JPS6332927B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水力構造物の余水路に関し、より詳
細には、ダムの頂部を越えて溢流されることによ
り前池から後池に水を流すダムの余水路に関す
る。

本発明は、水力構造物を流れる水の曝気を行な
うために用いることができるという利点があり、
通過する水流の機械的エネルギーを消費させて浮
き上つたり酸化したりし易い不純物を浄化するた
めに用いることができる。

ダムの上流及び下流の貯水池に連通する開放型
又は閉鎖型の余水路であつて、水流の機械的エネ
ルギーを消散させる装置を備えたものは当業界で
公知である。（米国特許第2103600号、ソ連邦発明
者証第124370号及びソ連邦発明者証第697628号の
明細書を参照されたい。）機械的エネルギ、ー消
散装置を使用している余水路は、前池から後池へ
必要な水流を目的に合わせて通過させるという主
要な働きを持つばかりでなく、水流によつて余水
路壁部及び後池底部が次第に破壊されるのを防止
することもできる。機械的エネルギー消散装置を
備えた余水路は、一般に、ダム上流の貯水池の水
位上昇が比較的少ない走行水貯水池につくられた
迂回ダムに例えば船の運行の安全を図る目的で設
置される。この種のダムの前池と後池の高さの差
は比較的少ないから、この種のダムを例えば発電
の目的で利用することは経済的見地から見て実際
的でない。一方、前記の落差によつて生じる高速
の水柱ヘツドが後池及び後池底部付近に位置する
余水路壁部を徐々に破壊するので、前記の落差は
前池から後池への水路という見地からは好ましく
ないものである。破壊を防止すべく、従来技術の
設計においては、通過する水流の機械的エネルギ
ーの消散を行なつていた。この目的のために、流
れるときにかなりのエネルギー損失を起こす切り
立つた邪魔板せきを余水路の出口部分に設ける
（米国特許第2103600号参照）とか、合流するとき
に流れの機械的エネルギーの消散が来たされる複
数のジエツト水流に流れを分割するスクリーンの
形（ソ連邦発明者証第124300号参照）にすると
か、或いは細い控え壁の上に階段状に組みつけた
幅の拡がる樋の形にして上記の最初の二つの解決
策の両方の作用によつてエネルギーの消散がはか
られている。

然し乍ら、先行技術の余水路の場合には、高速
の水流のエネルギーは不可逆的に完全に失なわれ
てしまう。

貯水池内で水の曝気を行なうことを意図して貯
水池の底部付近に孔部を設けたパイプ装置の形で
あり上記孔部を通つて予め空気と混合された空気
が貯水池の底部層に出て行く装置も知られてい
る。（米国特許第3461674号明細書参照）貯水池の
底部層に溢流する加圧空気と水の混合物は、夫々
フアン及びポンプによつて水と空気とが供給され
ている混合器（米国特許第3461674号参照）又は
ポンプによつて噴出される水に空気が随伴する空
気・水噴射器（米国特許第3893924号参照）によ
つて供給される。然し乍ら、空気の供給のために
はポンプとフアンを駆動させるのに幾らかの動力
を消費せねばならず、そのため上記の各装置の定
常運転のため例えば１年間を通して考えるとかな
り大きな出費となる。更に、これらの解決法は、
ダムの余水路として使用できるような性質の設計
特性を持つものではない。

キラーフの先行技術による前池から後池へダム
頂部を越えて水を流すダム余水路は、大気中に開
口し水平に配置された分散器と連通している入口
部分を有する鉛直向きに配設された混合室を持
つ。（ソ連邦発明者証第340735号参照）前記余水
路を通過する下向きの水流は、大気中に開口する
混合室入口部分を介して空気を随伴しつつ混合室
に入る。前記混合室において、水の機械的エネル
ギーの一部分は空気に与えられる。前池の水位と
後池の水位の差の変換の結果生じる水の機械的エ
ネルギーの利用によつて、ダムを乗り越る流水と
ともに空気の曝気が上記先行技術の装置内で確実
に行なわれ、その結果水は酸素で飽和される。

然し乍ら、上記の先行技術による装置の場合に
は、水は単一の流れの形で混合室に流下するか
ら、水と空気との界面接触面積は比較的小さい。
従つて、水流に随伴する空気量、惹いては水中の
酸素飽和度は少ない。前記の先行技術による装置
内の小流の速度は低速であるため、水に空気を混
合することによつて達成できる水の機械的エネル
ギーの消散効率は低い。

