工1

2 。2  選択 取水設 備の水密 機構

目   ぺ

2 。2.    1  研究テーマの位置イ寸けと成果

2

2

2

2 。2  選択取水設備の形式 け ）選択取水の必要性と可能性

（2 ）取水設備の漏水許容量

（3 ）漏水防止に適した形式

2.    3  シリン ダゲート の水密 機構

（1 ） 中間止 水機構の歴史

（2 ）漏水 の無い中間水密機構

2 ,    41

）

（7 ）現地取付の作業 性 検証

2.    2.   5  ま と め

添付資料2.2 −1 添付資料2.2 −2

取水設備からの漏水が放流水の濁度に与える影響 参考文献

2.2‑ 3

頁 35

36

37 40

2 。2  選 択 取 水 設 備 の 水 密 機 構

2 。2.    1  研究テ ーマの位置付けと成果

大型選択取水設備の水密機構からの漏水は一定 量が許容さ れるのが一般的 であ る。構造 的 な理由から完全な水密か困難であるし、ある 程度迄の漏水 は目標機能を損な うこ ともな く、 又、漏水は水中で発生するので美観上の苦情 が起るこ とも ないし、 結氷し て安 全を脅 かすこともないからである。温水取水の目標機能は 取水効率で表さ れるのが一般的 である、

取水効率は ダムの表面水温に対する取水温の ％比率'1 であ り、水温の 基準点 は冷水 層水温 にとる。呑 み口の取水効率 が90% を下 ることも珍しくない ので、目標 機能は更 に低い点に 設定される。 従っ て、 水密機構からの漏水による水 温の 低下率が目標機 能を 損なう オーダ になることはない。

しかし、濁水対策の為の選択 取水は 事情が異なる。目標 機能は ダムが無い状 態で の河川 濁度であ る。 ダムの影響を受け ない河川 水の濁度は通常は低 レベル であ るが、 洪水時に急 増し 、洪水が終わっ て河川流量 が通常 に戻ると通常レベル に戻る。密度成層状 態にあるダ ム では通常時の濁度分布は上層部 に於い て低く下層で高い、 表面 取水を続け てい ると、下 層 の水は静止状態が続くの で、懸 濁成分 が徐々に沈降し、濁度 レベルの低い 清水層が厚く なる。洪水時には上流河川 から濁度の 高い水が ダムに流れ込 み、 自分の重さと 釣り合った 密 度位置に滞留する。取水し た水の濁度 が云々さ れるのは洪水終了 直後 であ る。こ の時期 に は放流水の濁度は通常時 の河川 水以下 であ る必要があ る。 ダム表面 の清水はこ の基準を 満だしている筈であ るが数メート ル下の層 には 濃厚な濁水が滞留し ている可能性 がある。

問題 となるのは常時に透明 度の高い河川 である。こ の様な場合には下層 濁度が上層 濁度の 数 十〜百倍前後に達する可 能性がある ので、上層 から清水を取 水し ても、水密機 構からの 漏 水で、放流水の濁度は取水濁度の何 倍にも なる可能性がある から であ る。 し たがって、

こ の様な河川で使用する選択取水設備の 水密機構は漏水があっ てはな らない 。

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4

この場合の 漏水 があっ てはならない は単に設計上 漏水がO であ るだけ でなく、高い 信頼性に裏付けられていなければならない。即ち、2.1.2 の（3 ） で述べ た理 想の止 水方式であ る必要 があ る。大型選択取水設備の形式 は幾 つかあ るが、技術的に みて、 シリ ンダーゲート を除い てこ れが達成できる可能性はない。

筆者等は数 十年にわ たり シリンダゲート の製作 を手掛け て来 たが、こ の経験をベースに 漏水の無い止水方法を探求し てメンブレン方式に到達し た。 材質、 機能、耐久性などにつ いての検証を経て、実 機に適用し たが、その信頼性は既に長い 稼働実績 で裏付け らている 。 本項ではこ の止水方式の技術的側面について以下の項目に従っ て論じる。

（1 ）選択取水設備の形式

（2 ）シリン ダゲート の水密機構

（3 ）メ ンブ レン式 中間水密機構

2.2‑ 5

2 。2.    2  選択取 水設 備の形式

本項では選択取水の必要性と可 能性 を明確にし 、次に 、中間止水機 構の漏水を 〇とする ニ ー ズが何 であるかを 具体的に詰め．最 後に、こ れを実現す るのに適し た設備形式につき

検討を加 える 、

け ）選択取水の必要性と可 能性

貯水池の特定の層から選択的 に取水 する選択取水 は。 稲の収 穫の増 大を目的とし て、北 海道、東北地方の寒冷地を中心 に行わ れていた温水取水を その始まりと 考えること ができ る。昭和30 年前後には大型取水 設備 による温水取水が実 用時期に入っ ていた。新 設の大 型 貯水池が次々に稼働期に入っ てその数 が増すに従い、河川 水の貯留 に起因する下流河川 の水質変化が社会問題化して来 た。水の 貯留が下 流河川 の水質 に影響を 与える原 因として は 次のよ うな例があげ られるい 。

