ダム

ダムは、地表水や地下水の流れを止めたり制限したりする障壁です。ダムによって作られた貯水池は、洪水を抑えるだけでなく、灌漑、人間の消費、工業用、養殖、航行などの活動に水を提供します。水力発電は、多くの場合、ダムと組み合わせて使用​​され、発電します。ダムは、水を集めたり貯めたりして、場所間で均等に分配するためにも使用できます。ダムは一般に、水を貯めるという主な目的を果たしますが、水門や堤防（堤防とも呼ばれる）などの他の構造物は、特定の陸地への水の流れを管理または防止するために使用されます。

ダムという言葉は中期英語[ ^1]にまで遡ることができ、それ以前は中期オランダ語に由来しており、アムステルダムやロッテルダム^[2] など多くの古い都市の名前に見られます。

古代のダムは、水管理のためにメソポタミアと中東に建設されました。最も古いダムとして知られているのは、紀元前3,000年に遡るヨルダンのジャワダムです。エジプト人も洪水管理のためにサッデルカファラダムなどのダムを建設しました。現代のインドでは、ドーラヴィラに16の貯水池とダムを備えた複雑な水管理システムがありました。紀元前1750年から1700年の間に建設されたイエメンのマリブの大ダムは工学上の驚異であり、トルコのヒッタイトのダムと泉の寺院であるエフラトゥンピナールは紀元前15世紀から13世紀に遡ります。南インドのカラナイダムは紀元2世紀に建設され、現在も使用されている最古の水管理構造物の一つです。

ローマの技術者は、水硬性モルタルやローマコンクリートなどの高度な技術と材料を使用してダムを建設し、より大きな構造を可能にしました。彼らは貯水池ダム、アーチ重力式ダム、アーチダム、バットレスダム、および多重アーチバットレスダムを導入しました。イランでは、橋型ダムが水力発電と揚水機構に使用されました。

中世には、水位を調節し、海水の浸入を防ぐためにオランダでダムが建設されました。19 世紀には、イギリス帝国の各地で大規模なアーチダムが建設され、ダム工学技術の進歩が顕著になりました。大型ダムの時代は、1902 年にエジプトでアスワン低ダムが建設されたときに始まりました。巨大なコンクリート製のアーチ重力式ダムであるフーバーダムは、1931 年から 1936 年にかけてコロラド川に建設されました。1997 年までに、世界中に推定 80 万のダムがあり、そのうち約 4 万が高さ 15 メートルを超えています。

初期のダム建設はメソポタミアと中東で行われました。メソポタミアの天候はチグリス川とユーフラテス川に 影響を与えたため、ダムは水位を制御するために使用されました。

最も古いダムとして知られるのは、ヨルダンの首都アンマンから北東100キロ（62マイル）にあるジャワダムである。この重力式ダムは、もともと高さ9メートル（30フィート）、幅1メートル（3.3フィート）の石壁が特徴で、幅50メートル（160フィート）の土塁で支えられていた。この建造物は紀元前3000年に遡る。^{[3] [4]}しかし、現在も継続的に稼働している最古のダムは、シリアで紀元前1319年から1304年の間に建設されたホムス湖ダムである。^[5]

カイロの南約25kmのワディ・アル・ガラウィにある古代エジプトの サッデルカファラダムは、基部の長さが102m、幅が87mでした。この構造物は、洪水制御用の転水ダムとして紀元前2800年[6]または2600年[7]頃に建設されましたが、建設中^または建設^直後に大雨で破壊されました。^{[6] [7]}紀元前19世紀の第12王朝の間に、ファラオのセノセルト3世、アメンエムハト3世、アメンエムハト4世は、中部エジプトのファイユーム低地とナイル川を結ぶ長さ16kmの運河を掘りました。東西に走るハ・ウアールと呼ばれる2つのダムは、毎年の洪水の際に水を貯め、周囲の土地に放出するために建設されました。メルウェル湖またはモエリス湖と呼ばれるこの湖は、面積1,700 ^km2 （660平方マイル）を覆い、今日ではビルケット・カルンとして知られています。^[8]

紀元前3千年紀中期から後半にかけて、現在のインドのドーラヴィーラに複雑な水管理システムが構築されました。このシステムには、水を集めて貯めるための16の貯水池、ダム、さまざまな水路が含まれていました。^[9]

古代世界の建築上の驚異の一つは、イエメンのマリブ大ダムである。紀元前1750年から1700年の間に着工されたこのダムは、圧縮土で造られ、断面は三角形で、長さ580メートル（1,900フィート）、元々の高さは4メートル（13フィート）で、両側の2つの岩群の間を走り、頑丈な石積みでそれらの岩群とつながっていた。さまざまな時期に修復が行われ、最も重要なのは紀元前750年頃で、250年後にダムの高さは7メートル（23フィート）に増加された。サバ王国の終焉後、ダムはヒムヤル朝（紀元前115年頃）の支配下に入り、彼らはさらなる改良を施し、高さ14メートル（46フィート）の構造物、5つの放水路、2つの石積みで補強された水門、沈殿池、配水池までの1,000メートル（3,300フィート）の運河を建設した。これらの工事は、ダムが25,000エーカー（100 km ²）の灌漑を可能にした西暦325年まで完了しなかった。

エフラトゥン・プナルは、トルコのコンヤ近くにあるヒッタイトのダムと泉の寺院です。紀元前 15 世紀から 13 世紀のヒッタイト帝国時代のものだと考えられています。

カラナイは、南インドのタミル・ナードゥ州カヴェリ川本流に架かる、長さ300メートル（980フィート）、高さ4.5メートル（15フィート）、幅20メートル（66フィート）の、切り石で造られたダムです。基本構造は西暦2世紀に遡り^[10]、現在も使用されている最も古い水路転用または水量調整構造物の一つと考えられています。^[11]ダムの目的は、カヴェリ川の水を肥沃なデルタ地帯に転用し、運河を経由して灌漑に利用することでした。^[12]