本発明は、設計の特性上ダムを乗り越えて流れ
る水と接触とす空気の流速を増すことができ、従
つて水流の機械的エネルギーをより効率良く消散
させることができ、水の酸素による飽和度を高め
て浮き上つたり酸化したりし易い全ての種類の不
純物を浄化することができるダム余水路を提供す
ることを目的とするものである。

本発明の要旨は、頂部を乗り越えて前池から後
池に水を流すためのダム余水路であつて、大気中
に開口し水平に取りつけられた分散器と連通して
いる入口部分を持つ鉛直に配向された混合室から
成る水路を有し、混合室は浮遊ゾーンの分散器の
下流の形成を確保する水取り入れ配置を有し、混
合室上方に位置し複数の樋から成るスクリーンの
形の水流分割器と、混合室の入口部分を横切るよ
うに組み込まれた水切り裂き格子であつて切り立
つた壁部材の形の格子と、水切り裂き格子の下流
の該格子付近にあつて混合室の壁部内につくりつ
けた空気取入れダクトとを有し、浮遊ゾーンの下
流の後池面上には泡蒐集器が配置されていること
を特徴とするダム余水路に有する。

浮遊する不純物からの水の浄化度を上げ混合室
外部を流れる水の過剰部分の酸素飽和度を上げる
ために、上部壁が階段状に分散器の上壁部に付設
され上方に浮遊ゾーンを形成する複数の孔部を備
えた空気分離室と、空気分離室の出口の上壁部に
取りつけた調節自在で孔部を設けた邪魔板とをダ
ム余水路に設けることが実際的である。

余水路の寿命を長くするためには、主水路から
等距離にあり、分散器と連通する取入れ装置を持
つ混合室を有するに本の追加の水路を設けること
が望ましい。

以下に、添附の図面を参照しつつ、本発明につ
いて説明を加える。

本発明による余水路は、前池２と後池３とに分
割されているダム１（第１図参照）の本体部を有
し、ダム１のせき６の頂部５上に配置されたゲー
ト４が配設されている。余水路の水路は、肘部を
介して水平に取りつけられた分散器９と円滑に組
み合わせられている鉛直向きの混合室７を有す
る。混合室７は、浮遊ゾーン１０の後池３の内部
の分散器９の下流を形成する取入れ装置を有し、
浮遊ゾーンの端部には泡蒐集器がある。取入れ装
置は、水流分割器１２と、水切り裂き格子１３
と、空気取入れダクト１４とから成る。

水流分割器１２は混合室７の上方に組み込ま
れ、水切り裂き器１３は混合室７の入口部分にあ
る分割器の下流には水切り裂き格子１３がある。
空気取入れダクト１４が混合室７の壁部に設けら
れていて、水切り裂き格子１３の下方の後池３に
対面し後池に近接して配置されている。

流れ分割器１２（第２図参照）は、水流に沿つ
て配置される後池３に向かつて傾斜した複数の樋
から成るスクリーンの形であり、水切り裂き格子
１３は、例えば断面正方形のバーの如き切り立つ
た部材から成る。

分散器９には、浮遊ゾーン１０の内部に配設さ
れた空気分離室１５（第３図参照）が取りつけら
れている。空気分離室１５は、後池３の底部１６
と、分散器９に接続され段１８を形成している水
平取付けパネル１７とによつて構成されている。
パネル１７には孔部１９が設けられている。パネ
ル１７の出口端部には調節自在で孔部を有する邪
魔板２０が取りつけられている。

本発明の余水路は、１本だけでなく２本の同様
の構造で等間隔の水路の形であつてもよい。この
場合には、流れ分割器１２（第４図参照）及び水
切り裂き格子１３は両水路で共用する。各水路
は、空気取入れダクト４と、肘部を介して分散器
９と連通している混合室７とを有する。空気は、
ダム１の本体内に設けられた空気路２１を通つ
て、前池２に近接して配置されている混合室７の
ダクト１４に流入する。

