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ダムとは、水をせき止めたり、水の流れを制限したりする構造物です。ダムは大きく4つの種類に分類されます。重力ダムは、コンクリートや石材でできた巨大な構造物で、その自重によってせき止められた水の力に抵抗します。盛土ダムは、岩、粘土、砂、土、砂利などでできた大きな土塁です。バットレスダムは、傾斜したコンクリート面が下流側で一連の三角形の控え壁によって支えられています。アーチダムは、湾曲したコンクリート壁を使って水の重さを周囲の谷壁に伝えます。
ダムは、灌漑、水力発電、給水、洪水対策、レクリエーション、内陸水運、養殖など、様々な用途に利用されています。中でも灌漑はダムの重要な用途の一つであり、世界の耕作地の約20%はダムによって貯水された貯水池の水を利用して灌漑されています。ダムは水力発電を行い、クリーンで再生可能な電力源を提供するとともに、家庭用や産業用の水も供給します。
初期のダムとしては、紀元前3000年頃に建設された現代のヨルダンのジャワダムが挙げられる。ヒッタイト帝国は紀元前17世紀から13世紀にかけて、現代のトルコにいくつかのダムを建設した。紀元1世紀には、ローマ帝国が石積みの重力式ダムの建設を開始した。これは通常、上流側と下流側の両方に垂直な面を持つ。中世ヨーロッパでは、ダムは製粉や鉱業のための水車を動かす動力源として利用された。ダムの設計プロセスは、18世紀後半に非公式な慣習から科学に基づいた工学分野へと変化し始めた。20世紀には、コンクリートと大型建設機械が広く普及したことで、世界中で多くの大規模ダムプロジェクトが実現した。
ダムで最も目に見える部分は水をせき止める堰堤ですが、ほとんどのダムには重要な機能を果たすその他の構造物が含まれています。ダムが航行可能な河川を遮断する場合、船舶の通行を可能にするために閘門が設計に組み込まれることがあります。魚道は、魚が上流へ遡上できるようにするために多くのダムに設けられています。余剰貯水池の水を安全に下流へ放流し、壊滅的な氾濫を防ぐために、放水路が設けられることがよくあります。ダムの放水路は、貯水池の水を部分的に排水して堆積物を除去したり、メンテナンスを行ったり、下流への水量を増やしたりすることを可能にします。
ダムは、安全上の危険がある場合、ダムが本来の目的を果たさなくなった場合、魚の回遊経路を回復させるため、あるいは堆積物の流れを改善して下流の河川の健全性を向上させるためなど、さまざまな理由で意図的に撤去されることがあります。ダムは時折決壊し、洪水や人命の損失を引き起こします。安全なダムの設計を規定する多くの原則は、ダムの決壊から得られた教訓に基づいて開発されてきました。
一般的に、「ダム」という言葉は、水を貯留したり洪水を防いだりする構造物全般を指します。[ 1 ] [ a ]土木工学 の分野では、この言葉は通常、水を貯留したり水位を上げたりする構造物に限定されます。[ 4 ] [ b ]本稿では後者の定義を採用しているため、河岸の堤防や堰堤、および水位を上げずに流れる河川の一部を迂回させる分水ダムは除外します。
英語の「dam」という単語は中英語に見られ、ゲルマン語派の中低ドイツ語、中期オランダ語、古ノルド語のdamに遡ります。この単語の語源には、ゴート語のfaur-dammjan（「塞ぐ」）とインド・ヨーロッパ祖語の語根* dhē-（「設置する、置く」）が含まれます。[ 9 ]
人工ダムは、構造の種類によって、盛土ダム、重力ダム、バットレスダム、アーチダム、複合ダムに分類されます。自然ダムには、岩盤ダム、火山ダム、ビーバーダムなどがあります。[ 10 ]
最も一般的なダムの種類は、岩、粘土、砂、砂利、土などの圧縮された天然材料から構築され、幅広く盛り上がった障壁を形成する盛土ダムです。[ 12 ] [ c ] 使用される主要な材料に応じて、ロックフィルまたはアースフィルに分類されます。[ 14 ]最大の盛土ダムには、タルベラダム、 ヌレクダム、チコアセンダムなどがあります。[ 15 ]
盛土ダムは地元で入手可能な材料で建設できるため、輸入岩石や高価なセメントを必要とするコンクリートダムよりも建設コストが低くなります。また、広い底面によって重量がより広い面積に分散されるため、軟弱な地盤にも建設できます（岩盤基礎を必要とする重い重力ダムとは対照的です）。[ 16 ]
盛土ダムの主な欠点は、本質的に透水性であるため、水がダムを通過したり、ダムの下に浸透したりする可能性があることです。[ 17 ]浸透を軽減するための対策としては、ダムの下に排水システムを設置すること、ダムの下の土壌にグラウトを注入すること、ダム内に垂直な不透水性材料の層を設けることなどがあります。 [ 18 ]不透水性層を設ける場合、粘土、セメント、またはアスファルトでできている場合があります。[ 19 ] [ d ] 浸透を適切に軽減しないと、「パイピング」によってダムが崩壊する可能性があります。これは、水がダムの小さな水路を通って（または下を）流れ始め、それが徐々に拡大してダムに大きな穴が開くまで続きます。[ 21 ]
初期の堤防ダムは単一種類の土で建設されることが多かったが、16 世紀半ばから、技術者は複数の種類の材料を層状に重ねて使用し始めた。[ 22 ] [ e ] 典型的なゾーンパターンは、粘土の中央部（川床からダムの頂上まで伸びる垂直の壁）があり、上流側と下流側の両方に緩やかに傾斜した土の堤防があり、両面が大きな岩で覆われている。[ 24 ]上流側の面にある大きな岩は、構造物を波の作用から保護する。[ 25 ] 1970 年代には、コンクリート面ロックフィルダム (CFRD) 設計が考案された。これは、上流側の面にコンクリートスラブがあり、防水ジョイントで密閉された岩石充填堤防ダムである。[ 26 ] [ f ]
重力ダムは、上流の水の力に抵抗するために自重を利用します。歴史的に、重力ダムは石、レンガ、または瓦礫をモルタルで結合した石積みで建設されていましたが、現代の例のほとんどはすべてコンクリートで作られています。[ 30 ] [ h ] コンクリートのコストは、盛土ダムで使用される土砂よりもはるかに高いため、重力ダムは一般的に高価です。コストを削減する方法の1つは、ダムの安定性と強度が損なわれない限り、ダム内部に中空のチャンバーを組み込むことです。[ 32 ] [ i ]有名な重力ダムには、グランデ・ディクセンス・ダムとグランド・クーリー・ダムがあります。[ 34 ]
