越流ダムの構造と洪水吐き設計の基礎知識

越流ダムの構造と洪水吐き設計の基礎知識

フィルダムが越流すると、コンクリートダムと違い堤体が一気に崩壊します。

越流ダムとは何か：越流部と非越流部の基本的な違い

ダムという構造物は、水をどのように扱うかによって「越流ダム」と「非越流ダム（非越流式ダム）」に大きく分類されます。この区別は、単なる呼び名の問題ではなく、設計・施工・維持管理のすべてに影響する根本的な違いです。

越流ダムとは、洪水時に堤体の天端（クレスト）から意図的に水を越流させるよう設計されたダムのことです。コトバンクの定義によれば、「固定ダムのうち、堤頂にゲートを取り付けたりして水を越流させるようになっているものを越流ダム」と説明されています。一方、非越流ダムは堤体本体とは別に設けた洪水吐き施設から水を流下させるタイプで、フィルダム（アースダム・ロックフィルダム）の多くがこれに該当します。

越流ダムの堤体は、大きく「越流部」と「非越流部」に分かれます。越流部は洪水時に水が堤頂を越えて流れ落ちる区間で、この部分が洪水吐きとして機能します。非越流部はその両脇に設けられる、水を越流させない高い部分です。たとえば一般的な重力式コンクリートダムでは、中央付近に越流部（洪水吐き）が設置され、その左右が非越流部という構成になっています。

越流部の天端には「越流頂（クレスト）」があり、ここを水が乗り越えることで自然に放流が行われます。この越流頂の形状が放流量に直結するため、水理設計上の重要なポイントとなります。越流頂の高さ、幅、形状によって、どれだけの洪水を安全に流下させられるかが決まるのです。

建築業従事者にとって重要なのは、越流部の施工精度が構造物の安全性に直結するという点です。越流頂の高さが設計値からわずか数センチずれるだけで、放流量の計算値が大きく変わります。施工管理においては、越流頂天端高の測定を各ジョイントで行い、精度を確保することが仕様書でも求められています。つまり越流部の出来形管理は厳密です。

越流ダム（えつりゅう）の定義 – 国土交通省東北地方整備局

越流ダムの洪水吐き：常用・非常用の役割と越流頂の種類

洪水吐きは越流ダムの心臓部といえる設備です。その役割は「ダム及び下流に安全に洪水を流下させること」ですが、実際には「常用洪水吐き」と「非常用洪水吐き」の2種類があり、それぞれ異なる場面で機能します。

常用洪水吐きは、通常の洪水調節時に使う放流設備です。ゲートにより開閉・流量調整が可能で、貯水位をコントロールするために日常的に操作されます。これに対して非常用洪水吐きは、常用の放流量では追いつかない異常洪水時に機能する最終防衛ラインです。多くの場合、ゲートを持たない「自由越流頂（フリークレスト）」として設計され、貯水位が一定水位を超えると自動的に越流が始まります。ゲート操作が不要なため、ゲートレスとも呼ばれています。

非常用洪水吐きがゲートレスである点は、重要な意味を持ちます。ゲート操作のミスや機械的な故障によって放流できなくなるリスクを排除できるからです。実際、2017年に長野県の裾花ダムでは堆砂と沈木の複合作用によりゲートが機能不全となる事態が発生しており、ゲートレス化の安全上の優位性が改めて注目されています。

越流頂の形状には大きく3つの種類があります。

- 標準型越流頂（ハロルド型・放物線型）：最も一般的な形状で、水の流れに沿った放物線形状を持ちます。放流能力が高く、多くのダムで採用実績があります。

- ラビリンス堰：平面形状がジグザグ（迷路状）になっており、同じ越流幅でも越流長を大幅に伸ばせるため、放流能力が高まります。農研機構の研究によれば、直線堰と比較して放流能力を大幅に向上できることが確認されています。農業用ため池の余水吐き改修に活用されることが多い形式です。

- ピアノキー型越流堰（PKW）：近年フランスを中心に普及が進む新形式で、ラビリンス堰をさらに改良したものです。設置面積をコンパクトに抑えながら越流長を大きく確保できます。土木研究所の研究によれば、気候変動に対応した既設ダムの放流能力増強策として国内での導入が期待されています。

