1、水力発電所の配置形態
水力発電所の代表的な配置形態としては、主にダム式水力発電所、河床式水力発電所、分水式水力発電所などがあります。
ダム式水力発電所：堰堤を利用して河川の水位を上げ、水頭を集中させる方式。河川の中流域および上流域の高山峡谷に建設されることが多く、一般的に中高落差の水力発電所です。最も一般的な配置方法は、ダムサイト近くの貯留ダム下流に水力発電所を設置するもので、貯留ダムの背後に水力発電所が設けられています。
河床式水力発電所：河床に発電所、水門、ダムを一列に並べ、共同で水を貯留する水力発電所。河川の中下流域に建設されることが多く、一般的に低落差・高流量の水力発電所となる。
分水式水力発電所：分水路を用いて河川区間の落差を集中させ、発電用の落差を形成する水力発電所。流量が少なく河川の縦断勾配が大きい河川の中上流域に建設されることが多い。
2、水力発電ハブビルの構成
水力発電所ハブプロジェクトの主な建物には、保水構造物、放水構造物、取水構造物、転流・放水路構造物、水位構造物、発電・変電・配電建物などが含まれます。
1. 保水構造物：保水構造物は、ダムや水門など、河川をせき止めて水滴を集中させ、貯水池を形成するために使用されます。
2. 放水構造物：放水構造物は、洪水を放流したり、下流で使用するために水を放出したり、洪水吐、放水トンネル、底部排水口などの貯水池の水位を下げるために水を放出したりするために使用されます。
3. 水力発電所の取水構造：水力発電所の取水構造は、圧力をかけた深浅の取水口や圧力をかけない開放型の取水口など、分水路に水を導入するために使用されます。
4. 水力発電所の分水路・放水路構造物：水力発電所の分水路構造物は、発電用水を貯水池からタービン発電機ユニットへ送水するために使用されます。放水路構造物は、発電に使用した水を下流の河川へ排出するために使用されます。一般的な構造物には、水路、トンネル、圧力管路などのほか、導水橋、暗渠、逆サイフォンなどの横断構造物が含まれます。
5. 水力発電用平水構造物：水力発電用平水構造物は、加圧転水路のサージチャンバーや非加圧転水路の端にある圧力貯水槽など、転水または放水構造物における水力発電所の負荷の変化によって引き起こされる流量と圧力（水深）の変化を安定させるために使用されます。
6. 発電、変電、配電建物：水車発電機ユニットとその制御装置を設置する主発電所（設置場所を含む）、補助設備補助発電所、変圧器を設置する変圧器ヤード、高圧配電装置を設置する高圧配電設備を含む。
7.その他の建物：船、木、魚、砂止め、砂洗いなど。
ダムの一般的な分類
ダムとは、河川をせき止めて水を堰き止めるダム、あるいは貯水池や河川などの水を堰き止めるダムを指します。分類基準の違いにより、分類方法も異なります。工学は主に以下の種類に分けられます。
1. 重力ダム
重力式ダムは、コンクリートや石などの材料で建設され、主にダム本体の自重によって安定性を維持するダムです。
重力ダムの動作原理
重力式ダムは、水圧などの荷重作用下において、主にダム本体の自重によって発生する滑り止め力によって安定性を確保します。同時に、ダム本体の自重によって発生する圧縮応力を利用して、水圧による引張応力を相殺し、強度要件を満たします。重力式ダムの基本的な形状は三角形です。平面上では、ダム軸は通常直線ですが、地形や地質条件、あるいはダムの配置要件などに応じて、上流に向かって小さな曲率を持つ破線状やアーチ状に配置されることもあります。
重力ダムの利点
（1）構造機能が明確で、設計方法が簡単で、安全性と信頼性に優れています。統計によると、重力式ダムの破損率は、各種ダムの中で比較的低いことが分かっています。
（2）地形・地質条件への適応性に優れ、重力式ダムはあらゆる形状の河川渓谷に建設可能です。