重力ダムの頂部（上部）は、一般的に、ダムが横断する谷の壁の間に伸びる直線です。頂部が湾曲している場合（曲線の凸面は常に上流側を向いています）、アーチ重力ダムと呼ばれます（後述）。[ 35 ] [ j ] [ k ]重力ダムの断面は、谷底に平らな底面があり、頂部で接する2つの傾斜面（上流側と下流側）がある、おおよそ三角形です。[ l ]ダムが安定し、転倒しないようにするには、断面は中央3分の1ルールに適合する必要があります。このルールは、ダムに作用する力（重力、水圧など）が、底面の下流側の端付近ではなく、底面の中央部分に正味の力を発生させる必要があることを示しています。[ 38 ]重力ダムの厚さと傾斜も、安定性を確保するために慎重に設計する必要があります。非越流重力ダムの場合、基礎の厚さは高さの約 70 ～ 85% にする必要があります。[ 39 ] [ m ]下流面の傾斜 (傾斜度、水平距離/垂直距離として測定) は通常 0.75 ～ 0.8 であり、上流面の傾斜は垂直または最大 0.05 である必要があります。[ 40 ] [ n ]
重力ダムは非常に重いため、岩盤の上に設置する必要があります。土の上に重力ダムを建設すると、土が圧縮され、ダムが沈下し、ひび割れて崩壊する可能性があります。[ o ]岩盤にひび割れや欠陥がある場合は、グラウトを注入するか、コンクリートプラグを設置して準備する必要があります。[ 43 ]設計者が対処しなければならない懸念事項は「揚力」です。ダム構造の下に水が浸透すると、水圧によってダム構造に極端な上向きの力が加わり、漏水やダムの崩壊につながる可能性があります。このリスクは、ダムの下にグラウトカーテン（ダムの下に水が浸透するのを防ぐ）と、圧力が上昇したときに水を排出するダム下の排水システムを使用することで軽減できます。[ 44 ]
バットレスダムは、傾斜した上流面が下流側で多数の三角形のバットレスによって支えられている構造です。[ p ] ほとんどのバットレスダムはコンクリート製です。[ 48 ]重力ダム（上流面がほぼ垂直）とは異なり、バットレスダムの上流面は傾斜しており、通常0.2～1.67の傾斜があります。[ 45 ] [ n ]下流面の傾斜は通常0.09～0.8の範囲です。[ 45 ] [ n ] 貯水池の水の三角形の断面がダムに下向きに圧力をかけ、ダムを地面に押し込み、安定性を高めます。[ 45 ]有名なバットレスダムには 、イタイプダム、 ルセンドロダム、 アルマシラダムなどがあります。[ 49 ]
バットレスダムは、同等の重力ダムに比べてコンクリートの使用量がはるかに少ないが、建設工程がより複雑になるため、コスト削減分が相殺される。[ q ] バットレスダムは重力ダムほど強度が高くなく、低い高さにしか適していない。バットレスダムは重力ダムに比べて設置面積（ダム構造物が載る地面の面積）がはるかに小さいため、ダムの下の水による揚力に関連するリスクはバットレスダムの方が低い。[ 51 ]
個々の控え壁は互いにわずかに動くことがあります。ダムの上流面がコンクリートの塊であった場合、控え壁の動きによって大きな応力が発生し、上流面がひび割れる可能性があります。これを軽減するために、上流面は控え壁ごとに1つずつ、複数の部分に分割されており、これらは「控え壁ヘッド」と呼ばれています。隣接する控え壁ヘッドは通常、隙間によって隔てられており、その隙間は柔軟なシールで満たされています。[ 52 ]
アーチダムは、堰き止められた水の力を水平方向に谷壁に伝える湾曲したコンクリート構造物です。この設計は、力を基礎に下向きに伝える重力式ダムやバットレス式ダムとは異なります。[ 53 ]アーチダムは比較的薄く、基部の厚さは高さの半分以下で、[ k ]石積みまたはコンクリートでできています。[ 56 ]アーチダムがなす中心角は、比較的浅いか、ほぼ半円形で、46度から140度の範囲です。[ 57 ] [ s ] 有名なアーチダムには、紅林ダム、 火峡ダム、モイリーダム、コントラダムなどがあります。[ 59 ]
アーチダムはすべて湾曲していますが、さまざまな形状をとることができます。古いアーチダムのほとんどは、垂直円筒の断面に似た「一定半径」形状を使用していました。[ 60 ] [ t ] より複雑な形状は、「一定角度」形状で、頂上から底部に向かって半径が徐々に減少します。[ u ] ダムの形状を最大強度に最適化するための研究により、ダム技術者は1914年から多くのアーチダムに一定角度形状を採用するようになりました。[ 61 ]もう1つの形状は「二重湾曲」で、ドームの断面に似ており、垂直方向と水平方向の両方に曲率を取り入れることで定義されます。[ 62 ]
アーチダムの曲率の形状に関わらず、アーチは貯水池の水の重量を谷壁に伝達しなければなりません。アーチダムは、巨大な力に耐えられる強固で急峻な岩壁のある狭い谷にのみ建設できます。一部のダムでは、荷重を安全に伝達するために、アーチと谷壁の間にコンクリート製の橋台を建設する必要があります。 [ 63 ] [ r ]
ダムの中には、基本的なダム構造の 2 つの特徴を組み合わせたものがあります。アーチ重力ダムは、アーチダムと重力ダムの特徴を組み合わせたものです。全体の形状はアーチですが、ダムの基部の厚さが高さの半分以上であるため、重力ダムに特徴的な重量と設置面積を持つ真のアーチダムではありません。[ 64 ] [ v ] [ k ]
多重アーチダム[ w ]は、アーチダムとバットレスダムの特徴を組み合わせたものです。バットレスダムに似ていますが、上流面は平坦ではなく、多数の小さなアーチダムで構成されています。各アーチは、隣接する一対のバットレスを接続します。[ 67 ] [ x ]
堰堤と は、ダム構造に放水路が組み込まれており、放水路を流れる水量を複数のゲートで調整するダムのことである。 [ 5 ]堤防や土手は、盛土ダムと同じ設計であるが、ダムは谷に横向きに設置されるのに対し、一般的に河川や海の岸に沿って築かれるため、厳密にはダムではない。 [ 8 ]
すべてのダムが人間によって作られるわけではありません。自然のダムは、岩崩れ、溶岩流、ビーバーのダム建設行動などのプロセスによって形成される障壁です。[ 71 ]