杜江堰は、水の流れを規制するダムを含む中国最古の現存する灌漑システムである。紀元前251年に完成した。楚の宰相孫叔敖が建設した大規模な土手は、現在の安徽省北部の谷を水没させ、巨大な灌漑用貯水池（周囲100km）を形成した。この貯水池は現在も存在している。^[13]

ローマのダム建設の特徴は、「ローマ人が大規模に土木工事を計画し、組織する能力」であった。^[14]ローマの計画者は、乾季に都市居住地への恒久的な水供給を確保できる、当時としては斬新だった大規模な貯水ダムの概念を導入した。 ^[15]防水性水硬性モルタル、特にローマのコンクリートを先駆的に使用したことで、それまでに建設されたものよりもはるかに大きなダム構造が可能になった。^[14]たとえば、当時最大の水防壁だったと思われるホムス湖ダム^[16]や、ローマ領シリアのハルバカダムなどである。ローマで最も高いダムはローマ近郊のスビアコダムで、その高さ50メートル（160フィート）の記録は、1305年に事故で破壊されるまで破られなかった。^[17]

ローマの技術者は、盛土ダムや石積み重力式ダムなど、古代の標準的な設計を日常的に使用していました。^[18]それ以外にも、彼らは高度な発明力を発揮し、それまで知られていなかった他の基本的なダム設計のほとんどを導入しました。これらには、アーチ重力式ダム、^{[19] 、} アーチダム、^[20] 、バットレスダム^[21]、および多重アーチバットレスダム^[22]が含まれます。これらはすべて、西暦2世紀までに知られ、採用されていました（ローマのダムの一覧を参照）。ローマの労働者は、イランのヴァレリアン橋などのダム橋を最初に建設しました。^[23]

イランでは、バンデ・カイサルのような橋型ダムが水車を介して水力発電に使用され、水車はしばしば揚水機構を動かしていた。最初のものの一つはデズフールにあるローマ人が建設したダム橋で、^{[24]町に供給するために50}キュビト（約23メートル）の水を汲み上げることができた。また、転流ダムも知られていた。^[25]イスラム教徒の技術者がプリ・ブライティと呼んだ製粉ダムが導入された。最初のものはイランのカルーン川沿いのシュスタールに建設され、後にこれらの多くがイスラム世界の他の地域に建設された。^[25]水はダムの後ろから大きなパイプを通って導かれ、水車と水車を駆動した。^[26] 10世紀には、アル・ムカッダースィーがペルシャのいくつかのダムについて記述している。彼の報告によると、アフワズのダムは長さが910メートル（3,000フィート）以上あり、^[27]多くの水車が水を導水路に汲み上げ、そこから市内の貯水池に流れ込んでいた。 [28]もう一つのバンド・イ・アミール・ダムは300の村に灌漑用水を供給していた。 [ ^{27 ]}

シャー・アッバース・アーチ（ペルシア語：طاق شاه عباس）は、クリット・ダムとしても知られ、世界で最も細いアーチダムであり、アジア最古のアーチダムの1つです。イラン、南ホラーサーン州タバス郡に約700年前に建設されました。高さは60メートル、頂上の幅は1メートルです。一部の歴史家は、このダムはシャー・アッバース1世によって建設されたと考えていますが、他の歴史家は彼が修復したと考えています。

低地国であるオランダでは、水位を調整し、海が湿地帯に流入するのを防ぐために、川をせき止めるダムがよく建設されました。そのような場所であれば川を渡りやすいため、そのようなダムは町や都市の始まりとなることが多く、オランダの地名にも影響を与えています。現在のオランダの首都アムステルダム（旧称アムステルレダム）は、 12世紀後半にアムステル川にダムが建設されたことに始まり、ロッテルダムはニューウェ・マース川の小さな支流であるロッテ川にダムが建設されたことに始まります。800年前のダムの元の場所を覆うアムステルダムの中央広場は、今でもダム広場という名前を持っています。

アーチダムを最初に建設したのはローマ人であり、橋台からの反力によって外部の静水圧から構造を安定させますが、最初の大規模なアーチダムを建設できる工学技術と建設資材が利用可能になったのは 19 世紀になってからでした。

19世紀初頭、イギリス帝国周辺で3つの先駆的なアーチダムが建設された。王立工兵隊のヘンリー・ラッセルは、1804年にハイデラバード市に水を供給するためにミール・アラム・ダムの建設を監督した（現在も使用されている）。高さは12メートル（39フィート）で、スパンの異なる21のアーチで構成されていた。^[29]

1820年代から30年代にかけて、ジョン・バイ中佐はカナダの現在のオタワ付近のリドー運河建設を監督し、水路システムの一部として一連の湾曲した石造ダムを建設した。特に、ジョン・レッドパスが建設したジョーンズフォールズダムは、1832年に完成した北米最大のダムであり、工学上の驚異であった。建設中に水を制御するために、ダムには2つの水門（水を導くための人工の水路）が開いたままになっていた。1つ目はダムの東側基部近くにあった。2つ目の水門はダムの西側、基部から約20フィート（6.1メートル）上に設置された。下部水門から上部水門に切り替えるために、サンドレイクの出口は塞がれた。^[30]

オーストラリアのパラマタ市近郊のハンツ・クリークは、1850年代に増加した都市人口の水需要を満たすために堰き止められました。石積みアーチダムの壁は、インドの王立工兵隊によるダム工学技術の進歩に影響を受けたパーシー・シンプソン中尉によって設計されました。ダムの建設費は17,000ポンドで、1856年に完成しました。オーストラリアで建設された最初の人工ダムであり、数学的仕様に基づいて建設された世界で2番目のアーチダムでした。^[31]

最初のダムは、その2年前にフランスで開通しました。これは産業革命時代のフランス初のアーチダムで、1832年のコレラ大流行でこの地域が壊滅した後、水の供給を改善するためにフランソワ・ゾラによってエクスアンプロヴァンス市に建設されました。 1844年に国王の認可が下り、その後10年かけてダムが建設されました。建設は、科学的な応力解析の数学的結果に基づいて行われました。

オーストラリアのワーウィック近くにある 75 マイルのダムは、おそらく世界初のコンクリートアーチダムです。ヘンリー・チャールズ・スタンレーによって1880 年に設計され、オーバーフロー放水路と特別な排水口を備え、最終的に高さが 10 メートル (33 フィート) まで高められました。