（3）ハブにおける洪水排水の問題は容易に解決できます。重力式ダムは越流構造にしたり、堤体の異なる高さに排水孔を設けたりすることで対応できます。通常、新たな余水路や排水トンネルを設置する必要がなく、ハブのレイアウトもコンパクトになります。
（4）工事転用に便利。工事期間中はダム本体を転水路として利用することができ、通常は追加の転水トンネルを必要としません。
（５）便利な施工。
重力ダムの欠点
（１）ダム本体の断面サイズが大きく、使用する材料の量が多い。
（２）ダム本体の応力度が低く、材料強度を十分に発揮できない。
（３）ダム本体と基礎との接触面積が大きいため、ダム底部に高い浮上圧力が生じ、安定性に不利となる。
（4）ダム堤体の容積が大きく、施工期間中のコンクリートの水和発熱と硬化収縮により、温度・収縮応力が大きくなるため、コンクリート打設時には厳格な温度管理が必要となる。
2. アーチダム
アーチダムは、岩盤に固定され、上流に向かって平面に凸のアーチ形状を形成する空間シェル構造であり、そのアーチの天端プロファイルは、上流に向かって垂直または凸の曲線形状を呈しています。
アーチダムの動作原理
アーチダムの構造は、アーチ効果と梁効果の両方を備えており、ダムにかかる荷重は、アーチの作用により両岸に向けて部分的に圧縮され、他の部分は垂直梁の作用によりダム底部の岩盤に伝達されます。
アーチダムの特徴
（1）安定性。アーチダムの安定性は、重力式ダムが自重で安定性を維持するのとは異なり、主に両側アーチ端部の反力に依存します。そのため、アーチダムはダムサイトの地形や地質条件に対する要求が高く、基礎処理にも厳しい要件が求められます。
（2）構造特性。アーチダムは高次不静定構造に属し、過負荷耐性が強く、安全性が高い。外部荷重が増加したり、ダムの一部に局所的な亀裂が生じたりした場合、ダム本体のアーチと梁の作用が自己調整し、ダム本体の応力が再分配される。アーチダムは全体として空間構造であり、本体は軽量で弾力性に富んでいる。工学的実践により、その耐震性も強力であることが実証されている。また、アーチは主に軸圧を受けるスラスト構造であるため、アーチ内部の曲げモーメントが比較的小さく、応力分布が比較的均一で、材料の強度を発揮するのに有利である。経済的な観点から見ると、アーチダムは非常に優れたダムの一種である。
（3）荷重特性。アーチダム堤体には恒久伸縮継手がないため、温度変化や岩盤の変形が堤体の応力に大きな影響を与えます。設計においては、岩盤の変形を考慮し、温度を主要荷重として考慮する必要があります。
アーチダムは、その薄いプロファイルと複雑な幾何学的形状のため、施工品質、ダム材料の強度、浸透防止の要件が重力ダムよりも厳しくなります。
3. アースロックダム
アースロックダムは、土や石などの現地の材料で造られたダムを指し、歴史上最も古いタイプのダムです。アースロックダムは、世界で最も広く使用され、急速に発展しているダム建設の方式です。
アースロックダムの広範な応用と開発の理由
（1）資材を地元や近隣で調達できるため、セメント、木材、鋼材の使用量を大幅に削減でき、建設現場における外部輸送量も削減できます。ダム建設には、ほぼあらゆる土石材を使用できます。
（2）様々な地形、地質、気候条件に適応可能。特に過酷な気候、複雑な地質条件、そして高震度地震地域においては、岩盤ダムは事実上唯一実現可能なダム形式と言える。
（3）大容量、多機能、高効率の建設機械の開発により、アースロックダムの締固め密度が向上し、アースロックダムの断面積が縮小され、工事の進捗が加速され、コストが削減され、高アースロックダム建設の発展が促進されました。
（4）土質工学力学理論、実験方法、計算技術の発展により、解析・計算レベルが向上し、設計の進捗が加速され、ダム設計の安全性と信頼性がさらに確保されました。