岩崩れダムは、岩が谷に滑り落ちて川の流れをせき止め、上流側に湖を形成することでできる自然のダムです。[ 72 ]世界中には何千もの岩崩れダムがあり、2010年にパキスタンで作られたアッタバード湖もその一つです。[ 72 ]岩崩れダムは、決壊して決壊洪水を引き起こすと、壊滅的な人命損失を引き起こす可能性があります。1786年に中国で、大渡河に地震によって岩崩れダムができ、10日後に決壊して10万人が死亡しました。[ 73 ]決壊洪水のリスクは、岩崩れダムに放水路を建設して水位を下げることで軽減できます。[ 73 ]技術者は、岩崩れダムを新しいダムを建設するための基礎として利用してきました。[ 74 ]まれに、技術者は山腹で爆破を行い、岩崩れを誘発して粗雑な盛土ダム、いわゆる「爆破盛土ダム」を造ることがある。[ 75 ]
火山ダムは火山活動の結果であり、溶岩流、泥流堆積物、火砕流、またはその他の堆積物からダムが形成されることがある。[ 76 ]約13,000年前の火山活動により、カナダの溶岩ダムであるザ・バリアが形成され、ガリバルディ湖が堰き止められた。[ 77 ]
ビーバーダムは、ビーバーが小川に建設する構造物です。ビーバーは夜間に前足と歯で泥、石、枝を運び、ダムを建設します。ダムは池を作り、捕食者から身を守り、食料へのアクセスを容易にします。ダムの中には、ビーバーが住むことができる巣（ダム内部に作られた部屋）があるものもあります。ビーバーダムは、他の種のための新しい生息地を作り出すように地域の環境を変化させるため、ビーバーはキーストーン種であり、生態系エンジニアです。[ 78 ]
ダムの主な用途には、灌漑、水力発電、 給水、 洪水管理、 レクリエーション、 内陸水路航行、 養殖などがあります。[ 80 ]多くのダムは「多目的ダム」と呼ばれ、 2つ以上の主要な機能を担っています。[ 81 ]
灌漑はダムの重要な用途の一つです。世界の耕作地の約20%は、ダムによって貯水された貯水池の水で灌漑されています（2022年時点）。[ 82 ] ダムは、貯水池から灌漑用水路へ直接水を送るだけでなく、「乾季放流」によっても灌漑を支えることができます。ダムは雨季に水を貯め、乾季に下流に放流することで、年間を通して河川に水を確保します。[ 83 ]
水力発電は、水力発電という形でクリーンで再生可能なエネルギーを提供します。2024年現在、世界の水力発電容量は世界の電力供給の約14%を占めています。[ 84 ] 2006年現在、世界の貯水池の総貯水容量の80%以上が水力発電に使用されています。[ 85 ] 2006年現在、世界最大の40の貯水池には世界の貯水池の40%が貯水されており、そのうち90%が水力発電に使用されています。[ 85 ] 一部の気候では、水力発電ダムは年間緩衝システムとして機能します。雨季に貯水池を満水にし、乾季（通常は気温が高く、エアコンを稼働させるために電力が必要になる時期）に水を放流して発電することができます。[ 86 ]
水力発電ダムの中には揚水機能を備えているものもあります。これらのダムは余剰電力（例えば、晴れた日の太陽光発電）を消費してポンプを駆動し、低い貯水池から高い貯水池へ水を汲み上げます。電力網がより多くの電力を必要とする場合（例えば、曇りの日）、水を放流してダムの発電機を稼働させ、水力発電を行うことができます。[ 86 ]揚水機能は24時間サイクルで使用できます。夜間、地域の電力使用量が少ないときは、従来の電源（原子力、石油）でポンプを駆動して貯水池に水を汲み上げ、日中のピーク消費時間帯には、ダムの発電機を通して水を放流して発電することができます。[ 86 ]
家庭用および工業用の水供給は、大型ダムの3番目に多い用途です。2025年には、3,394の大型ダムがこの用途に使用されていました。[ 79 ] 工業用水の使用量は家庭用水の約2倍ですが、貯水池から取水された水の一部（冷却目的のみに使用される水など）は河川系に戻されます。[ 87 ]
洪水管理は多くのダムの重要な機能です。[ 88 ] 2025年には、洪水管理を目的とした大型ダムが世界に2,510基ありました。[ 79 ]これらのダムは、すべての洪水が下流に到達するのを 防ごうとするのではなく、洪水のピーク水位（高さ）を安全な限界まで下げようとします。洪水は非常に予測不可能であるため、これらの目標は通常、長い再現期間に基づく統計的マージンとして表現されます。たとえば、ダムは100年に1回の洪水を安全に制御することを目標として設計される場合があります。[ 88 ]気候変動により洪水リスクが増加すると予測されているため、ダムの洪水制御の利点は21世紀にますます重要になる可能性があります。[ 89 ]
多くのダムは、貨物を運ぶはしけを含む輸送を支えるのに十分な水位を維持する目的で河川に建設されています。これらのダムは通常低く、水路で貨物を輸送する必要のある産業の近くにあります。[ 90 ]他のダムは、レクリエーションや養殖を支援することを主な目的として設計されています。[ 90 ]
尾鉱ダムは、鉱山操業で発生する廃棄物である尾鉱を貯留するダムです。[ 92 ]ほとんどの尾鉱ダムは堤防構造です。[ 93 ]谷に建設されるのが一般的である従来の貯水ダムとは異なり、尾鉱ダムは平地に建設され、尾鉱を四方から囲む堤防があります。[ 94 ]尾鉱ダムは、鉱山操業が続くにつれて堤防が繰り返し高くされるため、時間の経過とともに拡張されることが多いという点で独特です。[ 95 ]尾鉱には、ヒ素や鉛などの鉱山の有毒な副産物が含まれていることがよくあります。そのため、尾鉱ダムには通常、尾鉱からの物質がダム外の水源を汚染しないようにするための特別な保護対策が組み込まれています。[ 96 ]保護対策には、基礎グラウト、ライナー（粘土または膜）、排水ブランケット、およびアンダードレンが含まれます。[ 97 ]
仮締切ダムは、工事が完了するまで工事現場に建設される一時的な防水構造物で、工事のための乾燥したエリアを作るために使用されます。[ 98 ]仮締切ダムは、湖、川、海に橋脚を建設する際によく使用されます。[ 99 ]川の谷にダムを建設する場合、仮締切ダムは、川を一時的なトンネルや水路に迂回させるために、上流に建設されることがよくあります。トンネル（または水路）は、建設現場を迂回して水を運び、下流に排出することで、工事現場を乾燥した状態に保ちます。[ 98 ]
堰は、川床に建設された低く平らな構造物です。堰は川を完全に遮断するのではなく、川の流れを制御します。[ 100 ]堰の中には、川のある区間の水位を維持するように設計されているものもあれば、[ 101 ] 川岸の浸食を最小限に抑えるように設計されているものもあります。[ 102 ]また、堰は景観やレクリエーションの目的にも利用され、[ 103 ]あるいは計測器としても機能します（堰を越える水の深さから総流量を計算できます）。[ 104 ]
