JPH10266171A - 貯水池、溜池の排砂、排泥システム工法及び貯水池、 溜池の排砂、排泥システム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】透過性砂防ダムを設け、貯水池、溜め池に流入
する土砂の細粒均一化により、渦動、排砂管の負荷を軽
減する。 【解決手段】スリット幅の異る多段の透過性砂防ダムを
設け、その調節、分級作用により流入土砂の粒度構成を
均一化する。堆積した堆砂は自然排砂が可能な洪水時を
活用する。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、貯水池・溜池における堆砂防徐対策として、
その上流側に設けた流入土砂の防止・調節・分級・細粒
化のための多段式透過性砂防ダム（スリットダムや立体
格子ダム）群と、下流側の貯水・取水ダム部の縦断方向
に設けた線排砂方式の渦動排砂管工法との併用により、
必要な貯水・取水目的を中断せずに、環境保全も考慮し
て主として洪水時に高能率の自然排砂が同時に実現で
き、且つ貯水・取水ダムのシステム化を目的とした、貯
水池・溜池の排砂・排泥システム工法及び排砂・排泥シ
ステム装置に関するものである。一般に、貯水・取水ダ
ムの堆砂問題は、貯水・取水機能の低下・喪失、背砂に
よるダム上流側の洪水位上昇、ダム下流側における河床
低下、又海岸侵食の助長など、多くの治水・利水機能上
の諸障害を誘起するものであり、古く且つ新しい問題と
して、ダム建設の歴史と共に、国の内外においてクロー
ズアップされてきている特にわが国は、国際的に見ても
有数のダム保有国で、大規模のいわゆる大ダムは、二千
数百個あり、中国・米国に次いで世界第三位、中小規模
の貯水ダム（灌漑用の溜池）では二十数万個に及んでい
る。更に地形地質は急峻で地殻変動が激しく、しかも危
険降雨としての局地降水量が大きいため、山地の侵食速
度が世界平均の約４倍以上大きい。このような水文・地
形則との相対的な関係でダムの貯水能も一般に小さく、
堆砂による埋没速度が他国に比して比較的高いもとされ
ており、近年堆砂防除対策の技術革新が要求されてきて
いる。貯水・取水ダムに堆積した土砂を流水と共にダム
下流に排砂する方法は堆砂防除対策の一つであり、利水
や利用エネギの供給を始めとして下流側河床や海岸の安
定のための給砂などの諸点からみると、自然力を利用し
て洪水ごと下流側へ排砂するという自然排砂方式（開水
路法や排砂管法）がダムの堆砂制御で最も望ましい方法
と考えられる。したがって、従来からこの種ダムの排砂
門や排砂管を設置した例も少なくないが、この方法で貯
水池内全域の完全排砂効果を期待する場合には、な主目
的である貯水・取水効果が挙がらず、又掃流排砂効果を
継続させるには貯水位を低下させ引っ込み操作をする必
要があり、且つ粗大砂礫や流木・沈木などの詰まり現象
により、稼働していない場合も多く、他方、排砂可能な
場合でも排砂による濁りの問題で下流側の河川や海域の
漁業権と関連した排砂時期の決定が困難となってきてい
るのが実状であり、従来から”開かずの扉”といわれて
きたわけである。又、近年国の内外において、砂防ダム
築造の目的が従来の”溜める砂防”という単一な考え方
のみでなく、堆積した砂礫を掘削し骨材として活用する
という”掘る砂防”、更には一旦溜めた砂礫の細粒部分
を透過性の砂防ダムを通じて流下させ、下流側の河床や
海岸の安定化に役立てるという”流す砂防”を指向する
傾向にある。この点、後述のように貯水・取水ダム部に
おける排砂管法として排砂効率の極めて高い渦動排砂管
工法を採用する場合、スリット幅ｂ_ｖ以上の巨礫や流木
・沈木などがあるとスリットの閉塞が問題となってく
る。本発明では、此の閉塞対策を兼ねて、第１図に示す
