２０に示すように、上部シル（１）４０１を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に設置した。また、図２１に示すように、仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、３００ｍｍから５００ｍｍとした。

ケース１の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃ側（以下、右岸側とする）の仮想放水口５１ｅにおける吹き上がりは、仮想河川護岸５５（図１２参照）の高さより若干低い程度の高さであった。また、仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄ側（以下、左岸側とする）の仮想放水口５１ｅにおける吹き上がりは、見られなかった。

ケース２について、図２２と図２３を用いて説明する。図２２に示すように、下部シル（１）３０１を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、図２３に示すように、仮想放水路床面５１ａから上方への高さは、３００ｍｍから５００ｍｍとした。

ケース２の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、仮想河川護岸５５（図１２参照）の半分程度の高さであった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。

ケース３について、図２４と図２５を用いて説明する。図２４に示すように、下部シル（２）３０２を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、上部シル（２）４０２を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、図２５に示すように、下部シル（２）３０２の仮想放水路床面５１ａから上方への高さは、５００ｍｍとした。また、上部シル（２）４０２の仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、３００ｍｍとした。

ケース３の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、仮想河川護岸５５（図１２参照）の半分より若干低い程度の高さであった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。

ケース４について、図２６と図２７を用いて説明する。図２６に示すように、下部シル（３）３０３を、仮想余水路５２に直交するように、仮想余水路５２の側面から仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、上部シル（３）４０３を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、図２７に示すように、下部シル（３）３０３の仮想放水路床面５１ａから上方への高さは、５００ｍｍとした。また、上部シル（３）４０３の仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、５００ｍｍとした。

ケース４の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、仮想河川護岸５５（図１２参照）の半分より若干高い程度の高さであった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。

ケース５について、図２８と図２９を用いて説明する。図２８に示すように、下部シル（４）３０４を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、上部シル（４）４０４を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。さらに、仮想放水路５１と仮想余水路５２の接続部分の下流側に三角シル５００を設置した。また、図２９に示すように、下部シル（４）３０４の仮想放水路床面５１ａから上方への高さは、４００ｍｍとした。また、上部シル（４）４０４の仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、５００ｍｍとした。また、三角シル５００の形態は、仮想放水路床面５１ａから仮想放水路天井面５１ｂまでの高さを有する三角柱である。三角シル５００の第１の面は、仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄに略直交するように形成した。第２の面は、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃと同一平面上に形成した。第３の面は、仮想余水路５２の側面に接するように形成した。

換言すると、三角シル５００は、余水路側面に接して余水路の床面から天井面まで設置された第３の突起部の一例である。三角シル５００の第１の面は、放水路側面に対して略直交するように設置された第３突起部垂直面の一例であり、余水路開口部を通る面の一例である仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃに交わる第３突起部垂直面の一例である。

このように、放水路側面に対して略直交するように設置された第３突起部垂直面を有する第３の突起部を、余水路側面に接して余水路の床面から天井面まで設置することで、放水路に対して余水路が鋭角に接続されている場合でも、余水路の流水の流れる方向を放水路の側面に向けることが可能となり、流水を放水路の側面に衝突させることで、流水の勢いをさらに減勢することが可能となる。

また、三角シル５００は、水平方向の断面形状が三角形であることを特徴とする第３の突起部の一例である。これにより、例えば、三角シル５００を鉄筋コンクリートで形成する場合であっても、型枠を二面設置すればよいので、容易に施工することが可能となる。また、三角シル５００を三角柱として仮想余水路５２の側面と一体的になるように形成することで、極めて勢いのある流水が三角シル５００の第１の面に衝突した場合でも、三角シル５００は安定しているので、より高い減勢性能と確実性を有する減勢工を提供することが可能となる。

ケース５の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、仮想河川護岸５５（図１２参照）の半分より若干低い程度の高さであった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。

ケース６について、図３０と図３１と図３２を用いて説明する。図３０に示すように、下部シル（５）３０５を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、水平方向上部シル（５）４０５ａ、鉛直方向上部シル（５）４０５ｂを、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。さらに、仮想放水路５１と仮想余水路５２の接続部分の下流側に三角シル５００を設置した。また、図３０に示すように、下部シル（５）３０５の仮想放水路床面５１ａから上方への高さは、４００ｍｍとした。また、水平方向上部シル（５）４０５ａの仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、５００ｍｍとした。また、三角シル５００は、仮想放水路床面５１ａから仮想放水路天井面５１ｂまでの高さとした。また、図３２に示すように、鉛直方向上部シル（５）４０５ｂは、仮想放水路床面５１ａから仮想放水路天井面５１ｂまでの高さであり、幅は１５００ｍｍとした。

