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公開番号2025138257
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2024037245
出願日2024-03-11
発明の名称沈砂池排砂方法及び沈砂池排砂システム
出願人中国電力株式会社
代理人弁理士法人維新国際特許事務所,個人,個人
主分類E02B 8/02 20060101AFI20250917BHJP(水工;基礎;土砂の移送)
要約【課題】大掛かりな工事を必要とせず、堆積した土砂等を沈砂池から効率良く排除することが可能な沈砂池排砂方法とそれに用いられる沈砂池排砂システムを提供する。
【解決手段】本発明の沈砂池排砂システム1である取水ダム2は、河川に面した護岸部に設けられた取水口3と、この取水口3の下流に設けられた沈砂池52と、この沈砂池52に河川と繋がるように設けられた沈砂池排砂ゲート56と、沈砂池52の導流壁に隣接して設けられた導水路53と、沈砂池52の下流において導水路53に設置された取水口ゲート54と、河川に設けられた取水堰58と、この取水堰58及び導水路53にそれぞれ設置された水位計59a、59bと、この水位計59a、59bによってそれぞれ検出されたダム水位及び水路水位に基づいて沈砂池排砂ゲート56及び取水口ゲート54の開閉動作を制御するゲート開閉機構4を備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
河川に面した護岸部に設けられた取水口と、この取水口の下流に設けられた沈砂池と、この沈砂池に前記河川と繋がるように設けられた沈砂池排砂ゲートと、前記沈砂池の導流壁に隣接して設けられた導水路と、前記沈砂池の下流において前記導水路に設置された取水口ゲートと、前記河川に設けられた取水堰と、この取水堰に設置されてダム水位を検出する水位計と、を備えた水路式水力発電用の取水ダムにおいて、前記ダム水位に基づいて前記沈砂池排砂ゲートと前記取水口ゲートの開閉動作を制御する沈砂池排砂方法であって、
前記ダム水位が自動制御スイッチＯＮレベルに達すると前記沈砂池排砂ゲートの開動作を開始して前記取水口ゲートを全閉状態にする前に前記沈砂池排砂ゲートを全開状態にするとともに、
前記ダム水位が前記自動制御スイッチＯＮレベルよりも高い取水口ゲート全閉レベルを上回った段階で前記取水口ゲートを全閉状態にすることを特徴とする沈砂池排砂方法。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
河川に面した護岸部に設けられた取水口と、
この取水口の下流に設けられた沈砂池と、
この沈砂池に前記河川と繋がるように設けられた沈砂池排砂ゲートと、
前記沈砂池の導流壁に隣接して設けられた導水路と、
前記沈砂池の下流において前記導水路に設置された取水口ゲートと、
前記河川に設けられた取水堰と、
この取水堰に設置されてダム水位を検出する水位計と、
前記ダム水位に基づいて前記沈砂池排砂ゲートと前記取水口ゲートの開閉動作を制御するゲート開閉機構と、を備え、
前記ゲート開閉機構は、
前記ダム水位が自動制御スイッチＯＮレベルに達すると前記沈砂池排砂ゲートの開動作を開始して前記取水口ゲートを全閉状態にする前に前記沈砂池排砂ゲートを全開状態にするとともに、
前記ダム水位が前記自動制御スイッチＯＮレベルよりも高い取水口ゲート全閉レベルを上回った段階で前記取水口ゲートを全閉状態にすることを特徴とする沈砂池排砂システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水路式水力発電所用の取水ダムの取水口の下流に設けられた沈砂池に堆積する土砂等を排除する沈砂池排砂方法に係り、特に、大掛かりな工事を必要とせず、堆積した土砂等を沈砂池から効率良く排除することが可能であり、さらに、取水できる時間が長くなることにより発電出力の増加も期待できる沈砂池排砂方法とそれに用いられる沈砂池排砂システムに関する。