ように、多段の透過性砂防ダム（スリット砂防ダムや立
体格子砂防ダムが最適）を貯水池・溜池の上流側に設け
て、その防止・調節・分級の各種作用を活用して貯水・
取水ダムへの流入土砂の粒度構成を均一・細粒化させ
て、貯水・取水ダム部に設けた渦動排砂管の負荷を軽減
し、その排砂機能を向上させるという堆砂防除のシステ
ム化を指向したシステム工法である。排砂管方式による
貯水・取水ダムの堆砂防除には、第２図（ａ，ｂ，ｃ，
ｄ）に示すように、従来から採用されてきた点排砂法と
線排砂法に大別できる。前者の点排砂法は、土砂吐ゲー
トや排砂管から構成されており、自然の流水を用いて排
砂するわけであるが、この場合の排砂断面は、第２図
（ａ）の場合のように排砂管呑口から上流側に僅か離れ
ただけでも掃流力が著しく低下して、ダム付近の堆砂が
一部カットされる程度で小範囲に止まるので、しばしば
水位を低下させて、上流側堆砂の引込み操作を繰り返さ
なくては実質的に排砂効果が挙がらないのが実状であ
る。このような点排砂法に対して、本発明においては、
国の内外で取水工や水路工などのような流水条件下で、
斜方向に施工して成功している渦動排砂管（Ｖｏｒｔｅ
ｘ ｔｕｂｅ ｓａｎｄ ｔｒａｐ）を、初めて池底縦
断方向にダム堤体内の排砂管と同一勾配で連通・延長さ
せたり、又は有効渦動排砂管長（又は有効スリット長）
Ｌｅ以内のゲートスパンＬｇを持った多連のスリット調
節ゲートを設け、その交互操作による連続排砂法を適用
した約３０年に及ぶ多くの実験的立証により、極めて効
果的な線排砂が可能であることを特徴とした排砂・排泥
システム工法を提案したわけである。貯水・取水ダムの
排砂に渦動排砂管を適用する場合、その成否を決めるも
のは適正な開閉・調節ゲートの選択である。この点、原
型貯水ダムの場合には、共に点排砂法ではあるが、国の
内外において成功しているスイスのゲビデムダムやわが
国の出し平ダム等の排砂管部に採用した複式排砂ゲート
の施工例、又は 原型取水ダムの場合、その取付水路中
にわが国で初めて適用した渦動排砂管部のスリット幅を
可変自在とした調節ゲート施工例（間接流域から満濃池
への取水の場合）が参考となる。この点、本発明では貯
水ダム適用を前提とした排砂管部の複式調節ゲートとし
て、予備ゲートを兼ねたリングホロワーゲート及び主ゲ
ートとしてのジエットフローゲートを採用し、他方排砂
管の上流側に同一勾配で連通させた渦動排砂管部では、
第４図（ａ，ｂ，ｃ）のように初めて貯水圧を活用した
水圧駆動の同調装置付多連スリット調節ゲートを提案し
た。すなわち、貯水池や溜池の下流端ダム直上流部に設
ける渦動排砂管は、堆砂・池泥中に埋め込みとなるため
一般に修理不可能であること、その為構造が最も単純な
ものが要求されること、更に一枚のゲートリーフを両端
２本のシリンダーで作動する場合に問題となるのは、ゲ
ートスパンに比してゲート高が極めて小さい為、左右の
同調装置（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｒ）であり、更にシ
リンダーに液圧として排砂管部の各複式ゲートのように
油圧を使用することは、オイルシールを要することにな
るため修理が必要となり、この点不合理といえるわけで
ある。以上の観点から、シール欠の水圧シリンダーを使
用して、現地池水圧も活用し、加圧ポンプ（例えばトロ
コポンプ）により２（ｋｇ／ｃｍ^２）程度の水圧で作動
しようとするものである。以下シリンダーの同調装置の
概要について示すと、陸上のポンプから同調装置を経て
２本の左右シリンダーに水を圧送し、シリンダーのピス
トンの片方に水が入ると他の片側は、第３図（ｃ）でシ
リンダーから排出される。此の水は圧力バルブを押し開