19世紀後半には、石積みダムの設計に関する科学的理論が大きく進歩した。これにより、ダムの設計は、経験的方法論に基づく芸術から、厳密に適用された科学的理論的枠組みに基づく専門職へと変化した。この新たな重点は、フランスと英国の大学の工学部に集中した。グラスゴー大学のウィリアム・ジョン・マククォーン・ランキンは、 1857年の論文「緩い土の安定性について」で、ダム構造の理論的理解の先駆者となった。ランキン理論は、ダム設計の背後にある原理をよく理解できるようにした。^[32]フランスでは、J・オーギュスタン・トルテーヌ・ド・サジイが垂直面の石積み重力式ダムの仕組みを説明し、ゾラのダムは、これらの原理に基づいて建設された最初のダムであった。^[33]

大型ダムの時代は、1902年にエジプトでアスワン低ダムが建設されたことで始まった。このダムはナイル川に重力式の石積み バットレスダムだった。1882年にイギリスがエジプトに侵攻し占領した後、1898年にイギリスは建設を開始した。このプロジェクトはウィリアム・ウィルコックス卿が設計し、ベンジャミン・ベイカー卿やジョン・エアード卿など当時の著名な技術者数名が参加した。エアード卿の会社、ジョン・エアード＆カンパニーが主な請負業者だった。^{[34] [35]資本と融資は}アーネスト・カッセルが提供した。^[36] 1899年から1902年にかけて最初に建設されたとき、これほどの規模のものはそれまでに試みられたことがなかった。^[37]完成すると、世界最大の石積みダムとなった。^[38]

フーバーダムは、大恐慌の最中の1931年から1936年にかけて、米国アリゾナ州とネバダ州の境にあるコロラド川のブラックキャニオンに建設された巨大なコンクリートアーチ重力式ダムである。1928年、議会は洪水を制御し、灌漑用水を供給し、水力発電を行うダムを建設するプロジェクトを承認した。ダム建設の落札者は、シックス・カンパニーズ社と呼ばれるコンソーシアムであった。これほど大きなコンクリート構造物はこれまでに建設されたことがなく、技術の一部は実証されていなかった。夏の猛暑と建設地付近の施設不足も困難をもたらした。それでも、シックス・カンパニーズは1936年3月1日に、予定より2年以上も早い段階でダムを連邦政府に引き渡した。^[39]

1997年までに、世界中に推定80万基のダムがあり、そのうち約4万基は高さ15メートル（49フィート）以上でした。^[40] 2014年、オックスフォード大学の学者たちは、最大の既存データセットに基づいて、大規模ダムのコストに関する研究を発表しました。この研究では、大多数のダムで大幅なコスト超過が発生していることが記録され、そのようなダムのコストは利益によって相殺されるのが一般的かどうかが疑問視されています。^[41]

ダムは、人間の行為、自然の原因、さらにはビーバーなどの野生動物の介入によって形成されることもあります。人工ダムは通常、その大きさ（高さ）、目的、構造によって分類されます。

ダムは、構造と使用される材料に基づいて、材料を使わずに簡単に作れるもの、アーチ重力式ダム、盛土ダム、または石積みダムに分類され、いくつかのサブタイプがあります。

アーチダムでは、アーチと重力の作用の組み合わせによって安定性が得られます。上流面が垂直の場合、ダムの全重量は重力によって基礎に運ばれなければなりませんが、垂直カンチレバーとアーチ作用の間の垂直静水圧の分配は、垂直方向と水平方向のダムの剛性に依存します。上流面が傾斜している場合、分配はより複雑になります。アーチリングの重量の垂直成分はアーチ作用によって取られる可能性があり、垂直静水圧は上記のように分配されます。このタイプのダムでは、橋台（バットレスまたは峡谷側壁のいずれか）でのしっかりとした信頼性の高い支持がより重要です。アーチダムに最も適した場所は、健全な岩でできた急峻な側壁を持つ狭い峡谷です。^[42]アーチダムの安全性は側壁橋台の強度に依存するため、アーチが側壁にしっかりと固定されているだけでなく、岩の特性も注意深く検査する必要があります。

シングルアーチダムには、定角ダムと定半径ダムの 2 種類が使用されています。定半径タイプは、ダムの全標高で同じ面半径を使用します。つまり、水路がダムの底に向かって狭くなるにつれて、ダム面の中心角が小さくなります。カナダのジョーンズ フォールズ ダムは定半径ダムです。定角ダム (可変半径ダムとも呼ばれます) では、この中心角は一定に保たれ、さまざまなレベルの橋台間の距離の変化は、半径を変えることで対応します。定半径ダムは、定角ダムほど一般的ではありません。コロラド川のパーカー ダムは定角アーチダムです。

同様のタイプに二重曲率ダムまたは薄殻ダムがあります。米国ネバダ州マウンテンシティ近郊のワイルドホースダムがこのタイプの例です。この建設方法は、建設に必要なコンクリートの量を最小限に抑えますが、基礎と橋台に大きな負荷を伝達します。外観は単アーチダムに似ていますが、明確な垂直曲率があり、下流から見ると凹レンズのような外観になります。

多重アーチダムは、カナダのケベック州にあるダニエル・ジョンソンダムのように、支持橋台としてコンクリート製のバットレスを備えた多数の単アーチダムで構成されています。多重アーチダムは、中空重力式ほど多くのバットレスを必要としませんが、バットレスの荷重が大きいため、良好な岩盤基礎が必要です。