これは使えそうです。

ただし、ラビリンス堰には注意点もあります。越流幅あたりの放流量が大きいため接近流速が速くなり、越流区間が長大だと損失水頭が増して放流能力が低下する場合があります。施工計画の段階で水理設計を十分に検討することが必要です。

ラビリンス堰の放流特性と小規模ダム洪水吐への適用効果 – 農研機構（PDF）

越流ダムの施工管理：越流面の品質確保と摩耗・損傷リスク

越流ダムの施工で特に注意が必要なのは、越流面のコンクリート品質です。越流面は洪水のたびに高速水流にさらされる過酷な環境に置かれます。放流時の流速が毎秒数十メートルに達することもあり、コンクリート表面の摩耗・キャビテーション（気泡の発生と消滅による衝撃損傷）が深刻な問題となります。

大阪大学の研究では、「ダム洪水吐の越流部あるいは導流部における放流水による摩耗やキャビテーションによる変状が多くのコンクリートダムで確認されている」と報告されています。こうした変状は放置すると越流部の景観悪化にとどまらず、構造物の耐久性低下につながるため、定期点検と適切な補修が不可欠です。

日本建設業連合会のダムリニューアル工事事例集によれば、コンクリートダムにおける堤体表面の劣化原因は「摩耗・凍害・老朽化」が主で、補修の大半は下流面や越流部にて実施されています。補修では、事前調査で補修範囲を特定した上で、高強度コンクリートや表面保護材（エポキシ樹脂塗装など）を用いる工法が採用されます。

施工段階での品質確保も重要です。西松建設が施工した越流部工事の事例では、真空パネル工法をコンクリートダム越流部に適用することで、ブリーディング水による表層コンクリートの品質低下を抑制し、耐久性を高めることに成功しています。ダム下流面のような勾配型枠面は気泡跡（エアあばた）が残りやすく、通常の施工では表層コンクリートの品質が低下しやすいため、このような特殊工法の採用が有効です。

越流面は完成後の見え方だけでなく、長期的な耐久性が求められます。

また、越流部の下流には「減勢工」が設けられます。越流水は高速で下流に流れ落ちるため、そのエネルギーを吸収して下流河床の洗掘を防ぐ必要があります。減勢工には「水平水叩き式（跳水式）」「スキージャンプ式」「自由落下式」などがあり、地形条件や設計流量に応じて選定されます。減勢工の設計が不十分だと、下流河床の洗掘が進み、最終的にダム本体の安全性にも影響を及ぼす可能性があります。

第2章 ダム本体（補修事例含む）– 一般社団法人日本建設業連合会（PDF）

フィルダムの越流が「致命的」な理由：越流ダムと非越流ダムの安全上の根本的差異

ここで、建築業従事者が現場判断を誤ると大事故につながりかねない重要な知識を整理します。越流ダムと非越流ダムの違いは「構造の区別」にとどまりません。それは「越流に対する安全性」の根本的な違いを意味しています。

コンクリートダム（重力式・アーチ式など）は、越流型であれ非越流型であれ、設計どおりに洪水吐きから水を流す限り安全です。ただし、フィルダム（アースダム・ロックフィルダム）は事情が全く異なります。フィルダムは土・砂・岩などを積み上げた構造物であり、万一堤体本体を水が越流すると、堤体材料が侵食されて短時間のうちに崩壊に至ります。これが「致命的破壊」と呼ばれる現象です。

長野県の技術資料にも「流水がフィルダムの堤体を越流することは許されない」と明記されています。そのためフィルダムの非越流部の高さは、コンクリートダムより厳しい余裕高が設定されており、洪水吐きの容量もコンクリートダムの設計洪水流量の1.2倍に設定する規定があります。これが原則です。

| 項目 | コンクリートダム（越流ダム） | フィルダム（非越流ダム） |
|------|--------------------------|----------------------|
| 堤体越流時の影響 | 越流部から安全に流下 | 堤体が侵食・崩壊（致命的） |
| 設計洪水流量 | 200年確率流量等の最大値 | コンクリートダムの1.2倍 |
| 非越流部の余裕高 | 比較的小さい | より大きく設定 |
| 洪水吐きのゲートレス化 | 適用しやすい | 洪水吐きは別に必ず設置必要 |

