特許 7382596 ダムの洪水吐き装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-09

(45)【発行日】2023-11-17

(54)【発明の名称】ダムの洪水吐き装置

(51)【国際特許分類】

   E02B 8/06 20060101AFI20231110BHJP

   E02B 7/42 20060101ALN20231110BHJP

   E02B 7/28 20060101ALN20231110BHJP

【ＦＩ】

E02B8/06

E02B7/42

E02B7/28

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019209304

(22)【出願日】2019-11-20

(65)【公開番号】P2021080746

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2022-08-09

(73)【特許権者】

【識別番号】594135151

【氏名又は名称】一般財団法人ダム技術センター

(73)【特許権者】

【識別番号】000241290

【氏名又は名称】豊国工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591091087

【氏名又は名称】株式会社建設技術研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100067356

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 容一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100160004

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 憲雅

(74)【代理人】

【識別番号】100120558

【弁理士】

【氏名又は名称】住吉 勝彦

(74)【代理人】

【識別番号】100148909

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧澤 匡則

(72)【発明者】

【氏名】川▲崎▼ 秀明

(72)【発明者】

【氏名】大井 弘昭

(72)【発明者】

【氏名】泉 倫光

【審査官】松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１２７１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４４３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２５３６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２４６４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２４０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２９７４２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｂ ８／０６

Ｅ０２Ｂ ７／４２

Ｅ０２Ｂ ７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

堤体の頂部に天端ゲートを備えるダムに付属され、前記天端ゲートでは吐き出しきれない水を吐水するダムの洪水吐き装置であって、
前記天端ゲートの横位置にて前記堤体に設けられるサイホン管挿入部と、このサイホン管挿入部に挿入されるサイホン管と、このサイホン管に取付けられるゲートと、このゲートを開閉制御する制御部とからなり、
前記サイホン管は、逆Ｕ字形状を呈し前記サイホン管挿入部に埋設される中間部と、この中間部の一端から延びてダム湖の表層に没して前記ダム湖の表層の水を取水する取水部と、前記堤体の下流側面に沿って前記中間部の他端から延びて吐水する吐水部とからなり、
前記ゲートは、前記吐水部の出口に設けられ、
ダム湖の水位を計測する水位計を備え、
前記制御部は、前記水位計の水位情報に基づいて、前記ダム湖の水が前記サイホン管を自由越流状態で流れるときに前記ゲートを閉じて、前記吐水部が満水又はほぼ満水になったら前記ゲートを開いて大きな吐水能力が得られるサイホン流れを形成し、乱れのないサイホン流れを得ることを特徴とするダムの洪水吐き装置。

【請求項2】

堤体の頂部に天端ゲートを備えるダムに付属され、前記天端ゲートでは吐き出しきれない水を吐水するダムの洪水吐き装置であって、
前記天端ゲートの横位置にて前記堤体に設けられるサイホン管挿入部と、このサイホン管挿入部に挿入されるサイホン管と、このサイホン管に取付けられるゲートと、このゲートを開閉制御する制御部とからなり、
前記サイホン管は、逆Ｕ字形状を呈し前記サイホン管挿入部に埋設される中間部と、この中間部の一端から延びてダム湖の表層に没して前記ダム湖の表層の水を取水する取水部と、前記堤体の下流側面に沿って前記中間部の他端から延びて吐水する吐水部とからなり、
隣の前記天端ゲートからの自然越流に前記サイホン管からのサイホン流れが衝突するように、前記吐水部が曲げられ、且つ前記吐水部の出口が前記堤体の幅方向中央に向けられており、
前記ゲートは、前記吐水部の出口に設けられ、
前記制御部は、前記ダム湖の水が前記サイホン管を自由越流状態で流れるときに前記ゲートを閉じて、前記吐水部が満水又はほぼ満水になったら前記ゲートを開いてサイホン流れを形成することを特徴とするダムの洪水吐き装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ダムの洪水吐き装置に関する。なお、「洪水」とは、狭義の洪水ではなく、大量の水がダム湖に流入することを言い、「洪水吐き」とは、ダム湖の水を大量に下流へ吐水する施設のことを言う。

【背景技術】

【0002】

大量の水がダム湖に流入してきたとき、従来のダムでは、堤体の頂部に設けた天端ゲートを開いて、ダム湖の水位上昇を抑える。
しかし、近年、地球環境の変化に伴って、数百年に一度の大豪雨が発生するようになってきた。このような大豪雨の場合、天端ゲートによる吐水では吐水能力が不足することが想定され、その対策が種々提案されてきた（例えば、特許文献１（図１、図２）参照）。

【0003】

特許文献１を図１０に基づいて説明する。
図１０（ａ）は従来のダムの要部断面図であり、堤体１００の頂部に主ゲート１０１が設けられている。主ゲート１０１を開くことで、ダム湖１０３の水位を下げることができる。呑口（のみぐち）の高さ寸法は、Ａである。
特許文献１の技術によれば、想像線で示す掘削線１０４まで、堤体１００の頂部を削る。