続きを表示（約 5,300 文字）【背景技術】
【０００２】
水路式水力発電所用の取水ダムには、取水口から取り込まれた水に含まれる土砂を沈殿させる目的で取水口の下流に沈砂池が設けられている。この沈砂池に土砂が堆積すると、導水路の取水口ゲートから単位時間あたりに取り込まれる水の量が減少し、発電の効率が低下してしまう。そのため、沈砂池の土砂を定期的に取り除く必要がある。
【０００３】
ここで、水路式水力発電所用の取水ダムの構造について図４を用いて説明する。図４（ａ）は水路式水力発電所用の取水ダムの平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示した導水路５３の構造を模式的に表した断面図である。なお、図４（ａ）では河川５０にハッチングを施している。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、河川５０を矢印の向きに流れた後、河川５０に面した護岸部５０ａに設けられた取水口（図示せず）から取り込まれた水は、管理所５１の下を通って沈砂池５２に流れ込む。この水には、流木や落ち葉などの河川流下物や土砂が混ざっているが、土砂は沈砂池５２において沈殿する。しかし、流木や落ち葉などの河川流下物は、導流壁５２ａを越流する水と一緒に導水路５３に流入するため、この河川流下物を取り除く目的で導水路５３には取水口ゲート５４の上流にスクリーン５５が設置されている。そして、堆積した土砂を流水の勢いによって河川５０の方へ押し流すための沈砂池排砂ゲート５６が沈砂池５２に河川５０の側へ開口するように設けられている。また、河川５０にはダム排砂ゲート５７を有する取水堰５８が設けられており、取水堰５８と導水路５３にはダム水位及び水路水位を検出する目的で水位計５９ａ、５９ｂがそれぞれ設置されている。なお、ダム排砂ゲート５７の開閉動作はダム排砂ゲート開閉機構（図示せず）によって制御されている。
【０００４】
ここで、ダム排砂ゲート５７の開閉動作について図５及び図６を用いて説明する。なお、図５及び図６はダム排砂ゲート５７に対するダム排砂ゲート開閉機構の処理手順を示したフローチャートである。また、以下の説明において、自動制御スイッチＯＮレベルＬ
２
及び自動制御スイッチＯＦＦレベルＬ
１
は、ダム排砂ゲート５７に対するダム排砂ゲート開閉機構による自動制御をそれぞれＯＮ及びＯＦＦにする基準水位を表しており、自動制御スイッチＯＮ上限レベルＬ
３
及び自動制御スイッチＯＮ下限レベルＬ
４
は、自動制御スイッチＯＮレベルＬ
２
に不感帯の水位を加えたレベル及び自動制御スイッチＯＮレベルＬ
２
から不感帯の水位を減じたレベルをそれぞれ表している。また、ダム排砂ゲート開閉機構は自動制御スイッチがＯＮの場合に開動作開始モードと閉動作開始モードのいずれかを選択してダム排砂ゲート５７の開閉動作を制御する機能を有している。
図５に示すように、ダム排砂ゲート開閉機構はステップＳ１においてダム排砂ゲート５７が全閉状態であると判断すると、ステップＳ２の処理に進み、ステップＳ２においてダム排砂ゲート５７の自動制御スイッチがＯＮになっていると判断すると、ステップＳ３の処理に進む。さらに、ダム排砂ゲート開閉機構は水位計５９ａによって検出されたダム水位が自動制御スイッチＯＦＦレベルＬ
１
以下であるとステップＳ３において判断すると、ステップＳ４においてダム排砂ゲート５７の自動制御スイッチをＯＦＦにした後、ステップＳ１の処理に戻る。
なお、ダム排砂ゲート開閉機構はステップＳ１においてダム排砂ゲート５７が全閉状態でないと判断すると、ステップＳ１０（図６を参照）の処理に進む。また、ダム排砂ゲート開閉機構はステップＳ２においてダム排砂ゲート５７の自動制御スイッチがＯＮになっていないと判断すると、ステップＳ５の処理に進み、水位計５９ａによって検出されたダム水位が自動制御スイッチＯＮレベルＬ
２