重力式ダムでは、水からの押圧力に対抗してダムを所定の位置に保持する力は、地球の重力がダムの質量を引き下げることです。^[43]水はダムを横方向（下流）に押し、ダムの先端（ダムの下流側の底部にある点）を中心に回転してダムを転覆させようとします。ダムの重量はその力に対抗し、ダムを先端を中心に反対方向に回転させようとします。設計者は、ダムの重量がその競争に勝つようにダムが十分に重くなっていることを確認します。工学用語では、ダムに作用する重力の合力とダムにかかる水圧がダムの先端の上流を通る線上に作用する場合は常にこれが当てはまります。^[要出典]設計者は、ダムの特定の高さより上の部分をダム全体と見なした場合に、そのダムも重力によって所定の位置に保持されるように、つまりダムの上流面にダムの上部を押さえる張力がないような形状にダムを設計します。設計者がこのようにするのは、垂直方向の張力に抗して材料をくっつけるよりも、基本的に材料を積み重ねただけのダムを作る方が通常はより実用的であるためです。^[要出典]上流面の張力を防ぐ形状は、下流面のバランスをとる圧縮応力も排除し、さらなる経済性をもたらします。

このタイプのダムでは、高い支持力を持つ不浸透性基礎が不可欠です。透水性基礎は、ダムの下に揚力圧力を発生させる可能性が高くなります。揚力圧力は、ダムの底を押し上げる貯水池の水圧によって引き起こされる静水圧です。十分に大きな揚力圧力が発生すると、コンクリート重力ダムの安定性が損なわれるリスクがあります。^{[44] [引用が必要]}

適切な場所では、重力式ダムは他の種類のダムよりも優れた代替手段となる可能性があります。強固な基礎の上に建設された場合、重力式ダムはおそらくダム建設の最も発達した例です。多くの地域では洪水の恐れが強いため、アーチ式ダムの方が経済的である場合でも重力式ダムが建設されることがあります。

重力ダムは「中実」または「中空」に分類され、通常はコンクリートまたは石材で作られています。2 つのうち、中実​​形式の方が広く使用されていますが、中空ダムの方が建設コストが安い場合が多くあります。グランド クーリー ダムは中実重力ダムで、ブラドック ロックス & ダムは中空重力ダムです。^{[引用が必要]}

重力式ダムは、水量が多く、純粋な重力式ダムに使用できる材料が少ない地域では、アーチ式ダムと組み合わせてアーチ重力式ダムにすることができます。ダムが水によって内側に圧縮されると、ダムに作用する横方向 (水平方向) の力が軽減されます。したがって、ダムに必要な重力力が軽減され、ダムをそれほど大きくする必要がなくなります。これにより、より薄いダムが可能になり、資源を節約できます。

堰堤は、開閉してダムを通過する水量を制御できる一連の大きな水門で構成された特殊なダムです。水門は、水荷重を支える役割を果たす両側の支柱の間に設置されており、灌漑システムの水流を制御および安定化するためによく使用されます。このタイプのダムの例として、カリフォルニア州レッドブラフ近郊のサクラメント川にある、現在は廃止されたレッドブラフ分水ダムがあります。

潮の侵入を防いだり、潮流を潮力発電に利用したりするために河口やラグーンに建設される堰堤は潮汐堰堤として知られています。^[45]

堤防ダムは圧縮土で作られ、ロックフィルとアースフィルの 2 つの主なタイプがあります。コンクリート重力式ダムと同様に、堤防ダムは水の力をその重量で抑えます。

固定堤防は川を横切るコンクリート製の防壁です。^[46]固定堤防は航行のために水路の深さを維持するように設計されています。^[47]水上からは見つけにくく、誘導流を発生させて逃げにくいため、ダムの上を航行するボート乗りにとって危険です。^[48]

異なる規模のダムの分類方法は、世界的にも、また米国などの各国でもばらつきがある。ダムの規模は、建設、修理、撤去のコストに影響し、ダムの環境撹乱の潜在的な範囲と規模にも影響を与える。^[49]

国際大規模ダム委員会（ICOLD）は、「大規模ダム」を「最低基礎から頂上までの高さが15メートル（49フィート）以上のダム、または高さが5メートル（16フィート）から15メートルの間で貯水量が300万立方メートル（2,400 エーカーフィート）を超えるダム」と定義しています。^[50]「大規模ダム」は高さが150メートル（490フィート）を超えるダムです。^[51]世界ダム委員会の報告書では、高さが5メートルから15メートル（16フィートから49フィート）で貯水容量が300万立方メートル（2,400 エーカーフィート）を超えるダムも「大規模」のカテゴリーに含めています。^[45] 水力発電ダムは、「高落差」（高さ30メートル以上）または「低落差」（高さ30メートル未満）に分類できます。^[52]

2021年現在^{[アップデート]}、ICOLDの世界ダム登録簿には58,700の大規模ダムの記録が含まれています。^{[53] : 6}世界で最も高いダムは、中国にある高さ305メートル（1,001フィート）の金平一ダムです。^[54]

大規模ダムと同様に、小規模ダムにも、水力発電、洪水防止、貯水など、さまざまな用途があります。小規模ダムは、農場で、例えば乾季に流出水を捕らえて後で使用するために特に役立ちます。^[55]小規模ダムは、人々を移住させることなく利益を生み出す可能性があり、^[56]小規模で分散化された水力発電ダムは、発展途上国の農村開発に役立ちます。^[57]米国だけでも、陸軍工兵隊の ダムの国家目録に含まれていない「小規模」ダムが約2,000,000以上あります。^[58]小規模ダムの記録は州の規制機関によって保管されているため、小規模ダムに関する情報は分散しており、地理的範囲が不均一です。^[52]

世界中の国々は、小水力発電所（SHP）をエネルギー戦略にとって重要とみなしており、SHPへの関心が著しく高まっています。^[59] CoutoとOlden（2018）^[59]は世界的な調査を実施し、82,891の小水力発電所（SHP）が稼働中または建設中であることがわかりました。最大発電容量、ダムの高さ、貯水面積などのSHPの技術的な定義は国によって異なります。

ダムは、その大きさ (通常は「小さい」) により特定の法的規制の対象から除外される場合、管轄外ダムとなります。ダムを「管轄内」または「管轄外」に分類するための技術的基準は、場所によって異なります。米国では、各州が管轄外ダムの定義を定めています。コロラド州では、管轄外ダムは、容量が 100 エーカーフィート以下、表面積が 20 エーカー以下、規則 4.2.5.1 および 4.2.19 で定義された高さが 10 フィート以下の貯水池を形成するダムと定義されています。^{[60]対照的に、}ニューメキシコ州は、管轄ダムを高さ25フィート以上で15エーカーフィート以上を貯水するダム、または高さ6フィート以上で50エーカーフィート以上を貯水するダムと定義しており（NMSA第72-5-32条）、これらの要件を満たさないダムは管轄外であると示唆している。^[61]米国のダムの大部分、合計250万のダムのうち241万は、いかなる公的機関の管轄下にもなく（つまり、管轄外）、国立ダム目録（NID）にも記載されていない。^[62]