ダムの貯水池を囲む尾根に、計画された貯水池の水位より低い鞍部（低地）がある場合、その低地を埋めるためにサドルダムを建設する必要があります。サドルダムは、主ダムと同様の詳細と注意を払って設計する必要があります。[ 105 ] [ ab ]
地下ダムは、地下水の流れを遮断して地表下に貯留するために使用されます。これらは、水が不足している乾燥地帯に建設される小規模な構造物です。地下ダムの中には、自然に流れる地下水の経路に溝を掘り、垂直で不透水性の障壁を設置し、その後溝を埋め戻すことで建設されるものもあります。砂地で使用される別の設計では、小さな谷に低いダムを建設し、時折の豪雨によってダムの背後に砂と水が蓄積されるようにします（砂は地下水の蒸発を抑制します）。これらの設計のどちらにおいても、水を汲み上げるために障壁の上流に井戸またはパイプが設置されます。 [ 107 ]
最も古いダムとして知られているのは、紀元前3000年頃にヨルダンのアンマン近郊に建設されたジャワダムです。この堤防ダムは精巧な給水システムの一部であり、 厚さ28メートル（92フィート）、高さ5.5メートル（18フィート）でした。[ 109 ] [ ac ] 紀元前2600年頃、エジプト人はカイロ近郊にサッド・エル・カファラ堤防ダムを建設しましたが、建設完了頃に崩壊しました。[ 111 ]
ヒッタイト帝国は紀元前17世紀から13世紀にかけて、現代のトルコにあるエフラトゥン・ピナル 神殿 近くのダムを含め、いくつかのダムを建設した。 [ 112 ] 紀元前1500年頃から、サバア人は現代のイエメンにあるワディ・ダナ川に一連のダムを建設した。この事業は、長さ700メートル、高さ20メートルのマリブ大ダム（紀元前500年頃建設）で最高潮に達した。[ 108 ]中国の初期のダムは、紀元前580年頃に孫舒敖によって建設され、現在も存在するアフェンタン貯水池を堰き止めた。 [ 113 ]スリランカでは、紀元前370年頃から紀元前300年頃にかけて、ティッサ・ウェワを含むいくつかのダムが貯水池を作るために建設された。ダムの中には、数キロメートルに及ぶものもあった。[ 114 ]
ローマ帝国は紀元前5世紀から水道橋やトンネルなどの大規模な水道施設を建設し始めたが、本格的なダムの建設は紀元1世紀になってから始まった。 [ 116 ]ローマのダムは一般的に上流側と下流側の両方に垂直面を持つ石積みの重力式ダムであったが、下流側を控え壁や岩の堤防で補強したものもあった。[ 117 ]ローマ人はセメントを建築材料として初めて使用した民族であり、セメントは小石と混ぜてコンクリートを作ったり、砂と混ぜてレンガや石を接合するモルタルを作ったりすることができた。ローマのセメントの中には、特に火山灰を含むものは防水性があった。[ 118 ]
ローマ人が建設した最も初期のダムの1つは、最も高いダムでもありました。スビアコダムは紀元60年頃に建設され 、高さ40メートル、厚さ13.5メートルでした。[ 119 ]ローマ人はヒスパニア（現在のスペイン）に約80のダムを建設しました。 [ 120 ]その中には、 600万立方メートルの水を貯水し、2026年時点でも稼働していたプロセルピナダムも含まれています。 [ 121 ]ローマのダム技術は近隣諸国にも応用されました。ペルシャ王シャープール1世が皇帝ヴァレリアヌスを破った後、ローマの捕虜をカルン川に架かるバンド・エ・カイサルダムの建設に働かせました。[ 115 ]鉄門は、紀元550年頃にユスティニアヌス1世によって現在のトルコのアンティオキア近郊に建設された初期のアーチ重力ダムです。[ 122 ] [ ad ]
日本で最初に建設されたダムの1つは、西暦380年に大阪近郊に建設された狭山堤防で、高さ 8メートル、長さ300メートルでした。[ 125 ]世界初の大型細アーチダムであるクリットダムは、西暦1350年頃にペルシャ（現在のイラン）に建設されました。高さは26メートルで、後に64メートルに引き上げられました 。20世紀初頭まで世界で最も高いダムでした。[ 126 ]
ヨーロッパでは、製粉や鉱業用の水車を動かすためにダムが使われていました。[ 127 ] 初期の例としては、紀元1170年頃にフランスに建設されたバザクル堰が あります。[ 128 ]魚の養殖池を作るためのダムはヨーロッパでは一般的で、 15世紀から16世紀にかけてボヘミアに数百ものダムが建設され、合計1,800 km 2の池が作られました。[ 129 ]灌漑用のダムには、スペインのアルマンサダム(1384 年) –アーチ重力ダム、そして現在も残っている[ ae ]エルチェダム(スペイン、1640 年) –ローマ時代以来ヨーロッパで最初に建設された真のアーチダムが含まれます。[ 130 ] [ af ]イスタンブールに水を 供給するためにいくつかのダムが建設され、その中には1560年にベルグラードの森から水を運んできたダムも含まれています。[ 132 ]ダムのもう一つの目的は輸送でした。サン・フェレオルダムは、ミディ運河に水を供給するために1675年にフランスに建設されました。それは1世紀以上にわたって世界で最も高い堤防ダムの1つでした。[ 133 ]ダム設計に関するいくつかの本は、1700年代にヤコブ・ロイポルド、アルベルト・ブラームス、ヨハン・ジルバーシュラグ、オリバー・エヴァンスなどのヨーロッパの著者によって出版されました。[ 134 ]
18 世紀後半、ダムの設計プロセスは、経験と試行錯誤に基づく経験的実践から、科学に根ざした工学分野へと変貌を遂げ始めた。 [ 136 ]この進化における重要な人物には、1776 年に土壌が応力下でどのように反応するかを記述する公式を作成したフランスの科学者シャルル＝オーギュスタン・ド・クーロンが含まれる。この公式は後にアレクサンドル・コランによってダム工学に応用された。[ 136 ] 1847 年、 フランソワ・ゾラは、応力の解析的考察に基づいてアーチダムを設計した最初のエンジニアとなった。 [ 137 ]フランスのエンジニアJ. オーギュスタン・ド・サジリーは、重力ダムの最適な断面は、上流側に垂直面を持つ三角形であることを確立した。[ 138 ]
これらの科学的基礎により、あらゆる種類のダムがより安全で大型化しました。イギリスのグレンコースダム（1824年）は、粘土の芯材を持ち、緩やかな傾斜面を持つ高さ21メートル（69フィート）の盛土ダムでした。 [ 139 ]フランスのグフール・ダンフェール 石造重力ダム（1866年）は 高さ60メートル（200フィート）でした。[ 28 ]世界初の大型バットレスダムは、インドのミル・アラムダム（1804年）でした。 [ 135 ]オーストラリアのパラマッタダム（1856年）は、アーチダムの薄さの限界を試しました。[ 135 ]