以上であるとステップＳ５において判断すると、ステップＳ６においてダム排砂ゲート５７の自動制御スイッチをＯＮにした後、ステップＳ７の処理に進む。さらに、ダム排砂ゲート開閉機構は水位計５９ａによって検出されたダム水位が自動制御スイッチＯＮ上限レベルＬ
３
以上であるとステップＳ７において判断すると、ステップＳ８においてダム排砂ゲート５７を１０ｃｍ開き、ステップＳ９において処理を３分間休止した後、ステップＳ１の処理に戻る。
なお、ダム排砂ゲート開閉機構は、ステップＳ３においてダム水位が自動制御スイッチＯＦＦレベルＬ
１
以下でないと判断した場合、ステップＳ５の処理に進み、ステップＳ５においてダム水位が自動制御スイッチＯＮレベルＬ
２
以上でないと判断した場合及びステップＳ７においてダム水位が自動制御スイッチＯＮ上限レベルＬ
３
以上でないと判断した場合、いずれもステップＳ１の処理に戻る。
【０００５】
図６に示すように、ダム排砂ゲート開閉機構はステップＳ１０においてダム排砂ゲート５７が全開状態であると判断すると、ステップＳ１１の処理に進み、ステップＳ１１において取水口ゲート５４が全閉状態になっていると判断すると、取水再開まで排砂を促進するためにステップＳ１２においてダム排砂ゲート５７を全開状態のまま、誤作動防止のため、ダム排砂ゲート５７の制御を手動に切り替える。
なお、ダム排砂ゲート開閉機構は、ステップＳ１０においてダム排砂ゲート５７が全開状態でないと判断した場合及びステップＳ１１において取水口ゲート５４が全閉状態になっていないと判断した場合、いずれもステップＳ１３の処理に進む。
そして、ダム排砂ゲート開閉機構は水位計５９ａによって検出されたダム水位が自動制御スイッチＯＮ下限レベルＬ
４
以下であるとステップＳ１３において判断すると、ステップＳ１４の処理に進み、ステップＳ１４においてダム排砂ゲート５７の開度が１０ｃｍであると判断すると、ステップＳ１５においてダム排砂ゲート５７を１０ｃｍ閉じ、ステップＳ１６において処理を３分間休止した後、ステップＳ１の処理に戻る。
なお、ダム排砂ゲート開閉機構はステップＳ１３においてダム水位が自動制御スイッチＯＮ下限レベルＬ
４
以下でないと判断すると、ステップＳ１７に進み、水位計５９ａによって検出されたダム水位が自動制御スイッチＯＮ上限レベルＬ
３
以上であるとステップＳ１７において判断すると、ステップＳ１８においてダム排砂ゲート５７を２０ｃｍ開いた後、ステップＳ１６の処理に進む。また、ダム排砂ゲート開閉機構はステップＳ１４においてダム排砂ゲート５７の開度が１０ｃｍでないと判断すると、ステップＳ１９においてダム排砂ゲート５７を２０ｃｍ閉じた後、ステップＳ１６の処理に進み、水位計５９ａによって検出されたダム水位が自動制御スイッチＯＮ上限レベルＬ
３
以上でないとステップＳ１７において判断すると、ステップＳ１の処理に戻る。
【０００６】
このようにダム排砂ゲート５７は、水位計５９ａによって検出されたダム水位に基づいてダム排砂ゲート開閉機構により開閉動作を制御されている。一方、取水口ゲート５４については、ダム水位が取水口ゲート５４の天端を超えてしまうと、取水口ゲート５４による水路水位の調節が不可能となるため、従来、ダム水位が予め定められた取水口ゲート全閉レベルＬ
６
に達すると、取水口ゲート５４を全閉にするとともに沈砂池排砂ゲート５６を全開にして沈砂池５２に流れ込む水を河川５０に放流していた。しかしながら、局地的な集中豪雨などにより大量の土砂が沈砂池５２に流入した場合、上述の方法では取水口ゲート５４に向かう水流が発生しないため、沈砂池５２に流れ込んだ水に含まれる土砂が十分に沈殿しないうちに、導流壁５２ａを越流する水と一緒に導水路５３に流入して、そこに堆積することになる。この土砂を取り除くには、重機などを搬入する必要があることから、多くの時間と費用がかかってしまう。また、土砂の取り除き作業をしている間は発電できないという問題もある。
【０００７】