（1 ）貯水池の富栄養化

河川上 流域の生活環境等に起因する貯 水池の富 栄養化に 伴い、各種プ ラン クト ン、藻 類 の繁茂及び死滅が行われ、それによる水の腐敗 は水 に異質 の味 及び臭気を 付け ること に なり、こ れら水質の悪化 は、 浄水処理費の高騰 につ ながる 大き な問題とな る。

（2 ） 濁水 の滞留

洪水時に上流から供給さ れる懸濁微細粒子が洪 水終 了後 も貯水池 内に滞留し て、濁水 の放流が洪水終了後も長 く続く濁水長 期化現象は、下流 域の景観等 の環境問題の みなら ず、粒子による土壌の目詰まりによ り稲の生育阻害とい う問題も引き 起こ す。叉、河川 の動植物の生態に影響を与 える可能性 も懸念さ れている。

（o ）鋼毒の蓄積

河川水に含まれる重い金属イオン が貯水池 底部に沈澱し て濃度が上 がり 、これが流出 し て下流河川の鋼毒濃度を一次的に引き上げ る可 能性があ る。 し かし、選 択取水設備を 適切に操作すれば、下流河川の鋼毒濃度を本来 の値よ りも下げ るこ とが可能 であ ると考 えられている。

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 .   2i5 の 参 考 又 玖 ぐ：2 2  3)   、''2 J 。2.2‑ 6

（4）冷水の貯留

貯水池 に蓄えられ た深層冷水 の放流による冷 水問題 は、 稲の収 穫に影響 を及ぼ すもの であり特に北海道や東北地方 では重要な問題と なる。

以上の様な水質変 化に対処すべく、状況に応じて 貯水池か らの取水位 置を変えるい わゆる 選択取水が必要と なる。

選択取水 は貯水池 の密度成 層を利用し た取水の方法であ る。貯水池 は水温分布の特性か ら成層形と混 合形に大 別さ れる。 成層形 の貯水池は、底層 の水温が年 間を通じ て殆ど変 化 せず、夏期に は安定し た密度成層 が形成され、貯留 水の上下 の混合が 行われにくい のに対 し。混合形の貯水池は、底層水 温の変化が大き く、、水中 での熱伝達 が対流によっ て行 わ れ、貯留水の上下の混合が強く 行われている。貯留 による水質変化は、池水が長期滞留す る成層形 の貯水池で生じ易く。叉、成層形の貯水池にお いて、密度成層が形 成さ れ て選択 取水が可 能となる。即ち選択取水を必要とするのも可能であ るのも 成層形貯水池 である。

貯水池のタイプ を判断する目安として、 例えば二つの因子が想定さ れる回。

a   ￣

β ＝

貯 水 池 年 間 総 流 入 量 貯 水 池 総 容 量

1 洪 水 総 流 量 貯 水 池 総 容 量

tt＜10程度な ら安定し た成層形、a ＞20 程度なら混 合形と考 えられ、叉、成層形 貯水池に 於ける 工回の 洪水規模に関し ては、 βが1 より 十分小さい場合は密度分布に影響が無く、0.5

＜ β＜l な ら多 少影響があ るが成層形は保たれ、 β＞1 な ら混合形になると考 えられて いる．成層形 貯水池の水温分布の年間を通じた変化については1 ．.   2 .   2 小節で詳細に述 べたが、大まかには夏期を中心とする受 熱期と冬季を中心とする放熱期を繰り返しながら 次のサイクル で変化すると考 えることができる．選択取水は受熱期のみに可能であ る．

山 放熱 期（ 秋〜冬）

こ ．1 茫う 考 二 球'.丿 Ξ ）

2.2‑ 7

池水 は表面から冷却さ れ、 対流によっ て上下 混合し な がら降温し、 いわ ゆる大循環と 言う現 象を起こ し て水温分 布はほぼ一 様となる。このとき 貯水池 取水 口か らの取水によ る流れは貯水池全層に及 ぶも のとなる。 図2.2 −1 は放熱 期末期における 密度分布を 示 す。

放熱期末期 図2.2 −1

（2 ）受熱 期初期（ 春〜夏）

貯水池 は表層か ら昇温し、 表層に密度成 層 が形成さ れる。このとき 表層の軽い水は 沈 降しに くくなり。貯水池の底部取水口か らの取水 による流れは水温分布の一様な下 層に限ら れる。図2.2 −2 は受熱 期初期 における密 度分布を示す。

（3 ）受熱期末 期（ 夏〜秋）

・ 熱 剛 初 編i

図2.2 −2

父 黙 川 木抑1 図2.2‑3

底層冷水 の流出が進み、温水の流入が取水口付近ま で達 すると、 今度は逆に、底部の 重い水は取 水口に浮上し にくくなり、 軽い上 層の 温水が 取水される。こ の結果取水口付 近 に密度 躍層が形成されるが、この躍層を、表層付近の一 次躍層に対し て、二 次躍層と 呼 ぶ丿 。図2.2 −3 は受熱期末期にお ける密度分布を示 す。

以 上 の 様 に 、 選 択 取 水 が 必

で あ る 。‑

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3  1.   2  −こ 参 印

2.2‑ 8