前池（第１図参照）から、ゲート４によつて流
量制御された水はダム１の頂部を乗り越え、水流
分割器１２に流入する。分割器１２（第２図参
照）を形成する樋の寸法及び各樋の寸法の相対関
係並びに中間のみぞの幅の選定に当たつては、ダ
ム１を通つて流れる水の流量制御量を実際の水流
が超過した場合に分割器１２が水流を二つの部分
に分割し（第１図参照）、計算量に等しい実際の
水流の一部分が混合室７の入口部分に入り、他方
部分（即ち、超過部分）は混合室７の後の分割器
１２の樋を通つて直接に後池３に入るように選定
する。分割器１２によつて分流され混合室７に流
入する水流は分割器１２の下流で、混合室７の入
口部分内部の水流を横切るよう配置された水切り
裂き格子１３に落下する。水切り裂き格子は切り
立つた部材から成り、この格子を通過した水流は
多数の独立したジユツト流になつて落下する。水
切り裂き格子１３の下流の気体−液体の界面の急
激な増大によつて、下向きに流れて鉛直方向に配
設された混合室に流入する水ジエツトと水滴は、
水切り裂き格子１３の下方に設けられた混合室７
の壁部内のダクト１４を通つて取り入られる多量
の大気を随伴する。分割器１２によつてダム１を
通る流量調節された流れとほぼ等しい量の水が混
合室７に絶えず供給される際における、混合室７
の内部の水ジエツト及び空気ジエツトの断面積の
関係、従つて混合室７の断面積の選定に当たつて
は、絶えず該室内に引き込まれる空気の流量が一
定流量の水流量に対する最大空気流量に近づくよ
うに混合室によつて空気流量が確保されるように
選定する。

水切り裂き格子１３の下流の気体・液体の界面
の増大は、水と空気の接触を改善し、曝気工程を
強める。この界面の増大及び混合室７内の空気流
量の増大によつて、酸素による水の飽和が強めら
れ（水中への酸素の溶解が多くなる）、水に含有
される不純物の酸化が進み、不純物は酸化によつ
て除去される。重力によつて流下する水ジエツト
は、混合室内における速度を増す。空気と混合さ
れると同時に水ジエツトはその速度を増し、それ
によつて、或る量の水の機械的エネルギーを与え
る。混合室７内で形成される空気・水混合物は肘
部８に入り、そこで流れの方向は円滑に鉛直方向
から水平方向に変れる。肘部８の形状の曲率が円
滑であるから、流れの方向転換に伴なうエネルギ
ー損失は最小である。空気・水混合物は圧縮可能
な媒体であるから、肘部８の下方壁部に当たる空
気・水流は壁部の破壊工程を実質的に緩和する。
肘部８から空気・水混合物は分散器９に流入し、
そこで空気・水流にブレーキがかかる。従つて、
機械的エネルギーは消散し、余水路からの流れの
出口付近の後池３の底部の破壊を著しく遅らせる
ことができる。分散器９の内部でブレーキがかか
つても、空気・水流の機械的エネルギーの大部分
は消えず、流れの圧力エネルギーに変換され、そ
の結果、分散器９の出口部分の空気・水流（及び
流れに含まれる空気）の静水圧が増して大気圧以
上になり、分散器９の出口を下げて後池３中の一
定深さに位置させることができ、その深さにまで
空気を供給することができる。水の酸素による飽
和及び酸化による不純物の除去は肘部８及び分散
器９の内部でも継続し、分散器９の内部の飽和工
程は、水中に溶解する酸素量が静水圧の増大に比
例して増加するにつれて強まる。ブレーキのかか
つた空気・水流は分散器９を出て後池３の底部層
に入り、そこに浮遊ゾーン１０が形成される。水
に含まれる空気の泡は浮き上り易い不純物を随伴
しており、同様に水に含有されて後池３の表面に
浮き上る。浮遊ゾーン１０において、分散器９か
らの水に運ばれた空気の泡が、水流の過剰部分を
透過し、混合室７を通過した後には分割器１２に
分流させられた水流は直接に後池３に入り、水流
の前記過剰部分も浮遊し易い不純物から解放され
部分的に酸素で飽和される。浮遊の結果後池３の
表面に形成された泡は、水から抽出された不純物
とともに泡蒐集器に集められた貯水池から引き出
され、酸化に伴なつてダム１を流れ越える水の浄
化が行なわれる。泡蒐集器１１の下方を流れる浄
化された水は、まだ細かい空気の泡を含有してお
り、これらの細かい泡は流れによつてダム１から
なりの距離のところまで運ばれ、水中に溶解して
いる酸素とともに水媒体が自己浄化を行なうため
の生物学的活性の保存・保守を確保する。