沈砂池の土砂を排斥する技術に関しては、例えば、特許文献１に「排砂機構」という名称で、河川の水を取り込む取水路の上流側域と下流側域の間に設けられた沈砂池から排砂するための機構に関する発明が開示されている。
特許文献１の図面に記載された符号を用いて説明すると、特許文献１には、取水口の下流に設けられた沈砂池２と、この沈砂池２の主たる水流の方向と交差する方向に沿って、かつ、沈砂池２の外方に向かって延びるとともに、沈砂池２とは開口部１４を介して連通した排砂通路３と、開口部１４を開閉する排砂ゲート１５と、沈砂池２のうち最も下流側の領域にて底部９の一部を上方に隆起させることで形成された段差部１１と、沈砂池２のうち段差部１１よりも上流側に位置するとともに、一方側が開口部１４に連なっており、段差部１１以外の底部と段差部１１の底部９の境界に位置する段差立面１２が主たる水流の流れに対して障壁となり、この段差立面１２に沿って開口部１４に向かって流れる副次的な水流が形成される排砂用窪部１３と、この排砂用窪部１３よりも上流側に配置されて沈砂池２に向かう主たる水流の向きを左右方向に偏流させることができる水流左右方向偏流装置１７を備えた排砂機構が記載されている。
このような構造によれば、沈砂池の水位を段差部の底部が水面に相対的に近接するように調整することにより、段差部の段差立面が沈砂池を流れる主たる水流に対する障壁として機能する。また、この段差立面に沿って開口に向けて流れる副次的な水流を排砂用窪部に形成した場合、水流左右方向偏流装置によって主たる水流の向きの一部を土砂側に偏らせて、沈砂池の上流側の底部上に堆積したままの土砂を副次的な水流の流域まで押し流すようにして副次的な水流に乗せるとともに排砂ゲートを開くことで、開口部から沈砂池外に土砂を隈なく確実に排出することができる。
【０００８】
また、特許文献２には「水力発電所用の揚砂装置」という名称で、混気型ジェットポンプと渦動排砂管とを組み合わせた揚砂装置に関する発明が開示されている。
特許文献２の図面に記載された符号を用いて説明すると、特許文献２には、取水口沈砂池の取水口側に設けられた１次スクリーン１１と、取水口沈砂池の導水口側に設けられた２次スクリーン１２と、取水口沈砂池の底部に設けられた第１乃至第６の渦動排砂管２１～２６と、取水口沈砂池内に設けられた第１及び第２の開閉器３１、３２と、取水口沈砂池内に設けられた第１及び第２のジェットポンプ４１、４２と、取水口沈砂池内に設けられた第１及び第２の圧力水ポンプ５１、５２と、取水口の上部に設けられた砂分離槽６０を備えた水力発電所用の揚砂装置１０が記載されている。
このような構造によれば、取水口と導水口が堆積土砂によって閉塞されるという事態を回避することができる。
【０００９】
さらに、特許文献３には「水力発電用取水沈砂池の沈砂排出装置」という名称で、沈砂池全面の沈砂を機械的に排出する装置に関する発明が開示されている。
特許文献３の図面に記載された符号を用いて説明すると、特許文献３には、上流に取水路２、下流に排砂路７が配設されている沈砂池１において、沈砂池全面に水流に沿い排砂路７の近傍まで延びる仕切壁１４により仕切って形成された複数の水路１５ａ～１５ｅと、各水路１５ａ～１５ｅの下流端にそれぞれ設置された仕切ゲート１９ａ～１９ｅと、水路１５ａ～１５ｅ内に水流方向に走行可能に装架され走行による下端吐出流により沈砂を舞い上がらせる舞砂ゲート１７と、舞砂ゲート１７を各水路１５ａ～１５ｅ上に横移動させる舞砂ゲートトラバーサー１８を備えた沈砂排出装置が記載されている。
このような構造によれば、沈砂池全面の沈砂を機械的に排出できるため、排砂作業の省エネルギ化と省人化が達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０１１－６９９５号公報
特開２００５－１４６６０３号公報
特開平４－３７１６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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