1．水力発電所の配置形態
水力発電所の典型的な配置形態は、主にダム型水力発電所、河床型水力発電所、および分水型水力発電所に分類される。
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・上流の高山峡谷に建設されることが多く、一般的に中落差から高落差の水力発電所である。最も一般的な配置方法は、ダムサイト近くの堰堤下流に水力発電所を建設する方式で、ダム後方に水力発電所を建設する方式である。
河床型水力発電所：発電所、水門、ダムが河床上に一列に配置され、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、一般的に落差が小さく、流量が多い水力発電所である。
分水式水力発電所：分水路を用いて河川の一部区間の落差を集中させ、発電用水頭を形成する水力発電所。流量が少なく、縦断勾配の大きい河川の中流・上流部に建設されることが多い。
2．水力発電ハブ建物の構成
水力発電所ハブプロジェクトの主要建造物には、貯水構造物、放水構造物、取水構造物、分水路および放水路構造物、水位構造物、発電、変電、配電建造物などが含まれます。
1. 貯水構造物：貯水構造物は、ダムやゲートなど、河川を遮断し、雨滴を集め、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、下流での使用のために水を放流したり、貯水池の水位を下げるために水を放流したりするために使用されます。例えば、放水路、放水路トンネル、底放水路などです。
3. 水力発電所の取水構造：水力発電所の取水構造は、分水路に水を導入するために使用され、加圧式の深水取水口や浅水取水口、加圧式でない開放型取水口などがあります。
4. 水力発電所の取水・放水路構造物：水力発電所の取水構造物は、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、発電に使用された水を下流の河川に放流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、圧力パイプラインなどがあり、また、水道橋、暗渠、逆サイフォンなどの横断構造物もあります。
5. 水力発電所の平水構造物：水力発電所の平水構造物は、加圧された分水路のサージチャンバーや非加圧分水路の末端にある圧力貯水槽など、分水路または放水路の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、変圧、配電の建物：水力タービン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）、補助機器補助発電所、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開閉装置を含む。
7. その他の建造物：船、木、魚、砂の遮断、砂の洗浄など。
ダムの一般的な分類
ダムとは、河川を遮断して水をせき止めるダム、および貯水池や河川などの水をせき止めるダムを指します。分類基準によって分類方法は異なります。工学的には主に以下の種類に分類されます。
1. 重力ダム
重力ダムとは、コンクリートや石などの材料で建設されるダムであり、主にダム本体の自重によって安定性を維持する。
重力式ダムの動作原理
重力ダムは、水圧やその他の荷重の作用下で、主にダム自身の重量によって生じる滑り止め力によって安定性要件を満たします。同時に、ダム本体の自重によって生じる圧縮応力は、水圧によって生じる引張応力を相殺するために使用され、強度要件を満たします。重力ダムの基本的な形状は三角形です。平面上では、ダムの軸は通常直線ですが、地形や地質条件に適応するため、またはハブ配置の要件を満たすために、上流に向かってわずかに曲率のある折れ線やアーチ状に配置される場合もあります。
重力式ダムの利点
（１）構造機能が明確で、設計方法がシンプルで、安全かつ信頼性が高い。統計によると、重力式ダムの故障率は各種ダムの中で比較的低い。
（２）地形や地質条件への高い適応性。重力式ダムは、どんな形状の河川谷にも建設できる。
（３）ハブにおける洪水放流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、ダム本体の異なる高さに排水孔を設けたりすることができます。一般的に、別の放水路や排水トンネルを設置する必要はなく、ハブのレイアウトはコンパクトです。
（４）建設時の迂回に便利。建設期間中、ダム本体を迂回に利用でき、一般的に追加の迂回トンネルは不要です。
（５）便利な構造。
重力式ダムの欠点
（１）ダム本体の断面サイズが大きく、使用される材料の量が多い。
（２）ダム本体の応力が低く、材料の強度を十分に活用できない。
（３）ダム本体と基礎との接触面積が大きいため、ダム底部に高い揚圧力が生じ、安定性に悪影響を及ぼす。
（４）ダム本体の体積が大きく、建設期間中のコンクリートの水和熱と硬化収縮により、不利な温度および収縮応力が発生します。したがって、コンクリート打設時には厳格な温度管理措置が必要です。
2. アーチダム
アーチダムは、岩盤に固定された空間的なシェル構造物であり、上流側に向かって平面上に凸状のアーチ形状を形成し、そのアーチ頂部の形状は上流側に向かって垂直または凸状の曲線形状を示す。
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持ち、荷重はアーチの作用によって両岸に向かって部分的に圧縮され、残りの部分は垂直梁の作用によってダム底部の岩盤に伝達される。
