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地下ダムについて

地下ダムについて調べてみました。

地下ダは、透水性の地層から不透水性の地層に向けて連続的な地中壁(止水壁)を造成することによりできるダムです。
地中壁という工法は、福島原発での、汚染水を海に流す前に遮断する工事で有名になりましたが、地表面から不透水層に向けてグラウト注入(セメントミルクや合成樹脂)を、数m間隔で連続的に施工し、方形、馬蹄形の形に囲い込む工事のことです。
このことにより、囲まれた透水性の地層の地下水が逃げ場を失い、地下水位が上昇することでダムの機能を有します。
地下水の方向による地下ダムの種類としては、
①堰上げ地下ダム・・・・地下水の流れを遮水する地中ダムです。
②塩水阻止型地下ダム・・・・過剰な地下水のくみ上げに伴い海岸部からの塩水くさびが進入してくることを防ぐ地下ダムです。
機能的にはこの2種類とも重複している要素もあるので、海岸付近では厳格な区分はしづらいようです。
このように、地下ダムは地下水を溜めるために造られますが、塩水の侵入を防ぐためにも造られます。
地下水ダムが作られる場所は水源の水が少ない島とか、砂漠などです。
北東部アフリカ、ブラジルの乾燥地帯、アメリカ合衆国南西部、メキシコ、インド、ドイツ、イタリア、フランスなどで造られていますが、日本にもあります。
構造よる地下ダムの種類としては、
①サブサーフェイスダム(sub-surface dam) ・・・・帯水層に水不浸透層(煉瓦や石、コンクリート、鋼鉄 PVCなどがある)を地下直下に設置し、構築します。
一旦ダムを設置すると水が貯まり井戸でくみ上げる事が可能となります。
②サンドストレージダム(sand-storage dam)・・・・水位を上げるダムで、砂漠の川やオアシスなどの水の流れに対して貯水を目的として構築します。
ダム本体の強度が十分強固でないと決壊の可能性があるため、十分強固な構造が必要となります。
貯水によって溜まった砂が蒸発を妨げるのが重要な点で、溜まった水は、ダム本体やパイプにより井戸を通して地上に出されます。

地下ダムの特徴としては、
①土地の水没がなく、地表部は今までどおり使えます。
②決壊災害がなく、ダムが壊れて家屋が流出することもありません。
③地下水の流動が比較的遅いために長期間安定取水が可能となります。
④地下水のため年中水温が安定しています。
地下ダムの立地条件としては、
①必要な地下水を貯留することのできる空隙を持ち、かつ貯留した地下水を効率よく摂取するだけの透水性を持った地層(貯留層)が存在すること。
②その地層の下位及び周囲に、地下水を逃がさない、水を通しにくい地層(不透水性基盤)が存在すること。
③貯水量に見合う地下水の補給(涵養)があること。(ただし、涵養量が少ない場合は、人工的に補うことができます)
このような条件が必要になります。
日本で建設されたのでは宮古島の地下ダムが有名です。
美しい自然に囲まれる宮古島ですが、干ばつ・台風等の天災が常に生活と同居し、それらから生活をいかに守るかという戦いの歴史がありました。
昭和46年には、180日間で降雨量162mmという大干ばつに見舞われ、宮古島の農業は壊滅的な打撃を受けました。
その被害は、平均反収約7トンのサトウキビが1.25トンにまで激減するなど、悲惨なものでした。
宮古島はサンゴ礁が隆起して出来た非常に透水性の高い琉球石灰岩からなり、降水は直ちに土壌面から浸透して地下水となり、海へ流れ出ていました。
それを地下で堰き止めて利用できるようにしました。
昭和62年に国営灌漑事業が着工となり、事業は、地下ダムにより約2,400万トンの水源を確保し、8,400ヘクタールに畑地灌漑を行うという大規模なものです。
川のない宮古島に、世界に先駆けてこれほど大規模な地下ダムが完成したということは、常識では考えられない奇跡的な出来事と捉えていました。
また、干ばつに苦しめられない「水利用農業の展開」が可能になるということは、農業の歴史から見ると「宮古の農業改革」といえるほどの大偉業だったそうです。