いて排出パイプより外部に排除される。この時左右シリ
ンダーのうち片方が仮にストップすると他方の圧力が勝
ってフリーピストンを押し、動いている方のシリンダー
への送水口を閉じることになるわけである。なお、この
水圧駆動の同調装置付多連（この場合は２連）スリット
調節ゲートで特徴とするところは、第３図又は第４図
（ａ）に示すように、渦動排砂管本体は、螺旋流強化の
為上流端は閉塞し、コリオリの定理を考慮して左巻き螺
旋流発生の為、管の左側（下流に向かって）に一定幅ｂ
_ｖの連通スリットを設け、１枚のゲートリーフには、多
連（この場合は２連）の同一幅ｂ_ｖを持った、有効スリ
ット長Ｌ_ｅ以内のスリットを図のように交互に設け、１
式の左右シリンダー同調装置の作動によって、渦動排砂
管本体の連通スリット部を交互に開閉、またはスリット
幅も可変自在として、多連（この場合は２連）の渦動排
砂管操作が、水圧活用として出来るようになっていると
いうことである。以下図面により本発明実施の一例を説
明する。貯水・取水ダムの総合的な堆砂防徐システムの
一環として、スリット砂防ダムによる流送土砂の分級機
能を期待する場合には、河川縦断方向に多段のスリット
砂防ダムを設け、スリット幅ｂ_ｓをそれぞれ閉塞条件付
近になるように順次縮小することが必要になってくる。
この場合、先ず貯水池・溜池に流入する土砂の防止・調
節・分級・細化を目的とした透過性の多段スリット砂防
ダム（この場合は２基）の設置であるが、第１図に示す
ように、上流側スリット砂防ダム１（１）に対して下流
側スリット砂防ダム１（２）のスリット幅をｂ_ｓ１＞ｂ
_ｓ２のように漸次縮小させ、最終的に貯水・取水ダムに
流入堆積する粒径ｄ_３を、池底ダム部２の真上流側に設
けた渦動排砂管３のスリット幅ｂｖ以下、すなわちｂ_ｖ
＞ｄ_３（又はｄ_３＜ｂ_ｖ＜ｂ_ｓ２＜ｄ_２＜ｂ_ｓ１＜
ｄ_１）となるように制御する方法を採用する。ここに、
ｄ_１，ｄ_２，ｄ_３はそれぞれスリットダム１（１），１
（２）及び貯水ダム２の堆砂平均粒径、ｂ_ｓ１，ｂ_ｓ２
はそれぞれスリットダム１（１），１（２）のスリット
幅、及びｂ_ｖは貯水ダム部渦動排砂管３のスリット幅で
ある。なお第１図の渦動排砂管断面は、上流に向かった
ものである。又、構造的には、土石流にも耐えうるもの
としてスリットダムの場合には鉄筋コンクリート製か鋼
製（立体格子ダムの場合には鋼管製）とするが、土石流
などによる巨礫流下がある場合には、スリットの閉塞が
起こりやすくなる。この場合、スリットからの細粒子通
過が困難となりその後の分級・細流化が不可能となるの
で、”流す砂防”目的のみでなく、貯水ダムの堆砂防徐
目的で施工されつつある”貯砂ダム”のように、堆積砂
礫を掘削して骨材として活用するという”掘る砂防”行
為も実施する必要がある。このようなスリット砂防ダム
１で、スリット閉塞を起こさない条件は、第５図に示す
ような不規則砂礫粒子の場合その中軸径ｄ_ｂを対象とす
ると、無次元スリット幅は、ｂ_ｓ／ｄ_ｂ＞２．０〜２．
５が妥当な値であり、流砂中の最大粒径ｄ_ｍａｘの面か
ら、その値がｂ_ｓ／ｄ_ｂ＞５．０程度になると分級機能
が果たせなくなってくる。次に、第２図は貯水・取水ダ
ムにおける点排砂法と線排砂法の比較をしたものである
が、そのダム部２に付設した排砂管４は、池底末端から
ダム堤体下流側まで貫通埋設したもので、その勾配・管
形・方向などは、ダム堤体上流側池底に連通設置した渦
動排砂管３の形状（円形）や流心方向と同一とする。こ
の際の勾配は排砂管４の流出口がもぐり流出とならない
範囲で、ｉ＝１／３０〜１／７０（標準ｉ＝１／５０）
を採用、この鉄筋コンクリート製排砂管４の内壁に耐磨
耗処理としてスキンプレート（図示しない）を施して掃