【0004】

図１０（ｂ）は従来のダムの洪水吐装置を説明する図であり、呑口の高さは、Ａより大きなＢになった。そして、掘削線１０４に沿って、堤体１００に副ゲート１０５を追加する。主ゲート１０１と副ゲート１０５とを開くことで、図１０（ａ）より大量の水１０６を吐水することができるようになった。

【0005】

しかし、本発明者らが検討したところ、特許文献１の技術には次に述べる問題点があることが判明した。
図１０（ｂ）で示される水１０６は、自然越流である。自然越流で得られる流速Ｖ１は１～５ｍ／ｓである。

【0006】

ところが、数百年に一度の大豪雨に対応するには、流速が１０ｍ／ｓ以上であることが求められる。
すなわち、特許文献１で開示される洪水吐き装置では、吐水能力が不十分である。

【0007】

そこで、吐水能力が十分に大きなダムの洪水吐き装置が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００３－２５３６５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、吐水能力が十分に大きなダムの洪水吐き装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１に係る発明は、堤体の頂部に天端ゲートを備えるダムに付属され、前記天端ゲートでは吐き出しきれない水を吐水するダムの洪水吐き装置であって、
前記天端ゲートの横位置にて前記堤体に設けられるサイホン管挿入部と、このサイホン管挿入部に挿入されるサイホン管と、このサイホン管に取付けられるゲートと、このゲートを開閉制御する制御部とからなり、
前記サイホン管は、逆Ｕ字形状を呈し前記サイホン管挿入部に埋設される中間部と、この中間部の一端から延びてダム湖の表層に没して前記ダム湖の表層の水を取水する取水部と、前記堤体の下流側面に沿って前記中間部の他端から延びて吐水する吐水部とからなり、
前記ゲートは、前記吐水部の出口に設けられ、
ダム湖の水位を計測する水位計を備え、
前記制御部は、前記水位計の水位情報に基づいて、前記ダム湖の水が前記サイホン管を自由越流状態で流れるときに前記ゲートを閉じて、前記吐水部が満水又はほぼ満水になったら前記ゲートを開いて大きな吐水能力が得られるサイホン流れを形成し、乱れのないサイホン流れを得ることを特徴とする。

【0011】

請求項２に係る発明は、堤体の頂部に天端ゲートを備えるダムに付属され、前記天端ゲートでは吐き出しきれない水を吐水するダムの洪水吐き装置であって、
前記天端ゲートの横位置にて前記堤体に設けられるサイホン管挿入部と、このサイホン管挿入部に挿入されるサイホン管と、このサイホン管に取付けられるゲートと、このゲートを開閉制御する制御部とからなり、
前記サイホン管は、逆Ｕ字形状を呈し前記サイホン管挿入部に埋設される中間部と、この中間部の一端から延びてダム湖の表層に没して前記ダム湖の表層の水を取水する取水部と、前記堤体の下流側面に沿って前記中間部の他端から延びて吐水する吐水部とからなり、
隣の前記天端ゲートからの自然越流に前記サイホン管からのサイホン流れが衝突するように、前記吐水部が曲げられ、且つ前記吐水部の出口が前記堤体の幅方向中央に向けられており、
前記ゲートは、前記吐水部の出口に設けられ、
前記制御部は、前記ダム湖の水が前記サイホン管を自由越流状態で流れるときに前記ゲートを閉じて、前記吐水部が満水又はほぼ満水になったら前記ゲートを開いてサイホン流れを形成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

請求項１に係る発明では、天端ゲートに加えて、堤体にサイホン管を設ける。サイホン流れであれば、流速は１０ｍ／ｓ以上が得られる。
天端ゲートによる吐水（自然越流）とサイホン管（サイホン流れ）による吐水を合計すると、十分に大きな吐水能力が得られる。
よって、本発明により、吐水能力が十分に大きなダムの洪水吐き装置が提供される。

【0013】

また、請求項１に係る発明では、サイホン管にゲートが取付けられており、制御部でゲートの開度制御を実施することで、ダムからの放水量の制御が可能となる。

【0014】

請求項２に係る発明では、吐水部の出口が堤体の幅方向中央に向かうように、吐水部が曲げられている。天端ゲートを開くと自然越流が得られる。吐水部が曲げられているため、サイホン管の吐水が自然越流に衝突して流出エネルギーが減衰されると共に自然越流も減衰されるという相乗効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】下流側から見たダムの正面図である。