小規模ダムは大規模ダムと同様のリスクを負う。しかし、規制がないこと（より規制されている大規模ダムとは異なり）と小規模ダム（つまり管轄外のダム）の目録がないことは、人間と生態系の両方に重大なリスクをもたらす可能性がある。^[62]たとえば、米国国立公園局（NPS）によると、「管轄外とは、ダム安全プログラムに含まれるための連邦ダム安全ガイドラインに記載されている最低基準を満たさない構造物を意味します。管轄外の構造物は危険分類を受けず、NPSダム安全プログラムの下でのさらなる要件または活動の対象にはなりません。」^[63]小規模ダムは個別にも危険（つまり、決壊する可能性がある）である可能性があるだけでなく、集合的にも危険であり、^[64]川沿いまたは地理的領域内の小規模ダムの集合体はリスクを倍増させる可能性がある。グラハムによる1999年の米国のダム決壊による死亡者に関する調査^[65]では、1960年から1998年にかけて6.1メートルから15メートルの高さ（小型ダムの一般的な高さの範囲^[66]）のダム決壊が死亡者の86%の原因であり、6.1メートル未満のダム決壊が死亡者の2%の原因であると結論付けられています。管轄権のないダムは、設計、建設、保守、監視が規制されていないため、危険をもたらす可能性があります。^{[66]学者は、小規模ダムの環境への影響（例えば、川の流れ、温度、堆積物[67] [ 52]} 、および植物と動物の多様性を変える可能性）をよりよく理解するためには、より多くの研究が必要であると指摘しています。

サドルダムは、主ダムによって作られた貯水池を囲むために建設される補助ダムで、より高い水位と貯水量を可能にするか、効率を高めるために貯水池の範囲を制限するかのいずれかを行います。補助ダムは、貯水池の水が逃げる低い場所、つまり「サドル」に建設されます。貯水池は、近くの土地の浸水を防ぐために、堤防と呼ばれる同様の構造物で囲まれることがあります。堤防は、浅い湖から耕作地を再生するためによく使用されます。堤防は、隣接する土地を洪水から守るために川や小川に沿って建設される壁または盛土である堤防に似ています。

堰（「オーバーフローダム」と呼ばれることもあります）は、取水目的で貯水池を作るために河川の水路によく使用される小さなダムで、流量測定や減速にも使用できます。

チェックダムは、流速を下げて土壌浸食を抑制するために設計された小さなダムです。逆に、ウィングダムは、水路を部分的にのみ制限し、堆積物の堆積に抵抗するより速い水路を作成する構造です。

ドライダムは洪水調節構造とも呼ばれ、洪水を制御するために設計されています。通常は水をせき止めず、水路を自由に流しますが、下流で洪水を引き起こすような激しい流れの期間を除きます。

分水ダムは、川の流れの全部または一部を自然な流れから迂回させるように設計されています。水は、灌漑や水力発電のために運河やトンネルに向け直されることがあります。

地下ダムは、地下水を捕らえてその全部または大部分を地表下に貯め、特定の地域で長期間使用するために利用される。場合によっては、淡水帯水層への塩水の侵入を防ぐために建設されることもある。地下ダムは、砂漠や沖縄の福里ダムのような島など、水資源が少なく効率的に貯水する必要がある地域に建設されるのが一般的である。アフリカ北東部とブラジルの乾燥地帯で最も一般的であるが、米国南西部、メキシコ、インド、ドイツ、イタリア、ギリシャ、フランス、日本でも使用されている。 ^[68]

地下ダムには、「地下ダム」と「砂貯留ダム」の 2 種類があります。地下ダムは、不浸透層 (固い岩盤など) から地表のすぐ下までの帯水層または排水路を横切って建設されます。レンガ、石、コンクリート、鋼、PVC など、さまざまな材料で構築できます。建設後、ダムの後ろに貯留された水は地下水位を上昇させ、その後井戸で汲み上げられます。砂貯留ダムは、小川またはワジを横切って段階的に建設される堰です。洪水で堤防の頂上が押し流されるため、強度が必要です。時間の経過とともに、ダムの後ろに砂が層状に蓄積され、水を貯留し、最も重要なこととして、蒸発を防ぐのに役立ちます。貯留された水は、井戸、ダム本体、または排水管によって汲み上げることができます。^[69]

尾鉱ダムは、鉱石の非経済的な部分から価値ある部分を分離した後に採掘作業中に生成される尾鉱を貯蔵するために使用される、通常、土で満たされた盛土ダムです。従来の貯水ダムはこの目的を果たすことができますが、コストの観点から、尾鉱ダムの方が現実的です。貯水ダムとは異なり、尾鉱ダムは特定の鉱山の寿命を通じて連続的に持ち上げられます。通常、ベースダムまたはスターターダムが建設され、尾鉱と水の混合物で満たされると、ダムが持ち上げられます。ダムの持ち上げに使用される材料には、尾鉱（サイズによって異なります）と土壌が含まれます。^[70]

隆起型鉱滓ダムには、「上流」、「下流」、「センターライン」の 3 つの設計があり、隆起中の頂部の動きに応じて名前が付けられています。使用される特定の設計は、地形、地質、気候、鉱滓の種類、およびコストによって異なります。上流型鉱滓ダムは、別の鉱滓ダムの上に、頂部からつま先まで台形の堤防を建設し、頂部をさらに上流に移動させます。これにより、比較的平坦な下流側と、貯留池内の鉱滓スラリーによって支えられたギザギザの上流側が形成されます。下流型設計とは、盛土と頂部をさらに下流に配置する盛土の連続的な隆起を指します。センターライン型ダムは、連続した盛土ダムを別の盛土ダムの上に直接建設し、盛土は下流側に支持用に配置され、スラリーは上流側を支えます。^{[71] [72]}