現場で重要になるのは、「ゲートレス化されたコンクリートダムの非常用洪水吐き」と「フィルダムの洪水吐き」を明確に区別して施工管理することです。フィルダムの洪水吐き工事では、工事中に仮設の洪水吐き機能を確保し続けること、そして洪水吐きの能力を絶対に設計値以下に落とさないことが鉄則となります。実際、農業用フィルダムのリニューアル事例では、洪水流下能力を141m³/sから268m³/sへと約1.9倍に増強する工事が実施された例もあります。

痛いですね。こうした視点を現場判断に組み込んでおくことで、施工中の安全リスクを大きく低減できます。

設計規模を超える洪水リスクに対するダムでの適応策に関する研究 – 国土技術政策総合研究所（PDF）

気候変動時代における越流ダムの設計見直しと建築業従事者の実務への影響

現在、越流ダムをめぐる設計思想は気候変動という新たな課題に直面しています。これは、今後の建設現場に直接影響してくる話です。

国土技術政策総合研究所の研究によれば、全国の一級水系において将来気候では年最大流域平均雨量が現在と比べ約1.1〜1.3倍に増加し、設計洪水流量（200年確率洪水）を超える洪水の発生頻度が現在の1.8〜4.4倍に達すると予測されています。これは、現在のダムの洪水吐き設計が将来的に不十分になりうることを示しています。

実際に、2018年の平成30年7月豪雨では国土交通省所管558ダムのうち8ダムが「異常洪水時防災操作」に移行し、2019年台風19号では6ダムが同操作に移行しています。また米国では2017年にOroville dam（オロビルダム）で常用洪水吐きが損壊し、下流への放流量急増の危機が生じるという重大事例も発生しました。こうした背景から、既設ダムの越流吐き機能を見直す動きが国内外で加速しています。

対応策として注目されているのが、以下のアプローチです。

- ピアノキー型越流堰（PKW）の導入：既設の越流頂をPKWに改造することで、堤頂幅を変えずに越流長（放流可能な幅）を大幅に拡大できます。フランスを中心に実績が積み重ねられており、日本国内でも今後の導入が検討されています。

- RCCによる越流保護：米国では、フィルダムの堤体天端を切り下げてRCC（ローラー締固めコンクリート）で階段状に保護し、万一の越流に対しても堤体崩壊を防ぐ対策が実施されています。Left hand valley damでは2013年の洪水時に約1週間・最大約20cmの水深でRCC部を流下したものの、大きな損傷は発生しなかったと報告されています。

- 事前放流による容量確保：豪雨が予測される場合に事前にダム貯水位を下げ、洪水調節容量を確保するソフト対策です。ただし、職員への負担増加や下流への影響を伴うため、慎重な計画が必要です。

建築業従事者として覚えておくべき点があります。新規設計の越流ダム工事や既設ダムのリニューアル工事では、気候変動を踏まえた設計洪水流量の再設定が今後求められる可能性があり、発注仕様の変更や施工量の増大につながることがあります。また、越流頂改造工事では水中施工や仮締切工法の選定が施工コストを大きく左右します。早い段階で施工法の検討に参加し、コスト・工期への影響を把握しておくことが、現場管理者にとって重要な業務となっています。

ダム設計洪水流量への気候変動影響の反映手法に関する調査研究 – ダム工学会（PDF）

リサーチ結果のまとめ。
- 越水遥（こしみず はるか）：1998年生まれ、東大法学部卒・弁護士・タレント。2024年越水法律事務所を設立。

- 越水優介：中央大学法学部卒・慶應ロースクール修了・2020年司法試験合格・2022年弁護士登録・法律事務所ZeLo勤務。

- 両者の関係：検索の「related searches」に「越水優介 越水遥夫婦」「越水優介妻」が出てきており、夫婦関係である可能性が高い。越水遥の結婚報告記事に「お相手は弁護士」との記述あり。越水優介も弁護士。姓が同じ「越水」であることから夫婦と推定される。

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