ケース６の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、仮想河川護岸５５（図１２参照）の高さより若干低い程度の高さであった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。

ケース７について、図３３と図３４を用いて説明する。図３３に示すように、下部シル（６）３０６を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、上部シル（６）４０６を、仮想放水口５１ｅに沿うように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。さらに、仮想放水路５１と仮想余水路５２の接続部分の下流側に三角シル５００を設置した。また、図３４に示すように、下部シル（６）３０６の仮想放水路床面５１ａから上方への高さは、４００ｍｍとした。また、上部シル（６）４０６の仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、５００ｍｍとした。また、三角シル５００は、仮想放水路床面５１ａから仮想放水路天井面５１ｂまでの高さとした。

ケース７の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、見られなかった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかったが、右岸側と比較して、若干水位が高かった。

ケース８について、図３５と図３６を用いて説明する。図３５に示すように、下部シル（７）３０７を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、上部シル（７）４０７を、仮想放水口５１ｅに沿うように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、図３６に示すように、下部シル（７）３０７の仮想放水路床面５１ａから上方への高さは、４００ｍｍとした。また、上部シル（７）４０７の仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、５００ｍｍとした。

ケース８の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、見られなかったが、左岸側と比較して、若干水位が高かった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。

ケース９について、図３７と図３８を用いて説明する。図３７に示すように、下部シル（８）３０８を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃに一方端部を接続し、仮想余水路５２の幅で設置した。また、上部シル（８）４０８を、仮想放水口５１ｅに沿うように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、図３８に示すように、下部シル（８）３０８の仮想放水路床面５１ａから上方への高さは、４００ｍｍとした。また、上部シル（８）４０８の仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、５００ｍｍとした。

ケース９の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、見られなかったが、左岸側と比較して、若干水位が高かった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。

ケース１０について、図３９と図４０を用いて説明する。図３９に示すように、下部シル（９）３０９を、仮想余水路５２に直交するように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃに一方端部を接続し、仮想余水路５２の幅で設置した。また、上部シル（９）４０９を、仮想放水口５１ｅに沿うように、仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面５１ｃから仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面５１ｄの間に隙間無くに設置した。また、図４０に示すように、下部シル（９）３０９の仮想放水路床面５１ａから上方への高さは、４００ｍｍとした。また、上部シル（９）４０９の仮想放水路天井面５１ｂから下方への高さは、５００ｍｍとした。さらに、下部シル（９）３０９と上部シル（９）４０９とのシル幅をケース９と比べて拡大し、シル幅を６００ｍｍとした。

ケース１０の減勢工の模型を仮想放水路５１に設置することで、仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、見られなかったが、左岸側と比較して、若干水位が高かった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。

［推測される水理条件検討］
上記最適な減勢工の形状検討の結果により流水の吹き上がり現象を抑制し、且つ最も経済的な減勢工の形態として、ケース１０を選択し、ケース１０における推測される水理条件検討を行った。

放水路に水が溜まることにより、クッション効果が働き、減勢効果を過大に見積もっている可能性があることから、放水路より排水を行なった実験による流況を確認した。

実験条件は、流量をＱｍａｘ（８．３４８ｍ^３／ｓ）程度とし、空気混入量として仮想余水路５２底面に直径１ｃｍ（模型スケール）程度の空気穴を１箇所設け、流脈は模型上流より、仮想余水路５２上部に沿わせ、仮想河川水位は０ｃｍとした。

仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、見られなかった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。なお、放水路に水が流れている場合でも、水が流れていない場合でも、顕著な違いは見られなかった。

流量最大Ｑｍａｘが最も吹き上がり現象が顕著であるとの認識から、これまで流量Ｑｍａｘで実験を行ってきたが、流量が少ない場合には、下部シル、上部シルに水流が当たらずに減勢効果が得られないことも推測されることから、流量を変更し実験を行った。

実験条件は、流量をＱｍａｘ（８．３４８ｍ^３／ｓ）、ＱｍａｘＸ（３／４）、ＱｍａｘＸ（２／４）、ＱｍａｘＸ（１／４）とし、空気混入量として仮想余水路５２底面に直径１ｃｍ（模型スケール）程度の空気穴を１箇所設け、流脈は模型上流より、仮想余水路５２上部に沿わせ、仮想河川水位は０ｃｍとした。

仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、見られなかった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。なお、仮想放水口５１ｅでの流況は流量Ｑｍａｘ時が最も乱れており、Ｑｍａｘにおいて減勢効果の確認を行うことで、その他の流量にも減勢効果が維持できた。

これまで河川水位は０ｃｍとして実験を行ってきたが、河川水位５０ｃｍとした場合の流況の確認を行う。

実験条件は、流量をＱｍａｘ（８．３４８ｍ^３／ｓ）程度とし、空気混入量として仮想余水路５２底面に直径１ｃｍ（模型スケール）程度の空気穴を１箇所設け、流脈は模型上流より、仮想余水路５２上部に沿わせ、仮想河川水位は０ｃｍ、５０ｃｍとした。

仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、見られなかった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。なお、放水路出口から３０ｃｍ程度前面において，最大高さ５０ｃｍ程度の波状跳水が見られた。

これまで空気穴は余水路底面に１箇所として実験を行ってきたが、空気混入量の違いによる放水路出口での流況の違いを確認する。

実験条件は、流量をＱｍａｘ（８．３４８ｍ^３／ｓ）程度とし、空気混入量として仮想余水路５２底面に直径１ｃｍ（模型スケール）程度の空気穴を０〜４箇所設け、流脈は模型上流より、仮想余水路５２上部に沿わせ、仮想河川水位は０ｃｍとした。

仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、見られなかった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。なお、減勢工を設置しない場合、０〜２個の空気穴では，穴の数が増えるに従って吹き上がり高さが高くなる傾向にある。３個以上の空気穴では，２個の空気穴の場合と流況の変化は見られなかった。現地現象の再現性から，空気穴は１個が好ましい。また、減勢工を設置した場合、現地現象以上の吹き上がり高さ（２又は３個の空気穴）の場合も，放水口の出口での吹き上がり現象が抑えられていることが分かった。

これまで模型上流端では流脈を余水路上部に沿わせているので、余水路下部に沿わせた場合の流況の確認を行う。

実験条件は、流量をＱｍａｘ（８．３４８ｍ^３／ｓ）程度とし、空気混入量として仮想余水路５２底面に直径１ｃｍ（模型スケール）程度の空気穴を１箇所設け、流脈は模型上流より、仮想余水路５２下部に沿わせ、仮想河川水位は０ｃｍとした。

仮想放水路５１の右岸側ｅにおける吹き上がりは、見られなかった。また、仮想放水口５１ｅの左岸側における吹き上がりは、見られなかった。なお、上流端境界条件の変更によっては、放水路出口での流況に顕著な違いは見られなかった。

本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の配置図である。本発明の一実施形態の減勢工の正面図である。本発明の一実施形態の減勢工の図２におけるＡＡ断面図である。本発明の一実施形態の減勢工の図３におけるＢＢ断面図である。本発明の一実施形態の減勢工における床面挿筋３３の詳細図である。本発明の一実施形態の減勢工の見上げ図である。本発明の本発明の一実施形態の減勢工の正面図である。本発明の一実施形態の減勢工の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の図１におけるイイ断面図である。本発明の一実施形態の水力発電システムの配置図である。本発明の一実施形態の水力発電システムの概念図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の斜視図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の斜視図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の実験データのグラフを示す図である。本発明の一実施形態の実験データのグラフを示す図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工の模型の立面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の平面図である。本発明の一実施形態の減勢工が設置された放水路の模型の断面図である。

符号の説明

１放水路
１ａ放水路床面
１ｂ放水路天井面
１ｃ放水路の余水路接続側内壁面
１ｄ放水路の余水路対向側内壁面
１ｅ放水口
１ｆ余水路開口部
２余水路
３下部シル
３ａ下部シル垂直面
４上部シル
４ａ上部シル垂直面
５河川護岸
６放水路の流れ方向
７余水路の流れ方向
８河川の流れ方向
９補強板
１０せり上がり領域
１１放水路既設鉄筋
１２放水路床面はつり部分
２０減勢工
３１ａ、３１ｂフープ筋
３３床面挿筋
３４組立筋
３５配力筋
３６壁面挿筋
４１プレート
４２Ｌ型アングル
４３樹脂カプセルアンカー
４４取付部チャンネル
４５先端部チャンネル
５１仮想放水路
５１ａ仮想放水路床面
５１ｂ仮想放水路天井面
５１ｃ仮想放水路の仮想余水路接続側内壁面
５１ｄ仮想放水路の仮想余水路対向側内壁面
５１ｅ仮想放水口
５１ｆ仮想余水路開口部
５２仮想余水路
５３仮想下部シル
５４仮想上部シル
５５仮想河川護岸
５６仮想放水路の流れ方向
５７仮想余水路の流れ方向
５８仮想河川の流れ方向
５９仮想川面
６０仮想放水路出口吹き上がり
１００水力発電システム
１１０水力発電所
１２０水圧管
１３０水槽
１４０河川
１６０〜１６４流水の勢いと方向を示す矢印
３０１下部シル（２）
３０２下部シル（３）
３０３下部シル（４）
３０４下部シル（５）
３０５下部シル（６）
３０６下部シル（７）
３０７下部シル（８）
３０８下部シル（９）
３０９下部シル（１０）
４０１上部シル（２）
４０２上部シル（３）
４０３上部シル（４）
４０４上部シル（５）
４０５ａ水平方向上部シル（６）
４０５ｂ鉛直方向上部シル（６）
４０６上部シル（７）
４０７上部シル（８）
４０８上部シル（９）
４０９上部シル（１０）
５００三角シル