アーチダムの特徴
（１）安定性。アーチダムの安定性は、重力ダムのように自重で安定性を維持するのではなく、主に両側の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高い要求があり、基礎処理にも厳しい要求があります。
（２）構造特性。アーチダムは、高い耐荷重能力と高い安全性を備えた、高次の静的不確定構造物です。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すると、ダム本体のアーチと梁の作用が調整され、ダム本体内の応力が再分配されます。アーチダムは、軽量で弾力性のある本体を持つ、全体的な空間構造物です。実務経験から、その耐震性も高いことが示されています。さらに、アーチは主に軸方向圧力を支える推力構造であるため、アーチ内部の曲げモーメントは比較的小さく、応力分布は比較的均一であり、材料の強度を発揮しやすいという利点があります。経済的な観点から見ても、アーチダムは非常に優れたタイプのダムです。
（３）荷重特性。アーチダム本体には恒久的な伸縮継手がなく、温度変化や岩盤の変形がダム本体の応力に大きな影響を与える。設計時には、岩盤の変形を考慮し、温度を主荷重として含める必要がある。
アーチダムは、その薄い断面形状と複雑な幾何学的形状のため、建設品質、ダム材料の強度、および浸透防止に関する要件は、重力式ダムよりも厳しくなります。
3. 土石ダム
土石ダムとは、土や石などの地元の材料で作られたダムのことで、歴史上最も古いタイプのダムです。土石ダムは、世界で最も広く利用され、急速に発展しているダム建設方式です。
土石ダムが広く応用・発展した理由
（１）地元や近隣で材料を調達できるため、セメント、木材、鉄鋼を大幅に節約でき、建設現場での外部輸送量を削減できます。ダム建設には、ほぼあらゆる土石材料を使用できます。
（２）さまざまな地形、地質、気候条件に適応できる。特に厳しい気候、複雑な工学的地質条件、高強度の地震地域では、土石ダムは実際には唯一実現可能なダム形式である。
（３）大容量、多機能、高効率の建設機械の開発により、土石ダムの締固め密度が増加し、土石ダムの断面積が減少し、建設の進捗が加速し、コストが削減され、高土石ダム建設の発展が促進された。
（４）地盤力学理論、実験方法、計算技術の発展により、解析と計算のレベルが向上し、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保証されるようになった。
（５）急勾配、地下構造物、土石ダムの高速水流エネルギー散逸および侵食防止などの土石ダム建設を支援する設計および建設技術の総合的な発展も、土石ダムの建設および普及を加速させる上で重要な促進的役割を果たしている。
4. ロックフィルダム
ロックフィルダムとは、一般的に、石材を投げ込み、充填し、転圧するなどの工法を用いて建設されるダムの一種を指します。ロックフィルは透水性があるため、土、コンクリート、アスファルトコンクリートなどの不透水性材料を使用する必要があります。
ロックフィルダムの特徴
（１）構造的特徴。圧縮岩石充填材の密度が高く、せん断強度が高く、ダムの斜面を比較的急勾配にすることができる。これにより、ダムの充填量を節約できるだけでなく、ダム底部の幅も狭めることができる。それに伴い、送水・放水構造物の長さを短縮でき、ハブの配置がコンパクトになるため、工事量をさらに削減できる。
（２）施工特性。ダム本体の各部の応力状況に応じて、ロックフィル本体を異なるゾーンに分割することができ、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る。ハブ内の排水構造物の建設中に掘削された石材を十分かつ合理的に利用することができ、コストを削減できる。コンクリート面ロックフィルダムの建設は、雨季や厳しい寒さなどの気候条件の影響を受けにくく、比較的バランスのとれた通常の方法で実施できる。
（３）運用および維持管理特性。圧縮岩石充填材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、配管、取水・放水建物、および変電所から構成されます。ポンプ室には、ポンプ、送水装置、動力装置からなるユニット、および補助機器と電気機器が設置されます。主要な取水・放水構造物には、取水・分水設備、取水・放水池（または給水塔）が含まれます。
ポンプ場の配管は、給水管と排水管から構成されています。給水管は水源とポンプの給水口をつなぎ、排水管はポンプの吐出口と排水口をつなぎます。
ポンプ場が稼働を開始すると、取水建屋と取水管を通して水がポンプに流入します。ポンプで加圧された水は、吐出池（または給水塔）や送水管網に送られ、揚水または送水の目的が達成されます。
2．ポンプステーションハブのレイアウト
揚水場のハブ配置設計とは、様々な条件や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、相互関係を適切に処理することです。ハブ配置は主に揚水場が担う業務に基づいて検討されます。揚水場ごとに、ポンプ室、取水管路、取水棟、排水棟などの主要設備の配置は異なっている必要があります。
暗渠や水門などの付属施設は、主要プロジェクトと整合性が取れている必要がある。また、総合的な利用要件を考慮し、駅構内に道路、船舶航行、魚道などの要件がある場合は、道路橋、閘門、魚道などの配置と主要プロジェクトとの関係性を考慮する必要がある。