流による磨耗欠損を防止している。問題なのは管径であ
るが、一様渦動排砂管（スリット幅ｂ_ｖ及び管径Ｄ_１が
同一な場合）を採用する場合には、第３図に示すように
は、排砂管４の内径Ｄ_２は渦動排砂管の内径Ｄ_１と同一
とするか、又は排砂管部に調節用の複式ゲートとしてリ
ングホロワーゲート２０及びジェットフローゲート２１
を採用する場合には、２１の下流側排砂管径は、Ｄ_２＝
１．２Ｄ_１〜１．４Ｄ_１とする。このような渦動排砂管
工法を貯水池・溜池などの貯水域に初めて採用する場
合、特に問題となるのは、排砂管４への調節ゲート２
１，２２の選定であり、一般に流砂・流塵によって戸溝
などの閉塞が起こらないこと、キャビテーションや振動
を起こさないこと、水密部の損傷が起こらないことなど
の諸条件が要求されることである。この点から、排砂管
４に併設する調節ゲートとしては、予備ゲートとして排
砂管の上流部の内径Ｄ１と同一径のリングホロワーゲー
ト２０及び主ゲートとしては、当初米国開拓局が開発し
たジエットフローゲート２１などを採用すれば目的が達
せられる。この場合２１には給気管２２が必要となり、
その下流側排砂管の流れは固・液・気三相流となるが、
渦動排砂管部で生じた螺旋流は、ジェットフローゲート
部の漸拡・急縮・急拡などの断面変化により多少変化す
るが、かえって空気添加によって掃砂能力は持続する。
複式ゲートのうち鋼製リングホロワーゲート２０は、鋼
製ジェットフローゲート２１の上流側に、補修兼排砂調
節用の予備ゲートとして設置するが、両ゲートとも、開
閉操作時における堆砂・池泥の閉塞防止用として、その
上流側に池水を活用した噴流パイプ２３（ａ），２３
（ｂ）を設ける。この際、２０のリングホロワーゲート
では、ゲート孔形が排砂管断面形と同一であるため戸溝
閉塞の心配が無く、又２１のジェットフローゲートで
は、ジェット噴流によって戸溝閉塞は皆無といえるが、
安全の為この噴流パイプも活用する次に、第４図（ａ，
ｂ，ｃ）は２連のスリット調節に、水圧駆動のシリンダ
ー同調装置付スライドゲートを用いた渦動管排砂工法を
示したものであるが、第３・４図の渦動排砂管３は、排
砂管４の流心勾配延長上に連続接続したもので、管内壁
上部（上流に向かって右側）に、この種一様渦動排砂管
の場合には一定幅ｂ_ｖのスリット幅（同一管径の変化渦
動管の場合には、下流側から上流側に向かって直線的に
拡大変化する）を持った連通スリット２４が切設される
と共に、有効渦動管長Ｌｅ以内のスパン長（Ｌｇ＝２〜
７ｍ）２５を持った多連（この場合は２連）のスリット
調節ゲート（渦動排砂管本体のスリット幅ｂ_ｖを可変自
在とした水圧駆動シリンダー同調装置付の交互スリット
を有したスライドゲート）が設置されており、その交互
操作により、極めて効率のよい線排砂が可能となってい
る。又管内壁には耐磨耗処理用のスキンプレート７が施
されており、渦動排砂管３のスリット両端上部には、堆
砂９の水中安息角以上の傾斜角（¢＝３０〜４５゜）で
導流壁が併設されている。以上のような構成からなる一
連の排砂・排泥装置により、貯水池・溜池池底に堆積し
た堆砂・池泥９を排徐するには、液圧（油圧又は水圧）
操作により、先ず開操作としては、最下流側のジェット
フローゲート２１全開の後、中間のリングホロワーゲー
ト２０を全開、続いて第４図（ａ，ｂ，ｃ）に示す最上
流側の多連（この場合は２連）スリット調節ゲートの交
互開閉操作により、排砂断面１８（ａ），１８（ｂ）の
順序で排砂・排泥する。この際、先ず交互スリット２５
（ａ）を全開して排砂断面１８（ａ）を排出させる。こ
のような交互開閉操作により連続的にしかも短時間で渦
動排砂間埋設範囲の線排砂が可能となる。又更に線排砂