20世紀前半には、特に西ヨーロッパと米国で多くの大型ダムが建設されました。[ 141 ]第二次世界大戦後、ブルドーザー、ダンプトラック、スクレーパーなどの重建設機械が利用可能になったことで、世界中でダム建設が大幅に増加しました。[ 142 ]現代の注目すべきダムには、フーバーダム（米国、1936年）[ 143 ]や三峡ダム（中国、2006年）[ 144 ]のような巨大なコンクリート重力ダムがあります。現代のフィルダムの中には、タルベラダム（パキスタン、1976年）[ 145 ]やヌレクダム（タジキスタン、1980年） [ 146 ] など、さらに大規模なものもあります。
グラウトカーテン技術の発明により、多孔質の土壌の上にダムを安全に建設することが可能になった。[ 147 ] [ ag ]これにより、深く砂質の川底を持つナイル川にアスワンハイダム（1970年）を建設することが可能になった。グラウトは砂の中に208メートル（682フィート）深く注入され、ダムの下に水が浸透するのを防ぐ57,000平方メートルに及ぶ地下障壁が作られた。 [ 147 ]
現代では、ダム建設に反対する議論も出現した。 気候変動が世界的な懸念事項となった後、ダムで発電される電力が太陽光発電や風力発電と同じくらいクリーンかどうかを議論する議論が起こった。水力発電自体はクリーンだが、ダム反対派は、環境への悪影響[ ah ]がどんな利点よりも大きいと主張している。[ 149 ]
2025年の世界の大型ダムの数は62,362基でした。[ 79 ] 2019年の世界のあらゆる規模の人工ダム の総数は280万基と推定されています。[ 150 ]
2011年時点で、貯水池（大小問わず）の総数は1670 万と推定されている。[ 151 ]これらの貯水池には推定8,000 km 3の水が貯められており、[ 152 ] これは地球上の自然淡水湖の体積の約10%、世界の年間河川流量の16%に相当する。[ 153 ]貯水池は地球表面の約305,000 km 2を覆っており、これは自然湖の面積の約7.3%に相当する。 [ 154 ]
世界の主要河川の約半分はダムや貯水池の影響を受けており[ 155 ]、2019年現在、世界の河川のうち海に自由に流れ込んでいるのはわずか23%に過ぎない[ 156 ] 。 2015年には、計画中または建設中の主要ダムの数は約3,700で、そのほとんどは中国（総発電容量が最大）、ブラジル（計画中のダム数が最大）、インドに集中している[ 157 ] 。
ダムは、河川、動物の生息地、植生、森林、生物多様性、微気候を変化させることで、環境に大きな影響を与える可能性があります 。[ 160 ]ダムは、特に乾季には 下流の水質と水量を低下させることが多く、水に依存する植物や動物の種に深刻な影響を与える可能性があります。[ 161 ] [ aj ]極端な場合、ダムは下流の森林破壊や砂漠化につながる可能性があり、イランではダムの背後にある貯水池が毎年約22億立方メートルの水を蒸発によって失い、一部のダムの下流では流量が著しく制限されています。 [ 162 ] 砂漠化はまた、かつて世界で4番目に大きい内海であったアラル海を事実上消滅させました。これは、灌漑を支援するために旧ソ連で建設されたダムが部分的に原因となっています。[ 163 ]
河川は通常、ダム地点の下流の土壌を補充する堆積物を運びます。ダムが建設されると、堆積物が貯水池に閉じ込められるため、堆積物の流れが減少します[ 164 ] 。そのため、補充が不足し、河川デルタが縮小する可能性があります[ 165 ] 。 貯水池の水の膨大な重量は、地滑りや地震を引き起こす可能性があります[ 166 ]。フーバーダム（米国、1936年）とヌレクダム（タジキスタン、1972年）の貯水池が満水になった後に発生したように[ 167 ]。
ダムとその貯水池は、魚類や陸生動物の種を絶滅の危機に瀕させたり、絶滅させたりする可能性がある。[ 168 ] マレーシアでは、テメンゴールダムが重要な森林を水没させ、約100種の哺乳類と300種の鳥類を脅かした。[ 169 ] [ ak ] 31,780のダムが7,369種の魚類に及ぼす世界的な影響に関する研究では、種の53%が生息域の一部で絶滅（局所的絶滅）の危機に瀕していることがわかった。 [ 170 ] [ al ] 回遊魚は特に脆弱である。長江だけでも、ダムによって5種が絶滅寸前にまで追い込まれており、保護の努力にもかかわらず絶滅の危機に瀕している。[ 171 ] [ am ] 2010年頃、葛洲壩ダムの建設が主な原因でシナヘラチョウザメは絶滅し、三峡ダムの建設後にヨウスコウカワイルカは事実上絶滅した 。[ 173 ] [ an ]
ディアマダム（セネガルとモーリタニア、1986年）はセネガル川の流れを遮断し、下流の塩分濃度の上昇を引き起こし、在来植物の枯死につながった。農業と相まって、上流での侵略的外来水生植物の発達と、魚の回遊の阻害、湿地と本流の規模と連結性の減少による漁獲量の大幅な減少に寄与した。[ 174 ]ダムは、ダム上流の産卵生息地へのアクセスを遮断することで魚の回遊を 妨げる可能性がある。 [ 175 ]エブロ川のメキネンサダム （スペイン、1964年）はチョウザメ、シャッド、ヤツメウナギの回遊経路を遮断し、その貯水池はゼブラガイ、アジアンクラム、ウェルズナマズなどの侵略的外来種が繁栄する新たな生息地を作り出した。[ 176 ]
ダム建設中と完成後の両方で大気質に影響が出る可能性があります。建設中は大量の浮遊粒子状物質が大気中に放出されます。[ 177 ]また、ダムの運用開始後は、貯水池の水が湿度に影響を与え、ダムサイト付近の微気候に影響を与える可能性があります。[ 178 ]
水力発電ダムで生産される電力は再生可能であり、一般的に化石燃料から生産される電力よりもはるかにクリーンです。[ 158 ] 寒冷地の大きな貯水池を持つダムは、石炭や石油製品を燃やす発電所よりも二酸化炭素（CO2 ）とメタンの排出量が30～60倍少なくなります。[ 177 ] 発電自体はクリーンですが、コンクリートダムの建設プロセスは、気候変動の一因となる大量の温室効果ガスを大気中に放出する原因となります。[ 179 ] 1立方メートルのコンクリートを生産するには、100～300kgのCO2が排出されます。[ 180 ] [ ao ]また、貯水池の水からも、有機物が分解される際に CO2が排出されます。有機物には、貯水池に沈んでいるすべての植物や樹木、および上流から貯水池に運ばれてきた植物が含まれます。[ 181 ]