地下ダムが立地しやすい地域の具体例








愛媛県松山市も、雨が非常に少ないところです。
地下ダムについても検討していた頃はあったそうです。
松山市は扇状地ではありますが、いざ施工するとなるといろいろな弊害もあるそうです。
宮古島みたいにはいかないですね。

内子町五十崎のヒョウタン池の中の人工の家

愛媛県内子町五十崎にヒョウタン池があります。

JR五十崎駅近くの国道56号を南に曲がり、高速道路下のカルバートトンネルを過ぎてまっすぐ3分ほど走ると左側にヒョウタン池があります。
この池の下流には水田がたくさんあるので、この池は灌漑用の農業ため池だと推察できます。
ここに、何故か人が暮していたと思われる人工の島?人工の家?がありました。

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岸からは近いのですが、今では船がないと渡れません。
基礎杭はコンクリートパイルを6本施工し、その上に5角形の屋根を葺いています。
しっかりした造りですが、今はぼろぼろになっています。
手前には、昔は橋が架かっていたと思われるような残骸ものこっています。

02-.jpg
窓ガラスがあったと思われますが、今はありません。
家の中はハンガーとか傘が見えます。
手前には、H型鋼が2本あるので、ここを支えに橋が架かっていたと思われます。
コンクリートパイルだけはまだまだしっかりしています。

湖の種類について

日本にはたくさんの湖がありますが、湖ができる原因はいろいろです。

(1)火山に関係のある湖
①カルデラ湖
カルデラに水がたまったもので、日本にはたくさんあります。
北海道では、洞爺湖・支笏湖・司寒湖・屈斜路湖・摩周湖があります。
東北地方では、十和田湖・田沢湖・渚苗代湖があり、他には鹿兄島県の池田湖などが代表的なものです。
形は、丸みを帯びていて、たいてい深く水もすんでいます。
②火口湖・火口原湖
火山の噴火口や火口原に水がたまったものです。
火口湖には、蔵王山のお釜(宮城県)や白根山の湯釜(群馬県)、霧島火山帯にある大浪池(鹿児島)などがあり、ほとんど丸い形をしています。
火口原湖は、二重式火山や三重式火山の外輪山と中央火口丘のあいだの火口原に水が溜まったものです。
箱根山の芦ノ湖はその代表的なものです。
③マール
マールは、溶岩を噴出したかった火口だけの火山です。
普通は丸い形の湖になっています。
秋田県の男鹿半島の一の目潟、二の目潟、三の目潟がその例です。
④火山せき止め湖
火山の噴火のときの溶岩で、川や谷がせきとめられ、湖ができることがあります。
富士山の北にある富士山の北にある富士五湖や、日光の湯ノ湖がその例です。
日光の中禅寺湖は、もとの湖が男体山の溶岩で湖水の出口をふさがれさらに大きく深くなったものと思われます。
吹き島圏の裏磐梯にある檜原湖・小野川湖・秋元湖は1888年に磐梯山に土や砂が川をせきとめてつくった湖です。

(2)火山に関係のない湖
①断層湖
断層によって落ち込んだところに水が溜まってできた湖です。
琵琶湖(滋賀県)・諏訪湖(長野県)などは、このようにしてできました。
シベリアのバイカル湖、アフリカのニアッサ湖・タンガニーカ湖など細長くて深い湖は、両側が断層で落ちて出来たものです。
地溝にできたものでも、やはり断層湖に入ります。
②せき止め湖
火山に関係なくできたせき止め湖があります。
地震や大雨のときの山崩れなどで、水がせきとめられたものです。
神奈川県の震生湖は、1923年の関東地震のときにこのようにしてできた湖です。
また、川の本流がたくさんの土砂を押し流し支流の出口をせきとめて湖をつくることがあります。
千葉県の印旛沼・手賀沼は利根川の支流がせき止められたものです。
③三日月湖
川が自由に曲がりくねって流れているところでは流水のはたらきで川の一部がきられて、川の流れ道が変わることがあります。
そして、前に川であった曲がった部分が三日月形の湖になって残ります。
この代表は、北海道の石狩川で、川に沿って、このような三日月湖がたくさんみられます。
④潟湖(ラグーン)
海岸にそって流れる潮流によって砂浜が細長伸びていき、海の一部をとじこめてできた湖です。
秋田県の八郎潟や北海道のサロマ湖は、このようにしてできた湖です。
潟湖はわりあいに浅い湖で、いまでも塩分をふくんでいるものが少なくありません。
⑤氷食湖
氷河が流れて土地を削った低いところに、水が溜まってできた湖です。
ヨーロッパ北部や北アメリカ北部に多くみられますが
氷河が広く発達しなかった日本にはみられません。
⑥人工湖
川や丘陵の一部をせきとめて、人工的につくられた湖で、つまりダムのことです。
最近、電源開発や洪水調節のために、山奥にダムが造られ、たくさんの人工湖ができました。