効果を期待する場合には、第２図（ｃ）に示すように、
先ず洪水前に渦動排砂管上部の堆砂断面を一旦排徐し
て、低水位付近１４まで貯水位を下げておき、洪水時に
渦動排砂管終端より上流側の露出デルタ部分１６を侵食
掃砂させ、死水容量内まで引き込むような操作を行い、
更に次回の放水の際にこれを排除するという貯水池操作
を繰り返すと、上流側の堆砂排徐も相当可能となってく
る。多連スリット調節ゲートのスリット２５（ａ，ｂ）
を交互に開放すると、その堆砂深に関係なく、順次スリ
ット５に高速吸入され、渦動排砂管３内で高濃度含砂水
流が、高速螺旋流８となって排砂管４内に詰まり現象を
生じさせないで、短時間で排砂作業が行われる。この
際、渦動排砂管に用いられる抽出流量Ｑ_２は、貯水池へ
の流入水量Ｑ_１，貯水深Ｈ，取水量Ｑ_３，スリット幅ｂ
_ｖ，又は、渦動排砂管スリット部の多連用調節ゲートの
交互操作の如何にかかわらず、比較的低値でほぼ一定値
を示すものである。この点は、水位変化の顕著な渓流取
水にこのようなスリット管を活用している理由であり、
この場合、従来の点排砂法の場合よりも、同一水深にて
抽出流量Ｑ_２が少なくてすむという特色があることにな
る。このことは、取水・排砂が同時に行える理由の一つ
を示すもので、含砂濃度の極めて高い洪水時には、余水
の放流を兼ねて自然排砂作業を行えば、より効果的とな
ってくる。実際の設計施工に際しては、螺旋流発生によ
り排砂・排泥が可能な有効渦動排砂管長（又は有効スリ
ット長）Ｌ_ｅ，渦動排砂管径Ｄ_１，スリット幅ｂ_ｖ勾配
ｉなどの適正値の決定が重要な問題となる。これらの指
標は、貯水池・溜池の規模、流入水量、水深、流入土砂
の粒度構成などのよって決定されるが、先ず、直上流側
に設ける透過性スリット砂防ダムのスリット幅ｂ_ｖを通
過して貯水池・溜池に流入堆積する流径ｄ_３と渦動排砂
管スリット幅ｂ_ｖとの関係が、ｄ_３ｍａｘ＜ｂ_ｖｍａｘ
（ｄ_{３ ｍａｘ}：貯水池・溜池内堆砂の最大粒径，ｂ
_ｖｍａｘ：渦動排砂管の全開時最大スリット幅）を満足
するスリット幅ｂｖの決定が先決条件となる。以下、本
発明の主眼である設計の基準となる指標を、２基の多段
スリット砂防ダムと貯水ダム（流路勾配ｉ＝１／５
０）、渦動排砂管（２連のスリット調節ゲート含む）及
び排砂管（リングホロワーゲート並びにジェットフロー
ゲートの複式調節ゲート含む）、渦動排砂管スリット調
節ゲート、又は変化渦動排砂管（２連のスリット調節ゲ
ート含む）と排砂管（リングホロワーゲート並びにジェ
ットフローゲートの複式調節ゲート含む）等用いた場合
（ｉ＝０，水平）における各種の模型実験結果や解析結
果から示してみる。一般に渦動排砂管の水理設計に関し
ては、荒木によるスリット管の上流端を閉じた場合に関
する特解としての第一近似解が適用できることを実証
し、その際の流量Ｑ_０，スリットからの流入水量ｑ
_０（又は流入速度ｖ０）及び圧力ｐ_０を求める式を示し
た。又この際用いる無次元関数Φ_１は管断面形のみによ
って決まるものであるが、原型の場合の各種損失係数を
考慮して、ジェットフローゲートを排砂管部に設けた場
合の一様渦動排砂管（管径及びスリット幅一定の場合）
工法に関する無次元関数Φ_２を誘導して、その妥当性も
確認した。又このような渦動排砂管を適用する場合の問
題点の一つに、螺旋流によって排砂官下流側から発生す
るエアートンネルの問題があり、この点、エアートンネ
ルの流況と無次元スリット面積及びΦ_１ 関数との関係
式としてΦ_１＝０．４２０（ｃｏｓ ｈｂ_ｖＬ_ｖ／Ａ）
^{−０．６１７}を示し、エアートンネルの発生限界は、無
次元スリット面積ｂｖＬ／Ａ＝３．５，関数Φ_１＝０．
０７４となることを明らかにした。ここに、ｂｖはスリ