ダムは、灌漑、給水、水力発電などの主要機能を通じて地域社会に大きな利益をもたらすことができます。また、産業の成長と雇用の増加を支援することで経済発展にも貢献できます。 [ 183 ] 一部のダムによって作られた貯水池は、ボート、水上スキー、水泳、カヤック、カヌー、セーリング、 水鳥狩りなどのレクリエーションの機会を提供します。[ 184 ] [ ap ]
ダムは地域社会の生活の質にも悪影響を及ぼす可能性があります。ダムとその貯水池は、交通網を妨害したり、水質を悪化させたり、自然景観を変えたり、重要な考古学的遺跡を水没させたり、多数の人々を移住させたりする可能性があります。[ 186 ]
貯水池に隣接する土地は水で飽和状態になり、土壌の塩分濃度が上昇し、農業生産に影響を与える可能性があります。貯水池周辺の地下水位が上昇し、井戸から得られる水の水質が悪化する可能性があります。[ 161 ]一部の河川は、ダム建設前は毎年洪水サイクルがあり、谷の低地に栄養豊富な土壌を堆積させていましたが、ダム建設後は洪水サイクルが乱れ、農家は同じ作物収量を維持するために肥料を使用する必要が生じる可能性があります。[ 187 ] [ aq ]
ダム建設計画の中には、自然の驚異や文化遺産を水没させる恐れのあるものがある。[ 188 ] アスワン・ハイ・ダム（エジプト、1970年）は、国際的な救援活動によって移転されなければ、フィラエ神殿とアブ・シンベル神殿を 水没させていただろう。[ 189 ] [ ar ]イタイプ・ダム（ブラジルとパラグアイ、1984年）は、有名なグアイラ滝を水没させた。[ 191 ]
ダムとその貯水池の近くに住むコミュニティは、しばしば移転を強いられ、その結果、彼らの文化や 生活に大きな混乱が生じます。[ 193 ]アスワン・ハイ・ダムは5万人のヌビア人を移住させ、ヌビア人コミュニティを壊滅させました。[ 194 ]丹江口ダム（中国、1974年）は38万3000人の強制移住を必要としました。[ 195 ]三峡ダム（中国、2003年）は140万人の再定住をもたらしました。[ 192 ] 1965年にガーナでアコソンボ・ダムが建設されたとき、世界最大の貯水池であるボルタ湖が作られ、ガーナの国土の3%を占めました。[ 188 ]この貯水池は8万人を移住させ、その多くは新しい職業を見つけることを強いられました。農民は漁師になりました。漁師は農民になった。[ 197 ]祖先崇拝の場所の多くが水没し、家族は伝統的な儀式や慣習を放棄し、社会秩序が乱れ、反社会的な行動を引き起こした。[ 188 ]
多くのダム建設計画では、地域のインフラに大規模な改修が必要となります。作業員のための新しい住宅が建設される場合があり、ダムが水力発電を行う場合は送電線が必要になります。[ 198 ]ダムは交通にも影響を与える可能性があります。橋や道路を新設または迂回させる必要がある場合があり、[ 198 ]また、貯水池では船舶の航行を妨げる雑草の繁殖が促進される可能性があります。[ 199 ]ダムとその貯水池は、住血吸虫症、マラリア、オンコセルカ症などの水関連疾患の蔓延を増加させる可能性があります。[ 200 ]
水不足は、中国、韓国、インド、ベルギー、南アフリカ、アルジェリア、ヨルダン、ルワンダなどの国々に影響を与える世界的な大きな問題です。[ 202 ]一部の河川からの取水量が非常に多いため、インダス川（パキスタン）、コロラド川（米国）、黄河（中国）など、河川流量はデルタに到達する前に著しく減少しています。 [ 203 ] 水不足への懸念に対応して、一部の国は水の安全保障を強化し、長期的な戦略目標を推進するためにダム建設プロジェクトを進めています。[ 204 ]他国に流れ込む河川にダムが建設されると、下流の国々は、ダムが水の利用可能性と河川流量に及ぼす影響、およびダムの決壊リスクについて懸念することがよくあります。[ at ] このようなダムは、特に下流の国々が水不足の問題に直面している場合、上流と下流の国々の間で国際紛争を引き起こす可能性があります。[ 205 ]
ダムに関する注目すべき紛争には、トルコの南東アナトリア計画がある。これは多くのダムを含む大規模な水プロジェクトであり、そのうちの1つがカラカヤダムである。これらのダムのほとんどは、下流の隣国シリアとイラクに流れるユーフラテス川とティグリス川にある。これらの下流の国々は、潜在的な水供給問題についてトルコに抗議している。 [ 206 ]インダス川はパキスタンの主要な川であり、インドを含むいくつかの国に源流がある。 インドはパキスタンの反対を押し切って、バグリハールダムやキシャンガンガダムなど、インダス川に大規模なダムを建設した。[ 207 ]メコン川はいくつかの国を横断している。 中国は下流の国の同意なしに、小湾ダムや糯扎渡ダムなど、この川に多くのダムを建設した。[ 208 ]ナイル川は、乾燥した下流の国々（エジプトとスーダン）と、その水の大部分が雨水である上流の国々との間の緊張の原因となってきた。2020年、エチオピアはスーダンとエジプトの反対にもかかわらず、青ナイル川にグランド・エチオピア・ルネッサンス・ダム（GERD）を完成させた。[ 201 ]
ダムの設計プロセスは、偵察、実現可能性、プロジェクト計画の3 つの段階で実行できます。[ 209 ]偵察段階では、設計者は現場を訪れ、綿密に調査し、地質、地震、地形のデータを収集します。実現可能性段階では、詳細な技術調査を実施して、現場の地質、水文学、水理を評価します。環境および洪水の影響の分析が開始され、土地の取得、公共施設の利用可能性、建設資材の供給 源 (盛土材用の岩石や土壌など) について調査が行われます。[ 209 ]計画段階では、詳細な計画が作成され、建設スケジュールが確立され、コストの見積もりが作成されます。[ 209 ]
ダムの計画段階では、通常、多数の技術調査が実施されます。これらの調査は、地形調査、地質調査、水文調査に分類できます。[ 211 ]地形調査では、ダムの建設予定地を測量し、そのデータを使用して地域の詳細な地形図を作成します。ダムの設計のあらゆる側面はこれらの地図に依存するため、非常に正確でなければなりません。[ 212 ]