（５）高法面、地下工学構造物、土石ダムの高速流エネルギー消散と侵食防止などの工学プロジェクトを支援する設計と施工技術の総合的な開発も、土石ダムの建設と推進を加速する上で重要な促進役割を果たしてきた。
4. ロックフィルダム
ロックフィルダムとは、一般的に石材を投入、充填、転圧などの工法で建設されるダムを指します。ロックフィルは透水性であるため、不透水性材料として土、コンクリート、アスファルトコンクリートなどを使用する必要があります。
ロックフィルダムの特徴
（1）構造特性。締固めロックフィルは密度が高く、せん断強度が高く、ダム勾配を比較的急勾配にすることができるため、ダムの充填量を節約できるだけでなく、ダム底幅も縮小できます。導水・放水構造物の長さも短縮でき、ハブの配置もコンパクトになり、工事量をさらに削減できます。
（2）施工特性。ダム体各部の応力状況に応じて、ロックフィルダムを複数のゾーンに分割し、各ゾーンの石材や締固め度に対する異なる要求を満たすことができます。ハブ内の排水構造物の建設時に掘削された石材を十分にかつ合理的に活用できるため、コストを削減できます。コンクリートフェースロックフィルダムの建設は、雨季や厳寒などの気象条件の影響を受けにくく、比較的バランスの取れた正常な施工が可能です。
（３）運用・維持管理特性 締固められたロックフィルの沈下変形は非常に小さい。
ポンプ場
1、ポンプ場工学の基本構成要素
ポンプ場プロジェクトは、図に示すように、主にポンプ室、パイプライン、入水・放水棟、変電所などから構成されます。ポンプ室には、送水ポンプ、伝送装置、動力装置からなるユニットが設置され、さらに補助設備や電気設備も設置されます。主な入水・放水構造物には、取水・分水設備、入水・放水プール（または給水塔）が含まれます。
ポンプ場の配管には、入口管と出口管があります。入口管は水源とポンプの入口を接続し、出口管はポンプの出口と出口端を接続する配管です。
ポンプ場が稼働すると、水流は取水棟と取水管を通って送水ポンプに入り、送水ポンプで加圧された後、放水プール（または給水塔）またはパイプライン網に送られ、揚水または輸送の目的を達成します。
2、ポンプステーションハブのレイアウト
ポンプ場エンジニアリングにおけるハブ配置とは、様々な条件と要件を総合的に考慮し、建物の種類を決定し、それらの相対的な位置関係を合理的に配置し、それらの相互関係を処理することです。ハブ配置は、主にポンプ場が担う業務に基づいて検討されます。ポンプ場ごとに、ポンプ室、入口・出口配管、入口・出口建屋などの主要な設備の配置が異なります。
暗渠や制御水門などの付属施設は、本体工事との整合性を図る必要があります。また、総合利用の要件を考慮し、駅構内において道路、船舶、魚道等の利用に関する要件がある場合は、道路橋、船舶閘門、魚道等の配置と本体工事との関係を考慮する必要があります。
ポンプ場が担うさまざまなタスクに応じて、ポンプ場ハブのレイアウトには通常、灌漑ポンプ場、排水ポンプ場、排水灌漑複合場など、いくつかの典型的な形式が含まれます。
水門は、水門を用いて水を貯留し、流量を制御する低落差の水力構造物です。河川、運河、貯水池、湖の岸に設置されることが多いです。
1、一般的に使用される水門の分類
水門の役割による分類
1. 調節水門：洪水を遮断し、水位を調整し、または放流量を制御するために河川または水路に設置される水門。河川水路に設置される調節水門は、河川閉塞水門とも呼ばれます。
2. 取水ゲート：河川、貯水池、または湖の岸に設置され、水の流れを制御する。取水ゲートは、取水ゲートまたは運河頭門とも呼ばれる。
3. 洪水分水門：河川の片側に設置されることが多く、下流河川の安全放流能力を超える洪水を洪水分水区域（遊水地または洪水調節区域）または洪水吐へ排出するために使用されます。洪水分水門は双方向に水路を貫通し、洪水後に貯留された水をここから河道へ排出します。