ット幅、Ａは管断面積、ｌ_ｖは渦動排砂管長（又はスリ
ット長）である。渦動排砂管工法でその排砂効果を示す
排砂濃度Ｃｖ（容積％）と無次元排砂時間Ｔ／Ｔ_ｓの関
係は、無次元スリット幅ｂ_ｖ／Ｄ_ｖの相違（０．１５及
び０．２０）によって、それぞれＣｖ＝０．２９２（Ｔ
／Ｔｓ）^{−１．２９９}，Ｃｖ＝０．０２４（Ｔ／Ｔｓ）
^{−１．２９８}となった。ここに、Ｔは排砂時間、Ｔｓは
排砂完了までの時間、ｂｖはスリット幅及びＤｖは渦動
排砂管の管径である。貯水池・溜池に沈殿堆積した土砂
が渦動排砂管スリット部への流入開始限 り、このスリット流入領域では、無次元表示した流下距
離と渦動排砂管内平均流速との関係は、Ｖｘ／Ｖｍａｘ
≒（Ｘ／Ｌｉ）^３となり、Ｖｘ≒Ｖｍａｘ（Ｘ／Ｌｉ）
^３から任意点の渦動排砂管内平均流速Ｖｘ（ｍ／ｓｅ
ｃ）が概算できる。ここで、Ｖｍａｘは渦動排砂管下流
端の管内平均流速（ｍ／ｓｅｃ）、Ｘはスリット流入速
度が無視できる点を始端とした下流方向任意点までの距
離（ｍ）、Ｌｉはスリット流入領域（ｍ）である。又上
式におけるＬｉ（ｍ）はＬｉ＝４．１（Ａ／ｂｖ）、更
に螺旋流発生領域Ｌｓ（ｍ）はＬｓ＝２．８（Ａ／ｂ
ｖ）からそれぞれ概算できる。ここにＡは渦動排砂管断
面積（ｍ^２），ｂｖはスリット幅（ｍ）である。他方、
排砂効果のある有効渦動排砂管長Ｌｅ（ｍ）又は有効ス
リットスパン長Ｌｇ（ｍ）は、渦動排砂管の断面形（Ａ
／ｂｖ比）によりＬｅ＝０．５Ｌｉ〜０．６Ｌｉ、又Ｌ
ｅ＝０．７Ｌｓ〜０．８Ｌｓの範囲となり、多連スリッ
ト調節ゲートの各ゲートスパン長Ｌｇ（ｍ）はＬｇ＝
０．８Ｌｅ〜０．９Ｌｅなどからみて、一般にＬｇ＝２
〜７ｍが適正である。又渦動排砂管のスリット幅ｂ
_ｖも、前述スリット砂防ダムの場合と同様に、不規則砂
礫粒子の中軸径ｄ_ｂ（例えば、篩分析の際の網目を規定
するものはこのｄ_ｂである）を対象にすると、無次元ス
リット幅はｂ_ｖ／ｂ_ｖ＝２．０〜２．５が妥当な値とな
る。なお、貯水・取水ダムの堆砂機構には掃流形式によ
るものと浮流形式によるものがあり、既存ダムでは、両
形式が混在するが、浮流形式が占める割合は６０〜８０
％と推定されており、大規模貯水ダムでは、ダム付近の
常時湛水領域（死水域）には、密度流堆積層としてのシ
ルト、粘土、コロイド等から成っているｗａｓｈ ｌｏ
ａｄが含まれる場合が多い。流域表土が主として火山灰
土から成っている場合のように、堆砂が浮流土砂で占め
られている場合には、水圧や自重による圧密現象が進ん
で、経過年数に応じて池泥密度が大きくなり、効果的な
排泥が困難となってくる。このような場合を対象に行っ
た、理想的な変化渦動排砂管（管径Ｄ１一定でスリット
幅ｂ_ｖを上流側ｂ_ｖ１＞下流側ｂ_ｖ２として直線変化さ
せた場合）の実験では、スリット部のフルード数が一様
渦動排砂管の場合とは逆に上流側ほど大きくなり、しか
も全域で支配フルード数（発生螺旋流による池泥輸送を
可能にするスリット流入部のフルード数限界値）Ｆｒ≧
０．２以上となり、時間的濃度変化（ＳＳ値）から単独
沈殿よりむしろ凝集沈殿や層沈殿、進んで圧密などの沈
殿現象、更に明瞭な池泥界面を示し、螺旋流発生の限界
濃度（ＳＳ値）は約３５〜３８×１０^４ｐｐｍ（ｍｇ／
ｌ）と予想以上に高濃度と判断できた。又この値は、沈
殿した池泥層が水圧や自重による圧密状態に移行する時
間帯に等しくなることを明らかにした。この点、原型池
泥の場合には、排泥操作を可能な範囲で圧密移行前に頻
繁に行う必要があり、場合によってはジェット噴流や圧
搾空気等によりウオッシュ・ロード（Ｗａｓｈ ｌｏａ
ｄ）を攪乱させながら排泥作業を行えばよい。その他、
流木・流塵などが多い場合には、一般に網場が用いられ
船で採集焼却処理が行われているが、沈木となる場合も