地質調査では、ダム建設予定地の岩石や土壌を調査します。ダムとその貯水は、谷壁や貯水池とダム構造物の下の地盤に巨大な力を及ぼします。地盤の強度を正確に把握し、断層を特定することは、漏水を最小限に抑え、ダムの決壊リスクを軽減するために不可欠です。[ 213 ]地質調査では、地震の発生確率と規模も評価する必要があります。[ 214 ]
水文学的調査では、ダム付近の水流のあらゆる側面が調べられます。上流流域の規模と年間降水量を特定するデータが作成されます。平均的な年にダムサイトを通過する水の量、およびそれが年内および年間でどれだけ変動するかを決定するための調査が行われます。[ 215 ]これらのデータは、ダムサイトでの洪水の頻度と規模を予測し、ダムの放水路の容量を確立するために使用されます。[ 88 ]
設計プロセスにおいて、多くの国では、ダム（およびその貯水池）が地域社会や環境に及ぼす影響を文書化した環境影響評価（EIA）を作成することが開発者に義務付けられています。 [ 148 ] EIAにより、開発者と政府はダムの望ましさを評価し、その影響を軽減し、悪影響を受ける人々に補償することができます。[ 216 ]軽減策には、ダムの位置、規模、設計の変更、影響を受ける人々への補償、またはプロジェクト全体の中止が含まれます。[ 217 ]
ダム設計プロセス中に下される重要な決定事項は、立地選定、構造形式の選択、および建設資材の選択の 3 つです。これらの選択には、地形 (谷の形状)、地質 (特にダムの下と側面の地盤の強度に関連するもの)、水文学 (谷の水の流れ)、建設資材の入手可能性、および余水吐の潜在的な経路の詳細な分析が必要です。[ 218 ]設計者は、貯水による静水圧、氷の荷重、堆積物の圧力、温度による応力、揚力、洪水、地震、コンクリートの収縮、およびダム自体の重量など、ダム構造が耐えなければならないすべての力を評価する必要があります。[ 219 ]
ダムの位置は、プロジェクトの要件を満たすのに十分な大きさの貯水池が確保されるように選択する必要があります。また、ダム構造物と貯水池の水が及ぼす力に耐えられるだけの地盤強度があることも確認する必要があります。[ 220 ]位置の選定には地震要因も考慮する必要があります。ダムの下または近くに断層線が発見された場合 、設計者はそれがリスクをもたらすかどうかを判断しなければなりません。[ 221 ] [ au ]
ダムの構造形式を選択するには、さまざまな要素を評価する必要があります。[ 223 ]ダムが狭い谷に設置される場合、特に高いダムが必要な場合は、重力ダムまたはアーチダムが最も適している可能性があります。ただし、アーチダムは、谷の壁がアーチの側面が及ぼす大きな力を支えるのに十分な強度がある場合にのみ使用できます。[ 224 ]重力ダム構造は、ダムの下の地盤が強固な岩盤である場合にのみ実現可能です。[ 225 ]ほとんどの重力ダムとアーチダムはコンクリートでできており、コンクリートは一般的に土や岩よりも高価であるため、設計の選択に影響を与える可能性があります。[ 226 ] ダムが広い谷を横断する必要がある場合は、多くの場合、盛土ダムが最良の選択肢です。岩石が現場の近くに豊富にある場合は、ロックフィル盛土ダムが適しており、岩石が入手できない場合は、アースフィル盛土ダムを使用できます。[ 225 ]盛土ダムの場合、理想的な場所は、ダム内部のコア層として使用できる粘土などの不透水性材料の近くである。 [ 225 ]
ダムの外観は、設計案を評価する際の要素となり得る。[ 228 ]美的に魅力的なダムを初期から提唱していたのは、イギリスの建築家チャールズ・ファウラーで、1929年の講演でルーズベルト・ダムとオショーネシー・ダムを美しいダムの例として挙げた。[ 229 ] [ av ] ファウラーは、曲線のあるダム、特にアーチ・ダムは、完全に直線で設計されたダムよりも魅力的に映る傾向があると主張した。[ 230 ]スイスの土木技師ニコラス・シュニッターは、魅力的なダムは望ましいものの、美しさは好みの問題であり、特定の計画がダム建設前の景観を改善するかどうかを判断するのは難しいと指摘した。 [ 231 ]第二次世界大戦後、コンクリートが建築材料として普及したことで、ダム設計者はより柔軟に魅力的なダムの形状を設計できるようになった。[ 232 ]
ダムは美観に加えて、市民の誇りや文化的アイデンティティの感覚を与える象徴的なモニュメントとしても機能します。[ 233 ]注目すべき例としては、フーバーダム（米国、1936年）、ブラツクダム（ソ連、1967年）、三峡ダム（中国、2003年）、アスワンハイダム（エジプト、2020年）などがあります。[ 233 ]
多くのダムには、タービンに水を送り込んで発電機に接続し、発電する発電所が併設されています。 [ 235 ] [ aw ] 発電機は通常、ダムの底近くにあり、発電所内に設置されています。[ 234 ]下流に土地がない場合、特に中空重力ダムでは、発電所がダム構造物の内部に設置されることもあります。 [ 237 ]
特定のダムの水力発電施設を設計するには、必要な電力量、タービンに供給できる水量、発電機より上流側の水位の高さ（この高さは「ヘッド」と呼ばれる）を分析する必要があります。これらの要素によって、フランシス水車、ペルトン水車、カプラン水車など、最適なタービンのスタイルが決まります 。[ 238 ]
水は上流（多くの場合、貯水池）から水路（ペンストックと呼ばれる）を通って発電機に導かれ、発電機は水の力を使ってタービンを回転させ、電気を生成します。[ 239 ] [ ax ]
多くのダム建設計画には放水路が含まれており、これは貯水池から下流の川へ余剰水を制御された形で放出することで、ダムの溢水や決壊を防ぐものです。[ 240 ]
上流での異常な豪雨により貯水池が溢れ、ダム構造に大きな損傷を与えたり、完全に決壊したりする可能性がある。このリスクを軽減するために、放水路は溢れた水を下流に安全に流すのに十分な大きさでなければならない。ダム設計者は、地域の降雨量と洪水の変動性を詳細に分析し、そのデータを使用して、特定の最大洪水に対応できる放水路の容量を設計する必要がある。小規模ダムの場合、放水路は通常、100年または500年に一度発生すると予想される最大の洪水に安全に対応できるように設計される。大規模ダムは通常、10,000年に一度発生すると予想される最大の洪水に対応できるように設計する必要がある。[ 88 ]