水から浮遊可能な不純物が浄化される浄化度を
高め混合室７を走り過ぎる水流の過剰部分に対す
る酸素飽和度を高めるために、分散器９の下流に
孔部のある上部パネル１７を持つ空気分離室１５
を設置することにより、浮遊ゾール１０（第３図
参照）を拡大することもできる。段１８があるた
め、分散器９を走り出る空気流が空気分離室１５
の上方で止まつて貯まる区域が形成される。空気
は空気・水流から分離されて、貯溜区域に着く。
分散器９によつて空気分離室１５に生じる過剰の
圧力の作用下で、空気は小さい泡の形で貯溜区域
から引き出されて、パネル１７の孔部１９を介し
てパネル１７を走り越える水流の過剰部分に入
る。斯くして、浮遊区域１０は、水分離室１５の
長さ分だけ延長される。更に、水流の過剰部分に
入り込む空気の泡の大きさを、パネル１７の孔部
１９の寸法の選定によつて自由に設定することが
できる。このような状態により、水の不純物浄化
度を高め水流の過剰部分の酸素での飽和度を高め
るには最適の条件がつくり出される。邪魔板２０
の位置を調節することにより、空気分離室１５の
内部の圧力を制御することが可能になり、分離室
の運転の最適条件がつくり出される。

流量制御値以上の実際流量で余水路を運転した
時間が余水路の全運転時間の相当部分を占める場
合には、余水路を２本の同じような水路（第４図
参照）から成るものにし、前池２に近いほうの水
路を制御流量分として計算し、他方の水路を流れ
の過剰部分に充当することもできる。このような
設計にすれば、設定流路値の流れ部分について提
案した解決法によつて得られる利益を水流の過剰
部分にも同様に適用できることになる。

通過する水と直接接触する空気流が著しく増大
するから、水を前池２から後池３に流す（第１図
参照）途上でのダム１の頂部５から落下する水の
機械的エネルギーの利用が本発明による提案の設
計の余水路によつて可能になる。提案した設計の
余水路中の空気流量が多くなるから、通過する水
の機械的エネルギーの消散がより効率良く行なわ
れ、水に溶解する酸素の量が増し、その結果、水
中に残存する不純物の量が減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるダム用余水路の長手方
向断面図である。第２図は、本発明による第１図
に示した余水路の−線断面図である。第３図
は、本発明による空気分離室の長手方向断面図で
ある。第４図は、本発明による２本の水路を備え
た余水路の長手方向断面図である。 ３……後池、７……混合室、９……分散器、１
０……浮遊ゾーン、１１……泡蒐集器、１２……
水流分割器、１３……水切り裂き器、１４……空
気取入れダクト、１５……空気分離室、１７……
空気分離室の上部壁、２０……邪魔板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 頂部を乗り越えて前池から後池に水を流すた
   めのダム用余水路であつて、大気中に開口し水平
   に取りつけられた分散器と連通している入口部分
   を持つ鉛直方向に配向された混合室から成る水路
   を有し、混合室７は浮遊ゾーン１０の分散器９の
   下流の形成を確保する水取入れ配置を有し、混合
   室７の上方に位置し複数の樋から成るスクリーン
   の形の水流分割器１２と、混合室７の入口部分を
   横切るように組み込まれた水切り裂き格子１３で
   あつて切り立つた壁部材の形の格子と、水切り裂
   き格子１３の下流の該格子付近にあつて混合室の
   壁部内につくりつけられた空気取入れダクト１４
   とを有し、浮遊ゾーンの下流の後池３面上には泡
   蒐集器１１が配置されていることを特徴とするダ
   ム用余水路。 ２ 上壁部１７が階段状に分散器９の上壁部に付
   設されており上方に浮遊ゾーン１０を生じさせる
   孔部を備えた空気分離室１５を有し、空気分離室
   の出口の上壁部１７には調節自在の孔部を有する
   邪魔板２０が付設されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のダム用余水路。 ３ 主水路に対して等間隔で配設されたい本の追
   加水路を有し、各水路は取入れ配置を持ち分散器
   ９と連通する混合室７を含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のダム用余水路。