多々あるので、渦動排砂管の導流壁部に防塵スクリーン
４０を設ける必要がある。以上のように、本発明は貯水
池・溜池における堆砂防除対策の一つとして、その上流
側に流入土砂の調節・細粒化の為の多段式透過性砂防ダ
ム群と、貯水・取水ダム部の池底縦断方向に設けた線排
砂方式の渦動排砂管工法を併用したもので、従来の点排
砂方式に比べて排砂性能が極めて大きく、渦動排砂管に
より螺旋流で高濃度含砂水流を短時間に排砂出来るの
で、排砂管内で詰まり現象を生ずることなく、円滑な排
砂作業が行える。又、治水・利水目来るので、排砂管内
で的と排砂目的が同時に達せられ、特に流送土砂が多い
洪水時に、洪水吐放流分を用いて操作すれば環境保全面
からも問題が起こらず、更に渇水時における操作でも、
排砂作業に要する抽出流量が比較的少なくて済み、しか
も排砂時間も短縮される等、その実用的、経済的効果は
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は多段スリット砂防ダム（２基）と貯水ダム部渦
動排砂管工法を併用した場合の縦断面図、第２図は貯水
ダムにおける点排砂法と線排砂法の比較図（ａ：点排砂
法，ｂ：線排砂法，ｃ：低水時引き込み操作による線排
砂法，ｄ：上硫側に向かった場合の導流壁付渦動排砂管
工横断面図）、第３図はダム部排砂管の複式調節ゲート
縦断面図（リングホロワーゲート，ジェットフローゲー
ト及び給水管）、第４図は渦動排砂管部の多連（２連）
スリット調節用としての水圧駆動のシリンダー同調装置
付スライドゲート概要図（ａ：２連スリットの交互操作
概要，ｂ：シール欠のシリンダー図，ｃ：シリンダーの
同調装置図）、更に第５図は不規則砂礫粒子の三軸径と
スリット閉塞の様相（ａ：三軸径ｄａ，ｄｂ，ｄｃ，
ｂ：スリット閉塞の様相）を示したものである。 図中主要符号 １．・・・スリット砂防ダム ２．・・・貯水
ダム ３．・・・渦排砂管 ４．・・・排砂
管 ５．・・・スリット ６．・・・導流
壁 ７．・・・スキンプレート ８．・・・螺旋
流 ９．・・・堆砂 １１．・・・貯水
面 １０，１６，１７．・・・堆砂面，初期堆砂面，低水時
侵食掃砂後の堆砂面 １２．・・・傾斜角 １３．・・・満
水位 １４．・・・低水位 １５．・・・排
砂勾配 １８．・・・排砂断面 １９．・・・ス
リット調節ゲート ２０．・・リングホロワーゲート ２１．・・・ジ
ェットフローゲート ２２．・・・給気管 ２３．・・・給
水管（噴流） ２４．・・・連通スリット ２５（ａ），２５（ｂ）・
・交互スリット（ａ，ｂ） ２６（ａ），２６（ｂ）・・ゲートリーフの交互スリッ
トスパン長Ｌｇ（ａ，ｂ） ２７（ａ），２７（ｂ）・・シリンダー（左），シリン
ダー（右） ２８．・・・ゲートリーフ ２９．・・・リ
ーフ・カバー ３０．・・・ピストン ３１．・・・ピ
ストン・ロツド ３２．・・・シリンダーの同調装置 ３３．・・・ス
プリング ３４．・・・圧力バルブ ３５．・・・ス
トッパー ３６．・・・フリーピストン ３７．・・・ポ
ンプ ３８．・・・排出（左右） ３９ａ，３９ｂ，３９ｃ．・・・不規則砂礫粒子の長軸
径ｄａ，中軸径ｄｂ，短軸径ｄｃ ４０．・・・防塵スクリーン

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【手続補正書】 【提出日】平成９年８月１５日 【手続補正１】 【補正対象書類名】明細書 【補正対象項目名】図面の簡単な説明 【補正方法】変更 【補正内容】 【図面の簡単な説明】 【図１】 ２基の多段スリット砂防ダムと本発明の排砂
排泥システム工法を併用した場合の縦断面図 【図２】 貯水ダムにおける点排砂法と線排砂法の比較