尾鉱ダムは採掘プロセスで発生する有毒化学物質を貯蔵することが多いため、現代の設計では浸透を防ぐために不浸透性のジオメンブレンライナーが組み込まれています。 ^[73]尾鉱池の水/スラリーレベルは安定性と環境上の目的のためにも管理する必要があります。^[72]

鋼鉄ダムは、20 世紀初頭に短期間実験されたダムの一種で、構造として鋼板 (斜め) と荷重支持梁を使用します。鋼鉄ダムは恒久的な構造物として意図され、石積み、コンクリート、土工よりも安価で、木造のクリブ ダムよりも頑丈な建設技術を考案できるかどうかを調べる (失敗した) 実験でした。

木材ダムは、建設が容易で速かったため、産業革命の初期や辺境地域で広く使用されていました。木材ダムは、比較的寿命が短く、建設できる高さも限られているため、現代ではほとんど建設されませんが、樽と同様に、水分保持特性を維持し、腐敗による劣化を抑えるために、常に湿った状態にしておく必要があります。木材ダムを建設するのに最も経済的な場所は、木材が豊富で、セメントが高価または輸送が困難で、低落差転流ダムが必要であるか、寿命が問題にならない場所です。木材ダムはかつて、特に北米西部で多数ありましたが、そのほとんどは故障するか、土盛りの下に隠されるか、まったく新しい構造物に置き換えられました。木材ダムの一般的な 2 つのバリエーションは、「クリブ」と「プランク」でした。

木製クリブダムは、ログハウスのように重い木材または整えられた丸太で建設され、内部は土または瓦礫で満たされていました。重いクリブ構造は、ダムの表面と水の重量を支えました。スプラッシュダムは、 19 世紀後半から 20 世紀初頭にかけて、丸太を下流に流すために使用された木製クリブダムでした。

「木板ダム」は、重い木材を使って板を並べて水を貯めるというさまざまな建設方法を採用した、より優雅な構造物でした。

コッファダムは、通常は水没しているエリアから水を遮断するために建設される、通常は一時的な障壁です。コッファダムは、通常、木材、コンクリート、または鋼板杭で作られ、恒久的なダム、橋梁、および同様の構造物の基礎の建設を可能にするために使用されます。プロジェクトが完了すると、そのエリアに継続的なメンテナンスが必要でない限り、コッファダムは通常、取り壊されるか、取り除かれます。（土手道と擁壁も参照。）

コッファダムの一般的な用途には、海上石油プラットフォームの建設と修理が含まれます。このような場合、コッファダムは鋼板から製造され、水中で溶接されます。空間に空気が送り込まれ、水が排除され、水面下の作業環境が乾燥します。

ダムは自然の地質学的力によって形成されることもある。溶岩ダムは、多くの場合玄武岩質の溶岩流が小川や湖の出口の経路を遮り、自然の貯水池を形成することによって形成される。一例としては、約180万～1万年前のウインカレット火山地帯の噴火が挙げられ、米国アリゾナ州北部のコロラド川に溶岩ダムを形成した。最大の溶岩湖は、ダムが決壊する前に長さが約800 km（500マイル）にまで成長した。氷河活動によっても自然のダムが形成されることがある。例えば、モンタナ州のクラークフォークはコルディレラ氷床によって堰き止められ、最終氷河期の終わり近くに7,780 km ²（3,000平方マイル）のミズーラ氷河湖が形成された。氷河が残したモレーン堆積物によって川がせき止められ、モンタナ州のフラットヘッド湖のように湖が形成されることもあります (モレーンせき止め湖を参照)。

地震や地滑りなどの自然災害により、地質が不安定な山岳地帯では地滑りダムが頻繁に形成される。歴史的な例としては、ムルガブ川をせき止めてサレス湖を形成したタジキスタンのウソイダムが挙げられる。高さ560メートル（1,840フィート）のこのダムは、自然ダムと人工ダムの両方を含めて世界で最も高いダムである。より最近の例としては、パキスタンのフンザ川の地滑りによって形成されたアッタバード湖が挙げられる。

天然ダムは、人間の居住地やインフラに重大な危険をもたらすことが多い。ダム湖は居住地域を浸水させることがよくあるが、ダムが壊滅的に決壊すると、さらに大きな被害をもたらす可能性がある。 1927年にワイオミング州西部のグロスヴァントルで発生した地滑りでは、ケリーの町が壊滅し、6人が死亡した。

ビーバーは主に泥や木の枝でダムを作り、特定の居住可能なエリアを水浸しにします。土地を水浸しにすることで、ビーバーは地表の下や地表近くを移動でき、比較的うまく隠れたり、捕食者から守られたりします。また、水浸しのエリアは、特に冬の間、ビーバーが食べ物にアクセスできる場所でもあります。

2005年現在^{[アップデート]}、水力発電は主にダムから供給されており、世界の電力の約19％、再生可能エネルギーの63％以上を供給しています。^[74]その多くは大規模なダムによって発電されていますが、中国は小規模な水力発電を広範囲に使用しており、この種の電力の世界使用量の約50％を占めています。^[74]

ほとんどの水力発電は、ダムに貯められた水の位置エネルギーによって水車と発電機を駆動することで行われています。ダムの発電能力を高めるために、水はタービンの前にある水圧管と呼ばれる大きなパイプに通されることがあります。この単純なモデルのバリエーションでは、揚水式水力発電を使用して、異なる標高の貯水池間で水を移動させることにより、需要の高低に合わせて電力を生成します。電力需要が低いときは、余剰の発電能力を使用して水を高い貯水池に汲み上げます。需要が高まると、水はタービンを通じて低い貯水池に戻されます。(例として、ディノウィグ発電所を参照してください。)