大蘇ダムは「底抜けダム」

まさかと思うダムが日本に存在しています。
本当に漫画みたいなダムです。
それも2つもあります。
それは、いずれも農水省が農業用ダムとして建設したもので、熊本県の大蘇ダムと北海道の東郷ダムです。
なんで漫画みたいなダムかと言うと、ダムなのに水が溜まりません。
つまり「底抜けダム」なのです。
今回は、この「底抜けダム」の中で、大蘇ダムについて調べてみました。

大蘇ダムは、熊本県産山村を流れる大蘇川をせき止めて造られています。
農水省九州農政局が「大野川上流農業水利事業」として建設したもので、計画上の有効貯水量は約390万トンとなっています。
中心遮水ゾーン型ロックフィルダムで、大野川水系最大のロックフィルダムとなっています。
大蘇ダムの最大の目的は大分県の竹田市、熊本県の産山村、阿蘇市の2県3市村にまたがる約2,500haの農用地の畑地灌漑と水田の用水補給を行うことです。
受益地の7割以上を大分県竹田市が占め、ハウスでのトマト栽培を手がける農家が中心でした。
水をせき止めるダム本体の堤の高さが約70m、長さ約262mで、総貯水量は430万m3となります。

当初は1987年(昭和55年)に完成する予定でしたが、ダムサイトは阿蘇カルデラの北東斜面に位置し、地質は火山噴出物で地盤がとてつもなく悪く、基礎掘削に着手すると、基礎地盤の一部に開口亀裂を発見したりの繰り返しで、一時ダム建設工事を中断し、調査と対策の実施など、何度も計画変更を余儀なくされ、事業費も当初見込みの約130億円から約595億円と大幅に増加しています。
でも、堤体は2004年に完成しています。
完成は、実に今から10年以上も前なのです。
2006年(平成18年)にも給水を開始する計画でしたが、2005年3月に堤体の試験湛水を行なったところ、貯水池の土壌に当初の予測をはるかに上回る浸水が確認され、計画は延期されました。
この原因として、地盤にいくつもの亀裂が生じていて、ダム湖の底やのり面から水が漏れ出し、まるで底に穴があいたバケツ状態になり、計画通りに水が貯まりませんでした。
大成建設や鹿島建設など、大手ゼネコンのした施工にしては前代未聞のあり得ない事態でした。
周辺一帯はいわゆる火山灰地であり、先に述べたように地盤が悪く、地元の人たちは当初から「水を貯めるのは難しいのではないか」と、語り合っていたそうです。
そもそもダムを造るような場所ではないと心配していたのですが、ダム建設の関係者らは「ここにダムが造れれば、世界中のどこにでも造れることになる」と、全く意に介さず、技術力への自信と驕りをみなぎらせていたそうです。
九州農政局は当初、水を待ち望む受益農家らに対し、この重大事実を明らかにしませんでした。
しかし、土地改良区の関係者が試験湛水のデータなどが示されないことなどに不審を抱き、水漏れの事実を突き止めました。
こうして水漏れダムの存在が初めて、表面化しました。
マスコミにも報道され、「欠陥ダム」になりました。
でも、2008年の時には、九州農政局の担当者は、「ちょっと待ってください!欠陥!欠陥!と言わないでください」と言い、「欠陥ダム」を認めなかったそうです。
彼らはダムからの漏水を認めず、「水の想定外の浸透によるもの」と言い張ったそうです。