図であって、ａは点排砂法の、ｂは線排砂法の、ｃは低
水時引込み操作による線排砂法の、ｄは上流側に向かっ
た場合の導流壁付き渦動排砂管工の横断面図 【図３】 ダム部排砂管の複式調節ゲートの縦断面図 【図４】 渦動排砂管部のスライドゲートの概要を示す
平面図であって、（ａ）は２連スリットの交互操作概要
を示す平面図、（ｂ）はシリンダーの平面図、（ｃ）は
シリンダーの同調装置の平面図 【図５】 （ａ）は不規則砂礫粒子の三軸径を示す正面
図、（ｂ）はスリット閉塞の様相を示す正面図 【符号の説明】 １・・・スリット砂防ダム ２・・・貯水ダ
ム ３・・・渦動排砂管 ４・・・排砂管 ５・・・スリット ６・・・導流壁 ７・・・スキンプレート ８・・・螺旋流 ９・・・堆砂 １０・・・堆砂面 １１・・・貯水面 １２・・・傾斜
角 １３・・・満水位 １４・・・低水
位 １５・・・排砂勾配 １６・・・初期
堆砂面 １７・・・低水時浸食掃砂後の堆砂面 １８・・・排砂
断面 １９・・・スリット調節ゲート ２０・・・リン
グホロワーゲート ２１・・・ジェットフローゲート ２２・・・給気
管 ２３・・・給水管（噴流） ２４・・・連通
スリット ２５ａ，２５ｂ・・・交互スリット ２６ａ，２６ｂ・・・ゲートリーフの交互スリットスパ
ン長 ２７ａ，２８ｂ・・・シリンダー ２８・・・ゲー
トリーフ ２９・・・リーフカバー ３０・・・ピス
トン ３１・・・ピストンロッド ３２・・・シリ
ンダーの同調装置 ３３・・・スプリング ３４・・・圧力
バルブ ３５・・・ストッパー ３６・・・フリ
ーピストン ３７・・・ポンプ ３８・・・排出 ３９ａ・・・不規則砂礫粒子の長軸径 ３９ｂ・・・不規則砂礫粒子の中軸径 ３９ｃ・・・不規則砂礫粒子の短軸径 ４０・・・防塵スクリーン 【手続補正２】 【補正対象書類名】図面 【補正対象項目名】全図 【補正方法】変更 【補正内容】 【図１】 【図２】 【図３】 【図５】 【図４】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１） 貯水池や溜池などの上流側に、スリット幅の異
   なる多段の透過性砂防ダム（スリットダムや立体格子ダ
   ム）を設けて、その調節・分級作用を活用し、貯水池・
   溜池への流入土砂の粒度構成を均一細粒化させて、下流
   側の貯水・取水ダム部に設けた渦動排砂管の負荷を軽
   減、他方、貯水池・溜池に流入・堆積した堆砂は、環境
   保全上主として自然排砂が可能な洪水時において、池底
   縦断方向の円形排砂管と同径で同一勾配上に、排砂効率
   の極めて高い導流壁並びにスリット付円形渦動排砂管を
   有効渦動管長（又は有効スリット長）範囲内に連通さ
   せ、スリット部から渦動排砂管部に流入した高濃度の含
   砂水流に高速螺旋流を発生させながら、ダム部の排砂管
   へ流動可能とすると共に、渦動排砂管部に付設されたス
   リット調節ゲート及びダム内の排砂管部に付設した各種
   調節ゲート等の複式ゲートを、液圧・遠隔操作により開
   閉自在とした線排砂法を採用し、各種の貯水・取水目的
   を中断せずに排砂・排泥が出来ることを特徴とする貯水
   地・溜池の排砂・排泥システム工法。 （２） 貯水池・溜池などの池底下流部に埋設固定され
   た導流壁並びにスリット（一様スリット及び変化スリッ
   ト）付の渦動排砂管部、及び該渦動排砂管と同径同一勾
   配で池底下流端から下流側河川部までダム部を貫通埋設
   した円形排砂管部に、それぞれ液圧・遠隔操作により開
   閉する渦動排砂管スリット部の同調装置付多連スリット
   調節ゲート並びに排砂管部の各種複式調節ゲートを併設
   したことを特徴とする貯水池・溜池の排砂・排泥システ
   ム装置。