【図2】図１の２－２線断面図である。

【図3】天端ゲートの作用図である。

【図4】図１の４－４線断面図である。

【図5】サイホン管の作用図であり、（ａ）は自然越流、（ｂ）はゲート閉じ、（ｃ）はサイホン流れを説明する図である。

【図6】曲がっている吐水部の作用を説明する図である。

【図7】サイホン管挿入部の変更例を説明する図である。

【図8】サイホン管挿入部の更なる変更例を説明する図である。

【図9】ゲートの更なる作用を説明する図である。

【図10】（ａ）は従来のダムの要部断面図、（ｂ）は従来のダムの洪水吐装置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

【実施例】

【0017】

図１に示すように、ダム１０は、堤体１１の頂部１２に、複数（この例では３基）の天端ゲート１３を備え、ダムの洪水吐き装置２０（以下、洪水吐き装置２０と略記する。）を２基備えている。天端ゲート１３はクレストゲートとも呼ばれる。

【0018】

洪水吐き装置２０の主要素はサイホン管２１であり、このサイホン管２１は、天端ゲート１３の横位置にて堤体１１に設けられたサイホン管挿入部１４に挿入される。
サイホン管挿入部１４は、この実施例では、堤体１１の頂部１２に設ける開口部１４Ａである。

【0019】

開口部１４Ａの開口寸法は、天端ゲート１３の開口寸法に対して、同じか、大きく設定することが望ましいが、小さく設定することを妨げるものではない。
開口寸法が異なるため、「天端ゲート１３の横位置」とは、「天端ゲート１３のほぼ横位置」を含む。すなわち、天端ゲート１３と開口部１４Ａ（サイホン管挿入部１４）は左右に並んでいればよく、高さ位置に差があることは差し支えない。

【0020】

図２に示すように、天端ゲート１３は、閉じられており、ダム湖１５の水位１６は、堤体１１の頂部１２にある。水位１６がこれ以上上昇すると、天端ゲート１３を開く。なお、天端ゲート１３は、スライドゲートに限定されるものではなく、ラジアルゲートでもよく、種類や形式は問わない。

【0021】

図３に示すように、ダム湖１５の水は、頂部１２を越えて溢れ出る。すなわち、自然越流１７が得られる。

【0022】

自然越流１７では、頂部１２における下向き速度はほぼゼロである。位置のエネルギーが速度のエネルギーに変換されるため、下に行くほど流速が大きくなる。自然越流１７は連続流れであるため、自然越流１７の厚さＷは、下ほど小さくなる。自然越流１７の流速Ｖ１は、１～５ｍ／ｓ程度ある。

【0023】

図４に示すように、洪水吐き装置２０は、サイホン管挿入部１４に挿入されるサイホン管２１と、このサイホン管２１の出口に設けられるゲート３０と、このゲート３０を開閉制御する制御部４０とからなる。加えて、ダム湖の水位を計測する水位計４１を天端橋梁１８から下げ、水位計４１で計測した水位情報を制御部４０へ送るようにした。

【0024】

サイホン管２１は、逆Ｕ字形状を呈しサイホン管挿入部１４に埋設される中間部２２と、この中間部２２の一端から延びてダム湖１５に没しダム湖１５の水を取水する取水部２３と、堤体１１の下流側面１１ａに沿って中間部２２の他端から延びて吐水する吐水部２４とからなる。

【0025】

ゲート３０は、好ましくは、回転支軸３１より弁体３２が下流側にある引張り型ラジアルゲートとする。図１に示すように、回転支軸３１、３１から側板３３、３３が延ばされ、これらの側板３３、３３の先端に弁体３２が架け渡される。弁体３２は、液圧シリンダ３４で駆動され、回転支軸３１を中心にして回される。液圧シリンダ３４は、油圧シリンダや水圧シリンダが好ましい。
なお、ゲート３０は、ラジアルゲートに限定されるものではなく、スライドゲートであってもよく、種類や形式は問わない。

【0026】

弁体３２に水圧が掛ると、側板３３、３３に引張り力が掛る。引張り力の利点を説明する。
仮に、引張り力ではなく、圧縮力を受けると鋼板は座屈しやすい。圧縮力を受けるときは、鋼板を厚くして座屈に耐えるようにする。側板３３は重くなる。
対して、引張り力を受けるときは、厚くする必要がなく、側板３３の軽量化が図れる。

【0027】

以上に説明した洪水吐き装置２０の作用を、図５に基づいて説明する。
図５（ａ）では、ダム湖１５の水位１６は頂部１２より幾らか上にある。制御部（図４、符号４０）は水位計４１の水位情報に基づいて、ゲート３０を開けておく。すると、サイホン管２１内に自然越流１７が形成される。

【0028】

大豪雨により、水位１６が更に上昇する。水位１６がサイホン管２１の最高位置２５に近づいたらゲート３０を閉める。ゲート３０を閉じている過程で、自然越流１７がサイホン管２１に溜まる。この溜まり量は時間とともに増加し、サイホン管２１が満水に近づく。