Claims

流水を流入する余水路が接続された床面及び天井面を有する筒状の放水路に設置された減勢工であって、
前記余水路が接続された部分より下流側の前記放水路の床面に設置された第１の突起部と、
該第１の突起部に衝突した流水が前記放水路の天井面に達する範囲であるせり上がり領域における前記天井面に設置された第２の突起部とを備えることを特徴とする減勢工。
前記床面は、前記余水路が接続された接続部分を有し、
前記接続部分は、前記余水路の床面と略同一平面上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の減勢工。
前記第１の突起部は、前記余水路から流入される流水の流れる方向に対して略直交するように設置された第１突起部垂直面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の減勢工。
前記放水路は、流水の流れる方向に対して略平行方向に延びる放水路側面を有し、
前記放水路側面には、前記余水路に繋がる余水路開口部が形成され、
前記第１突起部垂直面の一端は、前記放水路側面における前記余水路開口部の近傍に接することを特徴とする請求項３に記載の減勢工。
前記第１突起部垂直面は、前記余水路の床面の幅と略同じ幅であることを特徴とする請求項３又は４に記載の減勢工。
前記第２の突起部は、前記せり上がり領域における前記放水路の最も下流側に設置されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の減勢工。
前記せり上がり領域は、前記天井面の下流側端部に接する接線を含み、
前記第２の突起部は、前記下流側端部の近傍に、前記接線に略平行の第２突起部垂直面を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の減勢工。
前記第２突起部垂直面は、前記天井面における下流側端部の幅と略同じ幅であることを特徴とする請求項７に記載の減勢工。
前記第１の突起部は、前記余水路から流入される流水の流れる方向の垂直断面形状が略矩形であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の減勢工。
前記第２の突起部は、鋼製であることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の減勢工。
前記余水路は、流水の流れる方向に対して略平行方向に延びる余水路側面を有し、
前記余水路側面に接して前記余水路の床面から天井面まで設置された第３の突起部を備え、
前記第３の突起部は、前記放水路側面に対して略直交するように設置された第３突起部垂直面を有し、
前記第３突起部垂直面は、前記余水路開口部を通る面に交わることを特徴とする請求項４に記載の減勢工。
前記放水路の流水の流れる方向に対して直交方向の垂直断面積は、前記余水路の流水の流れる方向に対して直交方向の垂直断面積より大きいことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の減勢工。
請求項１から１２のいずれかに記載の減勢工が設置された水力発電システムであって、
水力発電用水を蓄える水槽と、
前記水槽に一端が接続され、前記水力発電用水を下方に流下させる水圧管路と、
前記水圧管路の他端に接続され、前記水圧管路から流下された前記水力発電用水の位置エネルギーを電力に変換する発電所と、
前記発電所に上流側端部が接続され、前記発電所により位置エネルギーを電力に変換された前記水力発電用水を下流側端部から河川に放流する放水路と、
前記水槽に上流側端部が接続され、前記水力発電用水を下方に流下させ、下流側端部が前記放水路に接続された余水路とを備えることを特徴とする水力発電システム。
請求項１から１２に記載の減勢工又は請求項１３に記載の水力発電システムに用いられる流水の減勢方法であって、
前記放水路において、前記余水路から流入された流水を、前記第１の突起部に衝突させ、
前記第１の突起部に衝突させた流水を前記せり上がり領域に吹き上がらせ、
前記せり上がり領域に吹き上がらせた流水を前記第２の突起部に衝突させることを特徴とする減勢方法。