水がダムの底や周辺から地中に浸透していくのは、当たり前のことなのですが、ダムを建設するということは、それらを全て想定した上で、水を貯めるのに適した場所を選定するものです。
そもそも水が貯まらないような地質のところにダムを造ってしまったことが、大きな間違いだったのです。
その後に、水漏れダムの存在が世間に広く知られるようになり、事業主体の九州農政局に批判の声が寄せられるようになりました。
国民の多くがとんでもない欠陥品を造った不手際に呆れ返り、憤激したのは言うまでもありません。
さすがにこのままではまずいと思ったのでしょう。
農水省は漏水の事実を認め、補修工事を行なうことにしました。
2010年度から3年間かけ、ダムののり面や底面の一部(約3万平方m)にコンクリートを厚さ約10cmまで吹き付けるというものです。
つまり、地盤にできている亀裂をコンクリートで塞いでしまおうという計画です。
補修工事は、その効果を調査する意味合いもありました。
それで、まずは地盤全体の10分の1の面積を対象としました。
でも、全体の10分の1とはいえ、かかる費用は約8億4000万円と見積もられました。
この補修工事を九州農政局は「貯水池浸透抑制対策調査工事」と命名しました。
ダムの水漏れ対策ではなく、あくまでも「浸透抑制対策」だそうです。
九州農政局はこうした水漏れ対策を2年ほど続け、「効果あり」と判断したのでしょう。
2013年度からは残りの斜面や湖底(約30万m²)に漏水対策を実施する案を地元自治体や土地改良区に新たに提示しています。
つまり、ダム湖の底とのり面の全体をコンクリートで覆いつくすという案です。
2010年度からの総事業費約8億4千万円は全額国費で賄われたのですが、2013年度からの総事業費126億円は、国が7割を負担し、残る3割を大分県、熊本県、竹田市、阿蘇市が受益面積に応じて負担することとされています。
ただし、2009年度からは、供給能力は計画の半分程度にとどまるものの、一部で農業用水の利用が開始されている現状もあり、熊本県側は現状の供給能力でも足りるとして追加負担に難色を示していました。
熊本県側の受益面積を減らして、大分県側の負担のみで実施する可能性も模索しているみたいですが、結局どうなったのかは私には情報不足です。
工期は、給水を中断して施工する場合には5年、給水しながら施工する場合には7年が見込まれていましたが、2015年の段階ではまだ「欠陥ダム」のままのようです。

阿蘇火山灰土のなかにダムを造るという奇抜な設計から始まり、大成建設、鹿島建設といった国内有数のゼネコンに工事を発注して完成検査を済ませ、最後の計画変更同意を取ったら一月もたたないうちに事業所をたたみ(2005年3月末日)蜘蛛の子を散らすように雲散したそうです。
そのときの国営所長K氏は東北農政局長になり、工事第一課長T氏は大臣官房へと栄転されたそうです。
翌年度から試験湛水が始まりましたが、漏水が激しくて一向に貯水できなかったのは前述の通りです。
「雲散したころのことを思い返すと、どうもあの頃のひとたちは、ダムには水が貯まらないと思っていた節がある」とマスコミの人は語っています。
なんとも不可解で、計画性に乏しいダム建設ですね。
でも、まだ終わったわけではありません。
これからも、まだ何億円も国費が支払われるこ思います。
こういうのを「無駄な公共事業」と言うのでしょう。