【0029】

すると、図５（ｂ）に示すように、吐水部２４が満水又はほぼ満水になる。ほぼ満水とは、逆Ｕ字形状を呈する中間部２２に空気２６が残留する形態を言う。サイホン管２１が水でほぼ満たされたら、制御部（図４、符号４０）はゲート３０を開く。
すると、サイホン管２１に溜まっていた水が流動する。この流動により、空気２６の一部（又は全部）が排出されることが期待される。

【0030】

すると、図５（ｃ）に示すように、サイホン管２１にサイホン流れ２７が形成される。サイホン流れ２７は、管内流速Ｖ２が１０ｍ／ｓ以上になる。
以上により、吐水能力が十分に大きな洪水吐き装置２０が提供される。

【0031】

大量吐水により、ダム湖１５の水位１６が下がる。水位１６が取水部２３の入口より下がると、空気が流入して、サイホン流れ２７が崩壊する。次に、水位１６が上がると、図５（ａ）となる。

【0032】

次に、曲がっている吐水部２４の作用を、図６に基づいて説明する。
図６（ａ）に示すように、サイホン管２１はストレート形状であってもよい。ただし、天端ゲート１３からの自然越流１７に、ほぼ平行に、サイホン流れ２７が形成される。サイホン流れ２７は、流速がＶ２が１０ｍ／ｓ以上になるために、自然越流１７に比較して、速度エネルギーが格段に大きく、一定期間経過後に落下点に穴４３ができる。

【0033】

図６（ｂ）に示すように、サイホン管２１の吐水部２４が堤体１１の幅方向中央へ曲がっていると、サイホン流れ２７は、隣の自然越流１７に衝突し、合体することが期待される。するとサイホン流れ２７の勢いが削がれて、落下点に穴ができにくくなり、好ましい。
さらには、吐水部２４が曲げられているため、サイホン管２１の吐水が自然越流１７に衝突して流出エネルギーが減衰されると共に自然越流１７も減衰されるという相乗効果が得られる。

【0034】

図１及び図４では、サイホン管挿入部１４は、開口部１４Ａとしたが、サイホン管挿入部１４は、開口部１４Ａに限定されない。その具体例を図７、図８に基づいて説明する。
図７（ａ）に示すように、サイホン管挿入部１４は、堤体１１に開削した堤頂凹部１４Ｂであってもよい。
図７（ｂ）に示すように、堤頂凹部１４Ｂにサイホン管２１を取付け（落とし込み）、堤頂凹部１４Ｂの余剰部分をコンクリート４４で埋める。

【0035】

なお、堤頂凹部１４Ｂを浅くして、図７（ｃ）に示すように、コンクリート４４を省いてもよい。

【0036】

図８（ａ）に示すように、堤体１１に、クレストゲートと呼ばれる天端ゲート１３が設けられている。
この天端ゲート１３を利用して、図８（ｂ）に示すように、天端ゲート１３にサイホン管２１を取付けてもよい。

【0037】

以上に説明したように、本発明のサイホン管挿入部１４は、開口部１４Ａ（図１）、堤頂凹部１４Ｂ（図７）、天端ゲート１３（図８）の何れでもよく、又はこれに類するものであればよい。
すなわち、本発明のサイホン管挿入部１４は、要はサイホン管２１が挿入できればよく、形態は実施例に限定されない。

【0038】

次に、ゲート３０の更なる作用を、図９に基づいて説明する。
図９（ａ）に示すように、ゲート３０を全開にした場合に、条件によっては、サイホン管２１の内圧が低下して、出口から空気２６が侵入することがある。空気２６が侵入すると、サイホン流れ２７が乱れ、流速が低下する。

【0039】

その場合は、図９（ｂ）に示すように、制御部（図４、符号４０）にて、ゲート３０を少し閉じる。すると、サイホン管２１の内圧が上昇し、空気２６の侵入を防ぐことができる。結果、乱れのないサイホン流れ２７が得られ、流速の低下が回避できる。

【0040】

尚、本発明は、新設のダムの他、既設のダムにも適用できる。すなわち、既設のダムの堤体にサイホン管挿入部１４を開け、このサイホン管挿入部１４にサイホン管２１を取付ければよい。これにより、既設のダムにおける放流能力の増加を図ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、洪水対策や放流能力増加が要求されるダムに好適である。

【符号の説明】

【0042】

１０…ダム、１１…堤体、１２…頂部、１３…天端ゲート、１４…サイホン管挿入部、１５…ダム湖、１６…ダム湖の水位、１７…自然越流、２０…ダムの洪水吐き装置、２１…サイホン管、２２…中間部、２３…取水部、２４…吐水部、２７…サイホン流れ、３０…ゲート、４０…制御部、Ｖ１…自然越流での流速、Ｖ２…サイホン流れでの流速。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】