放水路は、ダムの上流側から下流側に水を流すために設計されたダムの一部です。多くの放水路には、放水路を通る水流を制御するために設計された水門があります。放水路にはいくつかの種類があります。「サービス放水路」または「主放水路」は通常の水流を流します。「補助放水路」は、サービス放水路の容量を超える水流を流します。「緊急放水路」は、サービス放水路の重大な故障などの極端な状況のために設計されています。「ヒューズ プラグ放水路」は、大洪水が発生した場合に越流して流されるように設計された低い堤防です。ヒューズ プラグの要素は、独立した自立型ブロックで、並んで配置され、リモート コントロールなしで機能します。例外的なイベントのために徐々に排水されるように設計されているため、ダムの安全性を損なうことなく、ダムの通常の水位を上げることができます。通常の洪水では、オーバーフローを許可することで、固定堰として機能することもあります。

放水路は、キャビテーションや乱流などの水の流れによって徐々に侵食され、破壊に至る。1889年にペンシルベニア州ジョンズタウンのサウスフォークダムが越水し、ジョンズタウン洪水（「1889年の大洪水」）を引き起こしたのは、放水路の設計と魚よけスクリーンの設置が不十分だったためである。 ^[75]

侵食率は頻繁に監視され、通常、洪水吐の下流面をオジー曲線などの乱流を最小限に抑える曲線に成形することでリスクは最小限に抑えられます。

これらの目的の中には相反するものもあり、ダム運営者はダイナミックなトレードオフを行う必要がある。例えば、発電と給水は貯水池の水位を高く保ち、洪水防止はそれを低く保つ。降水量が年間サイクルで変動する地域の多くのダムでは、これらの異なる目的のバランスを取るために貯水池の水位も毎年変動する。ダム管理は、競合する利害関係者の間で複雑な作業となる。^[79]

ダムを建設するのに最適な場所の 1 つは、深い川の谷の狭い部分です。谷の側面は自然の壁として機能します。ダム構造の主な機能は、川の水路によって残された自然の貯水池ラインの隙間を埋めることです。通常、必要な貯水容量に対して隙間が最小限になる場所がダム建設地となります。最も経済的な配置は、土手に囲まれた石積みダムなどの複合構造であることが多いです。水没する土地の現在の用途は、不要である必要があります。

ダムを建設する際に考慮すべき その他の重要な工学および地質学上の考慮事項には、次のものがあります。

• 周囲の岩石や土壌の透水性
• 地震断層
• 地すべりと斜面の安定性
• 地下水位
• ピーク時の洪水流量
• 貯水池の沈泥
• 河川漁業、森林、野生生物への環境影響（魚道も参照）
• 人間の居住地への影響
• 浸水した土地の補償と住民の移住
• 計画されている貯水池エリアからの有毒物質と建物の除去

影響は、ダムから生じる人間社会への利益（農業、水、被害防止、電力）、自然と野生生物への害または利益、地域の地質への影響（水の流れと水位の変化が安定性を増すか低下させるか）、および人間の生活への混乱（移転、水中の考古学的または文化的遺物の損失）など、いくつかの方法で評価されます。

ダムの背後にある貯水池は、川の多くの生態学的側面に影響を与えます。川の地形とダイナミクスは、幅広い流れに依存しますが、ダムの下流の川では、放水と放水停止が繰り返されることによって、長期間にわたって非常に安定した流れの状態や鋸歯状の流れのパターンが発生することがよくあります。タービンから排出される水を含む貯水池からの放水には通常、浮遊堆積物がほとんど含まれておらず、これが今度は川床の洗掘や川岸の消失につながる可能性があります。たとえば、グレンキャニオンダムによって引き起こされる毎日の周期的な流れの変動は、砂州の 浸食の一因でした。

古いダムには魚道がないことが多く、多くの魚が上流の自然繁殖地まで移動できず、繁殖サイクルの失敗や回遊経路の遮断を引き起こします。^{[80]魚道があっても、上流の}産卵地に到達する魚の減少を防ぐことはできません。^[81]一部の地域では、幼魚（「スモルト」）が一年の一部の期間、はしけで下流に運ばれます。水生生物への影響が少ないタービンや発電所の設計は、活発に研究されている分野です。

しかし同時に、特定のダムは、ある種の魚類やその他の水生生物にとってより良い条件の確立に貢献する可能性がある。研究では、本流の貯水池から下流に向かう支流が重要な役割を果たし、それが地域の環境条件や各生物群のベータ多様性パターンに影響を与えていることが実証されている。^[82]魚類（平均 = 0.77）と植物プランクトン（平均 = 0.79）の総ベータ多様性の値が高くなるのは、置換と豊富さの違いによるが、その相対的な重要性は、両方の生物群の置換要素とより関連していた（それぞれ平均 = 0.45と0.52）。^[82] de Almeida、RA、Steiner、MTAらが実施した研究では、ダム建設後に一部の種の個体数が30％以上減少したのに対し、他の種の個体数は28％増加したことが判明した。^[83]このような変化は、魚類が「異なる摂食習慣を獲得し、ほぼすべての種が複数のグループに分かれて生息するようになった」という事実によって説明できるかもしれない。^[83]

大規模なダムは、その地域の絶滅危惧種や未発見の種を含む生態系全体の喪失や、新たな内陸湖による元の環境の置き換えを引き起こす可能性がある。その結果、ダム建設は様々な国で反対されており、タスマニアのフランクリンダム計画など、環境保護主義者の運動を受けて中止された計画もある。^[84]

ダムの背後に形成された大きな貯水池は、水負荷や地下水位の変化により、地震活動に寄与していると指摘されている。しかし、これは誤った仮定である。なぜなら、水負荷に起因する比較的限界的な応力は、地震の力よりも桁違いに小さいからである。水負荷による応力の増加は、地球の地殻を破壊するには不十分であり、したがって地震の激しさを増大させるものではない。^[85]

ダムは地球温暖化にも影響を与えることがわかっています。^[86]貯水池の水位の変化は、メタンなどの温室効果ガスの発生源となります。^[87]ダムとその背後の水は地球の表面のほんの一部を覆っているだけですが、大量の温室効果ガスを排出する生物活動の拠点となっています。^[88]

