水力発電の水路は『2つの問い』で即仕分け：開きょ・無圧・圧力トンネル

この記事で身につくこと

電験三種「電力」の水力発電で、地味に厄介なのが 水路の名称と分類。 「開きょ」「無圧トンネル」「圧力トンネル」「水圧管路」「サージタンク」…と用語が並んだ瞬間、ここで挫折する受験生がとても多い分野です。

ですが、本記事の たった2つの問い さえ覚えれば、どの水路がどれなのかを反射的に仕分けできるようになります。

• 開きょ・無圧トンネル・圧力トンネルの違いを一発で説明できる
• ヘッドタンクとサージタンクを混同しない
• 「なぜサージタンクが必要か？」を水撃作用とセットで説明できる

ここまで持っていきます。

暗記フレーズ：勾配か圧力か、空気ありか満水か

「流速の作り方」と「満水か否か」の2問で即仕分け

水路の分類問題は、結局この2問にすべて還元できます。逆に言えば、この2問を覚えていない人は、毎回水路名を見るたびにゼロから考え直すハメになります。

そもそも『水路』とは

水路とは、河川などから取り入れた水を 発電所（水車）まで導き、再び河川へ戻す ための設備の総称です。 目的はただ一つ。

位置エネルギーを最大限に利用するため、効率よく水を導く

導水の効率がそのまま発電量に直結するため、現場では地形に合わせて水路の種類を使い分けています。

仕分けの『2つの問い』

水路を見分けるときに、毎回この2問だけを自分に投げかけてください。

1. 流速はどう作る？ → 勾配による流れ／圧力差による流れ
2. トンネル内部は水で満水か？ → 空間あり（自由水面あり）／満水

たった2問。この組み合わせで、水路は3種類に整理できます。

問い①の答え：勾配で流す『空間あり』タイプ

「流速は勾配で作る／中は空間あり」の組み合わせに当てはまるのが、次の2種類です。

開きょ（かいきょ）

• 流速：勾配で作る
• 断面：上が空いている（自由水面）
• イメージ：身近な例だと 側溝・用水路

ふたのない屋外の水路、と思えばOKです。電験受験生がもっとも馴染みのあるタイプです。

無圧トンネル

• 流速：勾配で作る
• 断面：トンネルだが満水にはならず、内部に自由水面がある
• 付帯設備：ヘッドタンク（上水槽） が必要

地下に掘ったトンネルだけど、中をわざと満水にせず、空気の層を残してあるイメージ。水路と水圧管路をつなぐ前に、いったん ヘッドタンク で受け止めます。

ポイント：開きょも無圧トンネルも、自由水面（空気の層）がある という共通点で括れます。

問い②の答え：圧力で押し込む『満水』タイプ

圧力トンネル

• 流速：圧力差で作る
• 断面：水で満タン（自由水面なし）、円形断面が多い
• 付帯設備：サージタンク（調圧水槽） が必要

満水のトンネルや 水圧管路 がこのタイプ。常に内部に圧力がかかっており、水車に高圧で水を送り込む役割を担います。

なぜサージタンクが要るのか：水撃作用との関係

ここが試験で問われやすい、本記事の山場です。

圧力トンネルは内部が水で満タン。逃げ場がない 状態です。 この状態で、水車が急停止したり負荷が急変したりすると、流量が急激に変化し、

凄まじい衝撃波 ＝ 水撃作用（ウォーターハンマー）

が発生してしまいます。配管が破裂しかねない、極めて危険な現象です。

そこで登場するのが サージタンク（調圧水槽）。圧力トンネルの途中に空間（自由水面）を意図的に作ってあげることで、

• 急な圧力変化を 逃がす安全弁
• 負荷変動による 流量変化の緩和・調整

の2つの役割を果たします。

逆に、開きょや無圧トンネルにサージタンクが要らないのは、もともと自由水面（空気の層）が逃げ場として用意されている からです。

まとめ表：3種類を1枚で

水路の種類	流速の作り方	内部の状態	付帯設備
開きょ	勾配	空間あり（自由水面）	―
無圧トンネル	勾配	空間あり（自由水面）	ヘッドタンク
圧力トンネル	圧力差	満水	サージタンク

この表が、頭の中で一瞬で再現できれば、水路系の問題は怖くありません。

まとめ

• 水路は 「流速はどう作る？」「中は満水？」の2問 で仕分けできる
• 勾配＋空間あり → 開きょ／無圧トンネル（無圧はヘッドタンクが付帯）
• 圧力差＋満水 → 圧力トンネル（サージタンクで水撃作用対策 が必須）
• サージタンクは「逃げ場のない満水トンネルに、わざと逃げ場を作る装置」

暗記フレーズ：勾配か圧力か、空気ありか満水か

この2軸さえブレなければ、水路の名称問題は反射で答えられます。