4. 排水門：河川沿いに設置されることが多く、内陸部や低地の農作物に悪影響を及ぼす水浸しを解消します。排水門は双方向性も備えています。河川の水位が内湖や窪地の水位より高い場合、排水門は主に水をせき止め、農地や住宅への浸水を防ぎます。一方、河川の水位が内湖や窪地の水位より低い場合、排水門は主に水浸しと排水に使用されます。
5. 潮汐門：海の河口付近に設置され、満潮時には閉鎖され、海水の逆流を防ぎます。干潮時には門を開けて放水することで、双方向の遮水効果が得られます。潮汐門は排水門に似ていますが、操作頻度はより高くなります。外海の潮位が内河川の潮位よりも高い場合は門を閉じ、海水が内河川に逆流するのを防ぎます。外海の潮位が内河川の水位よりも低い場合は門を開けて放水します。
6. 排砂ゲート（排砂ゲート）：泥流上に設置され、取水ゲート、制御ゲート、水路システムの前に堆積した土砂を排出するために使用されます。
7. また、氷塊や浮遊物などを除去するために、排氷ゲートや汚水ゲートが設置されています。
門室の構造形式により、開放型、胸壁型、暗渠型などに分けられる。
1. 開放型：ゲートを通過する水面が遮られることがなく、排水能力が大きい。
2. 胸壁タイプ：ゲートの上部に胸壁があり、止水時にゲートにかかる力を軽減し、止水振幅を大きくすることができます。
3. 暗渠型：水門前面に加圧式または非加圧式のトンネル体を設け、トンネル上部を盛土で覆う構造。主に小型水門に用いられる。
ゲートフローの大きさに応じて、大、中、小の3つの形式に分けられます。
流量が1000m3/sを超える大型水門。
容量100～1000m3/sの中型水門。
容量が100m3/s未満の小型水門。
2、水門の構成
水門は主に上流接続部、ゲート室、下流接続部の3つの部分から構成されています。
上流接続部：上流接続部は、水の流れをスムーズにゲート室に導き、両岸と河床の浸食を防ぐとともに、室と一体となって防浸透地下コンターを形成し、浸水下における両岸とゲート基礎の防浸透安定性を確保します。一般的に、上流袖壁、敷石、上流防侵食溝、両側法面保護などが含まれます。
ゲート室：水門の主要部分であり、水位と流量を制御し、浸透と浸食を防ぐ機能です。
門室部の構造は、門扉、門柱、側柱（護岸壁）、底板、胸壁、作業橋、交通橋、ホイスト等から構成されます。
ゲートはゲートを通過する流量を制御するために使用されます。ゲートはゲート底板上に設置され、オリフィスを跨ぎ、ゲート柱によって支持されます。ゲートは保守ゲートとサービスゲートに分けられます。
作業ゲートは、通常運転時に水を遮断し、排出流量を制御するために使用されます。
メンテナンスゲートはメンテナンス時に一時的に水を貯留するために使用されます。
ゲート橋脚は、ベイホールを分離し、ゲート、胸壁、作業橋、交通橋を支えるために使用されます。
ゲート橋脚は、ゲート、胸壁、ゲート橋脚自体の保水能力によって支えられた水圧を底板に伝達します。
胸壁は作業ゲートの上に設置され、水を保持し、ゲートのサイズを大幅に縮小するのに役立ちます。
胸壁を可動式にすることもでき、壊滅的な洪水に遭遇した際には胸壁を開放して排水流量を増やすことも可能です。
底板はチャンバーの基礎であり、チャンバー上部構造の重量と荷重を基礎に伝達するために使用されます。軟弱な基礎上に建設されたチャンバーは、主に底板と基礎間の摩擦によって安定化され、さらに底板は浸水防止や洗掘防止の機能も備えています。
作業橋と交通橋は、揚重設備の設置、ゲートの操作、海峡両岸の交通の接続に使用されます。
下流接続部：ゲートを通過する水流の残留エネルギーを除去し、ゲートからの水流の均一な拡散を導き、流速分布を調整して流速を遅くし、ゲートからの水流後の下流の浸食を防止するために使用されます。
一般的には、静水池、エプロン、エプロン、下流洗掘防止溝、下流袖壁、両側法面保護などが含まれます。
投稿日時: 2023年11月21日