ポンプ場が担う様々な役割に応じて、ポンプ場の配置は一般的に、灌漑ポンプ場、排水ポンプ場、排水灌漑複合ポンプ場など、いくつかの典型的な形態に分類される。
水門とは、水門を用いて水をせき止め、放水量を制御する低落差の水理構造物である。河川、運河、貯水池、湖などの岸辺に建設されることが多い。
1．一般的に使用される水門の分類
水門が担う役割による分類
1. 制御ゲート：洪水防止、水位調整、放流量制御のために河川や水路に建設される。河川に設置された制御ゲートは、河川遮断ゲートとも呼ばれる。
2. 取水ゲート：河川、貯水池、湖の岸辺に建設され、水の流れを制御するためのものです。取水ゲートは、取水ゲートまたは水路ヘッドゲートとも呼ばれます。
3. 洪水調節ゲート：多くの場合、河川の片側に建設され、下流の河川の安全放流量を超える洪水を、洪水調節区域（洪水貯留区域または放水路）または余水吐に放流するために使用されます。洪水調節ゲートは両方向に水が通過し、洪水後には水が貯留され、ここから河川水路に放流されます。
4. 排水ゲート：内陸部や低地の農作物に有害な湛水を除去するために、河岸に沿って建設されることが多い。排水ゲートは双方向性である。河川の水位が内湖や窪地の水位よりも高い場合、排水ゲートは主に水を遮断して農地や住宅への浸水を防ぐ。河川の水位が内湖や窪地の水位よりも低い場合、排水ゲートは主に湛水と排水のために使用される。
5. 潮汐ゲート：海の河口付近に建設され、満潮時には閉じて海水が逆流するのを防ぎます。干潮時にはゲートを開けて水を放出します。双方向の水遮断という特徴があります。潮汐ゲートは排水ゲートに似ていますが、より頻繁に操作されます。外洋の潮位が内河川の潮位よりも高い場合は、ゲートを閉じて海水が内河川に逆流するのを防ぎます。外洋の潮位が内海の河川水位よりも低い場合は、ゲートを開けて水を放出します。
6. 砂排出ゲート（砂排出ゲート）：泥の多い河川の流れの上に建設され、取水ゲート、制御ゲート、または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. さらに、氷塊や浮遊物などを除去するために、氷排出ゲートや下水ゲートが設置されています。
門室の構造形式によって、開放型、胸壁型、暗渠型などに分類できる。
1. 開放型：ゲートを通過する水流の表面が遮られず、放水能力が大きい。
2. 胸壁タイプ：ゲートの上に胸壁があり、水遮断時のゲートにかかる力を軽減し、水遮断の振幅を大きくすることができます。
3. 暗渠型：ゲートの前面に加圧式または非加圧式のトンネル本体があり、トンネル上部は埋め戻し土で覆われています。主に小規模な水門に使用されます。
ゲート流量の大きさに応じて、大、中、小の3種類に分類できます。
流量が1000立方メートル/秒を超える大型水門。
容量100～1000m³/sの中型水門。
処理能力が100m³/秒未満の小型水門。
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ます。
上流接続部：上流接続部は、水流をゲート室へスムーズに導き、両岸と河床の浸食を防ぎ、ゲート室と一体となって浸透防止のための地下構造を形成し、浸透時における両岸とゲート基礎の浸透防止安定性を確保する役割を果たします。一般的に、上流側の翼壁、基礎、上流側の浸食防止溝、および両側の斜面保護が含まれます。
ゲート室：水門の主要部分であり、水位と流量を制御するとともに、浸透や浸食を防ぐ機能を持つ。
ゲート室部の構造は、ゲート、ゲート柱、側柱（岸壁）、底板、胸壁、作業橋、交通橋、ホイストなどから構成されます。
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。ゲートはゲートの底板上に設置され、開口部を跨ぐように配置され、ゲートピラーによって支えられています。ゲートはメンテナンスゲートとサービスゲートに分かれています。
作動ゲートは、通常運転時に水を遮断し、排水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、メンテナンス中の一時的な貯水に使用されます。
門柱は、湾の開口部を区切り、門、胸壁、作業橋、および交通橋を支えるために使用されます。
門柱は、門、胸壁、および門柱自体の保水能力によって生じる水圧を底板に伝達する。
胸壁は、水を保持し、ゲートのサイズを大幅に縮小するために、作業用ゲートの上部に設置されます。
胸壁は可動式にすることも可能で、壊滅的な洪水に遭遇した際には、胸壁を開放して放水量を増やすことができる。
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役割を果たします。軟弱地盤上に構築されたチャンバーは、主に底板と基礎との摩擦によって安定化され、底板は浸透防止および浸食防止の機能も有しています。
作業橋や交通橋は、昇降装置の設置、ゲートの操作、海峡横断交通の接続などに使用されます。
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、ゲートから出る水流の均一な拡散を誘導し、流速分布を調整して流速を減速させ、ゲートから水が流れ出た後、下流の浸食を防ぐために使用されます。
一般的に、これには整流池、エプロン、下流側洗掘防止水路、下流側翼壁、および両側の斜面保護が含まれます。
投稿日時：2023年11月21日