ため池の役割と改修について

愛媛県の松山市には、至るところにため池が築造されていますが、このため池の役割について調べてみました。

(1)ため池の役割について
①水資源の確保
松山市を含む道前道後平野は、瀬戸内海に面し、瀬戸内気候特有の温暖ではあるが雨量の少ない地域です。
このため、河川の流量が乏しく、昔からかんがい用水が不足し、しばしば干ばつの被害を受けてきました。
この工夫として、私たちの祖先の人たちは、古くから農業用水をため池に貯め、節水しながら農業を営んできました。
特に、昭和20年代の食糧難もあって、恒久的な用水対策が強く望まれ、昭和27年度に道前道後両平野の関係者が一体となり、仁淀川水系に「面河ダム」を建設し、農業用水を確保するとともに、併せて発電、工業用水も含めた総合開発計画が決定されたいきさつがあります。
農業用水については、国営農業水利事業として道前平野、道後平野の水田11,780ha、樹園地1,420ha、計13,200haのかんがい(かんがい期間:6月6日~10月5日)を目的とし、昭和32年度に着工、昭和42年度に完了し、以後地域農業の振興に貢献をしてきました。
ただし、これだけでは行き届かない水田もたくさんあります。
ため池は、こうした地域に密着して水資源の確保を行っています。
②防災的機能
ため池は、もともと降雨の集まってきやすい谷部などの洪水路線に沿って発達しています。
このため、台風による豪雨などの流出水は、いったんため池に貯留されてから、余水吐によって下流に放流されることが多くみられます。
そのため、洪水のピークが抑制されて、下流での溢水、河川の氾濫を未然に防いでいます。
また、山池は、谷筋の水を貯留する構造になっていて、沢を堰き止めた池が多く、このため、上流から流出してくる土石流をまともに受けることになり、ため池堤防が砂防堰堤の役目を果たして下流の田畑、民家を災害から防止しています。
③自然生態系の保全
ため池は、葦やヨシなどの植物が生い茂り、カイツブリや等の生息地となるとともに、池には、ゲンゴロウ、ニッポンバラタナゴやオニバスなどの貴重な生物の生息場所です。
つまりは、生態系の保全の役割を担い、コンクリートやアスファルトの多くなった現代社会においては、水生植物、昆虫類等の生息場所となっています。
④水辺空間
近年、都市化の進行や開発による環境の変化等に伴い、緑や水辺空間が減少する中、身近な親水空間として住民に快適な環境を提供しています。
松山市においても、ため池を中心に網の目のように張り巡らされた水利の仕組みや水空間があります。
これは、長い農業生産を通じて営々と築いてきた先人たちのシステムであり遺産です。
こして、ここには地域の人々の憩いの場があります。

(2)ため池の改修と築造
①堤体
ため池の改修の堤体改修型式には、下表のように、堤体の全断面で遮水する均一型、土質材料が遮水性材料と透水性材料によるゾーン型、表面遮水型(シート)、それにグラウト型があります。
愛媛県では、現況の堤体を効率的に利用する傾斜遮水ゾーン型が一番多いようです。

均一型堤体の全断面で遮水する型式、または堤体の最大断面で均一の材料の占める割合が80%以上である型式。
傾斜遮水ゾーン型土質材料が遮水性材料と半透水性または透水性材料からなる型式で、遮水性ゾーンが上流側へ傾斜したもの。
中央遮水ゾーン型土質材料が遮水性材料と半透水性または透水性材料からなる型式で、遮水性ゾーンを堤体中心に設けるもの。
表面遮水壁型堤体が透水性または半透水性材料からなり、上流側法面に遮水シートまたはアスファルト舗装により遮水する型式。











②ため池の用語
・遮水性ゾーン(前刃金)
ため池において遮水を目的として設けられたゾーンで、粘土性の鋼土を用いて、タンピングローラーで十分に締め固めを行います。
・透水性ゾーン(さや土)
ため池の主として堤体の安定性を保つ部分でせん断強度の高い材料を使って施工します。
・上流法面保護工
波等による浸食防止を図るための設備で、捨石、石張り、コンクリートブロック張などの構造があります。
一般的には張ブロックが多く使用されており、ため池への転落防止のため、天端と階段状に突起ブロックを配置しています。
・洪水吐
ため池の安全のために、大雨時、池に流入する流水を下流に安全に流下させるための施設です。
堤防の盛土部分を避けて、堅固な地山部分に施工する例が多く、水路流入型、越流堰、ラビリンス堰、側水路型などの構造があります。
・取水施設
取水施設は、ため池の貯水を取水するための斜樋と導水するための底樋からなり、堤体の前法面に沿って埋設された堅樋(斜樋管)に取水孔を設け、これから取り入れた用水を堤体の底部に埋設する底樋に導いて取水します。
取水部には、取水量を調節するゲート、バルブ等を設置しており、堤防上の巻上げハンドルで操作を行います。

堤体

傾斜斜水ゾーン型の模式図


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