ダムが人間社会に与える影響は大きい。ニック・カラーザーは著書『ハングリー・ワールド：アジアの貧困に対するアメリカの冷戦の戦い』の中で、ダム建設には国家が公共の利益の名の下に人々を強制的に移住させることが必要であり、計画者による大衆への虐待につながることが多いと主張している。カラーザーは、1960年にインドの内務大臣モラルジ・デサイがポン・ダムに憤慨した村人たちに、協力しなければ「水を放出」して村人たちを溺れさせると脅したことを引用している。^[89]

中国揚子江の三峡ダムはフーバーダム（米国）の5倍以上の規模で、長さ600キロメートル（370マイル）の貯水池を作り、洪水調節と水力発電に利用している。その建設には、100万人以上の家屋の喪失と大規模な移転、多くの貴重な考古学的および文化的遺跡の喪失、そして著しい生態系の変化が必要だった。^[90] 2010年の中国洪水の際、このダムは壊滅的な洪水を食い止め、巨大な貯水池の水位は一晩で4メートル（13フィート）上昇した。^[91]

2008年には、ダム建設の結果、世界中で4,000万～8,000万人が家を追われたと推定されている。^[92]

水力発電所の建設には、敷地調査、水文学的調査、環境影響評価に長い準備期間が必要であり、炭素ベースの発電と比較して大規模なプロジェクトです。水力発電用に経済的に開発できる敷地の数は限られており、新しい敷地は人口密集地から遠く離れている傾向があり、通常、広範囲にわたる送電線が必要です。水力発電は、降雨量、地下水位と地表水位、氷河の融解の変動など、気候の大きな変化の影響を受けやすく、水量が少ない年に十分な電力を確保するための追加設備投資が必要になります。

水力発電は、一度完成すれば、適切に設計され、適切に維持されていれば、比較的安価で信頼性が高いのが普通です。燃料を必要とせず、漏洩リスクも低く、クリーンなエネルギー源として原子力や風力よりも安価です。^[93]風力に比べて、必要に応じて水を貯蔵し、需要に応じて高レベルの電力を生成するように制御しやすいです。

いくつかのプラスの効果があるにもかかわらず、ダムの建設は河川生態系に深刻な影響を及ぼし、水文学的変化の一環として河川生態系の劣化につながります。^[94]貯水池とダムの悪影響を軽減する主な方法の1つは、人間の水需要と河川生態系の保護の矛盾を解決するために、最新の自然ベースの貯水池最適化モデルを実装することです。^[94]

川からダムを撤去することで、水と土砂の流れを回復することができます。ダムが古く、維持費が撤去費用を上回る場合、ダムの撤去が適切であると考えられます。^[95]ダム撤去の影響としては、貯水池の土砂の浸食、下流への土砂供給の増加、川幅の拡大と川の蛇行、自然な水温の回復、ダムのせいで以前は利用できなかった生息地の再定着などがあります。^[95]

世界最大のダム撤去は、米国ワシントン州のエルワ川で行われた（エルワ川の復元を参照）。2011年から2014年の間に、合わせて約30 Mtの堆積物を貯留していたエルワダムとグリネスキャニオンダムの2つのダムが撤去された。 ^{[95] [96]}その結果、下流の川とデルタへの堆積物と木材の供給が再開された。貯水池に貯蔵されていた堆積物の約65％が浸食され、そのうち約10％が川底に堆積した。残りの約90％は海岸に運ばれた。全体として、新たな堆積物の供給により約60 haのデルタの成長が引き起こされ、川の蛇行も増加した。^[96]

ダムの崩壊は、構造が破壊されたり、著しく損傷したりした場合には、一般的に壊滅的です。大型ダムの内部および周囲の排水溝からの浸出や変形を定期的に監視することは、問題を予測し、構造的な崩壊が発生する前に修復措置を講じるのに役立ちます。ほとんどのダムには、そのような問題が発生した場合に貯水池を下げたり、排水したりできるメカニズムが組み込まれています。別の解決策としては、岩石グラウト (ポートランドセメントスラリーを圧力ポンプで 弱い破砕岩に注入する) があります。

武力紛争の際、ダムは、破壊の恐れにより民間人と環境に甚大な影響を及ぼすことから、「危険な力を保有する施設」とみなされます。そのため、ダムは国際人道法(IHL) の規則によって保護されており、民間人に重大な損失をもたらす可能性がある場合は攻撃の対象にはなりません。識別を容易にするために、IHLの規則では、同じ軸上に配置された 3 つの明るいオレンジ色の円で構成される 保護標識が定義されています。

ダム決壊の主な原因としては、不十分な放水路容量、堤防、基礎、橋台を通る配管、放水路の設計ミス（サウスフォークダム）、貯水中の水位変化や不十分な測量による地質不安定性（ヴァヨント、マルパッセット、テスタリンデンクリークダム）、特に放水管の保守不良（ローンレイクダム、ヴァルディスタヴァダム決壊）、異常な降雨（シャキドールダム）、地震、人為的、コンピューターまたは設計ミス（バッファロークリーク洪水、デールダイク貯水池、タウムソーク揚水発電所）などが挙げられます。

ダムの故意の破壊の注目すべき事例（上記の判決以前）は、第二次世界大戦中のイギリス空軍による ドイツへの「ダム破壊作戦」 （コードネーム「チャスタイズ作戦」）であり、この襲撃では、ドイツのインフラ、ルール川とエーダー川に由来する製造および発電能力に損害を与えるために、3 つのドイツのダムが破壊対象として選定された。この襲撃は、後にいくつかの映画の題材となった。

2007 年以来、オランダのIJkdijk財団は、オープン イノベーションモデルと堤防/防護壁の破損に関する早期警報システムを開発しています。開発の一環として、IJkdijk フィールドラボで実物大の堤防が破壊されています。破壊プロセスは、国際的な企業グループと科学機関のセンサー ネットワークによって監視されています。

•  汚染源の周囲の擁壁
• グラウトカーテン – 建設におけるバリア
• 氷のダム – 川の氷の蓄積
• インフレータブルラバーダム
• 国際大ダム委員会
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• 潮汐堰堤の一覧
• 水門（水上航行）  - ボートや船を上げ下げするための装置
• 貯水池の安全性 - 貯水池ダム決壊のリスク防止

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• 重力ダム解析
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