ダムプロジェクトに放水路を組み込む方法はいくつかあります。コンクリート重力ダムでは、放水路をダム構造物に直接配置することができます。ダムによっては、貯水池を囲む尾根の低い地点（鞍部）に放水路を配置するものもあります。これらの鞍部放水路は、水路またはトンネルを通してダムの下流に水を排出します。珍しい放水路の設計としては、ベルマウス[ ay ]があり、これは貯水池内部の垂直なシャフトで、下流に排出するトンネルにつながっています。[ 241 ]
効果的に機能するためには、放水路は慎重に設計する必要があり、通常は上部が放物線形状になっています。 [ 242 ]放水路の底部には、水が川に放流される前に速度を落とし、浸食による損傷を最小限に抑えるためのエネルギー散逸機能が必要です。[ 243 ]一部の放水路はオジー形状を使用しています。放水路はダム上部で水平に始まり、中央で急勾配になり、底部で水平に湾曲します（ダム構造物から水が遠ざかるようにして損傷を最小限に抑えます）。[ 244 ]
多くのダムには、貯水池の水位を調整し、下流への溢水量の放出速度を制御するために、通常は放水路の上部にゲートが設置されています。ゲートの種類には、垂直昇降ゲート、ドラムゲート、ラジアルゲートなどがあります。[ 245 ] [ az ]
ダム放水路は、通常ダム構造の下部に設置される構造物で、貯水池を部分的に排水することを可能にするものです。貯水池の水位を下げることで、メンテナンス、貯水池底からの堆積物の除去、水力発電、乾季の下流への水量増加、または緊急時のダム構造への負荷軽減を行うことができます。[ 246 ]ダム建設プロジェクトによっては、ダム建設中に建設現場を迂回させるために、ダム建設プロセスの初期段階でトンネルを建設することがあります。これらのトンネルは、ダム完成後に放水路に転用されることがあります。[ 247 ]
計画されているダムが航行可能な河川を塞ぐ場合、 船がダムを両方向に通過できるように、閘門がプロジェクトに組み込まれることがあります。閘門は、両端に大きなゲートと各室への水の注入と排出を可能にするバルブを備えた、1つまたは複数の長方形のチャンバーで構成されています。[ 248 ]
川の中には魚にとって重要な回遊ルートとなっているものもある。そのような川にダムを建設すると、魚の移動や繁殖に深刻な影響を与える可能性がある。こうした生態学的影響は、ダム計画に魚道施設を組み込むことで軽減できる。魚道設計には、 魚道、魚リフト、自然の川を模倣した人工水路などがある。[ 249 ]
設計プロセスが完了し、敷地と構造形式が選定された後、建設が開始されることがあります。建設プロセスは通常、敷地を迂回する河川の迂回、基礎の掘削、安定性の向上と浸透の低減のための下層の岩盤へのグラウト注入、ダム構造を形成するための建設資材の配置などを含みます。[ 250 ]
大規模で恒久的なダムを建設するには、乾燥した建設現場が必要です。谷を横断して建設されるダムの場合、川の流れを建設現場の周囲に一時的に迂回させる必要があります。[ 251 ]迂回は、ダム現場の周囲または下にトンネルまたは水路を建設し、仮締切ダムを作成して川を迂回ルートに導くことによって実現できます。 [ 252 ]ダムが完成すると、仮締切ダムは通常撤去されますが、一部の盛土ダムでは、最終的なダムに組み込まれます。[ 253 ]迂回水路とトンネルは通常、塞がれるか解体されますが、一部のダムプロジェクトでは、たとえば放水路や余水吐として、トンネルまたは水路を恒久的なダムプロジェクトの一部として残します。[ 253 ]
別の分水技術としては、谷の片側に半円形の仮締切ダムを建設し、川を反対側に誘導する方法がある。仮締切ダム内にダムの半分が建設された後、仮締切ダムを谷のもう一方の半分に移動させ、川をダムの最初の部分（水が通る通路がある部分）に誘導する。仮締切ダム内にダムの後半部分が建設され、仮締切ダムは撤去される。[ 254 ]
堤防ダム建設プロジェクトによっては、川を谷の中央の狭い水路に誘導し、谷の両側から内側に向かってダムを建設し、中央に川が流れる隙間を残すことで、仮設の仮締切ダムや分水路を回避できる場合がある。乾季（川の水量が比較的少ない時期）には、中央部分が急速に閉鎖され、同時にダムの背後の貯水池の水位が上昇する。[ 255 ]
建設工程の初期段階は、ダム構造物が載る岩盤である基礎の準備です。コンクリートダム（重力ダム、アーチダム、バットレスダム）は非常に重く、堅固な岩盤の上に設置する必要があります。ダムを建設する前に、土砂、砂利、緩い岩、または質の悪い岩はすべて取り除き、岩盤を露出させなければなりません。盛土ダムは基礎が広く、重いダムほど地面に圧力をかけないため、緩い岩や土の上に建設されることがよくあります。[ 256 ]
ダム建設プロジェクトにおける大きなリスクの一つは、ダムの下や側面から水が漏れることです。このリスクを軽減するために、ダム建設前に、ダムの下の岩盤と両側の谷壁にグラウトが注入されます。 [ 257 ]グラウト注入には2つの方法があります。1つは、 ダムの下や側面に亀裂や欠陥がある可能性のある岩盤を特定し、高圧でグラウトを注入して亀裂を埋め、岩盤を強化する、強化グラウト注入法です。[ 258 ]もう1つの方法は、カーテングラウト注入法です。これは、ダムの下や側面にグラウトの堅固な壁を作るように配置されたパターンで掘削されたボーリング孔を通して、岩盤の奥深くまでグラウトを注入するものです。グラウトカーテンの深さは、ダム背後の水深の計画値の30%から70%になる場合があります。[ 259 ]
浸透を軽減するもう 1 つの方法は排水システムであり、これは「パイピング」（ダム内部の水がダム構造を侵食する）または揚水（ダムの下の水がダムを押し上げる）のリスクを軽減することを目的としています。排水システムはダムの内部または下から水を集め、下流に運びます。排水はパイプまたはダムの下の砕石の「ブランケット」で構成される場合があります。[ 260 ]コンクリートダムには、ダム構造内部に水を集めて運び出すための通路がある場合があります。これらの通路は「ギャラリー」（水平）または「シャフト」（垂直）と呼ばれます。[ 261 ] [ i ]
盛土ダムとコンクリートダムは、異なる建設方法を採用しています。盛土ダムは膨大な量の土砂と岩石を必要とし、これらは通常、ダム建設予定地近くの「採掘場」から掘削されます。土砂と岩石は、リフトと呼ばれる連続した層に敷き詰められます。[ 263 ]層を敷き詰めた後、重機で締め固めます。[ 264 ]層は、適切な材料が含まれているか、過度に湿っていないか、十分に締め固められているかを確認するために、注意深く監視する必要があります。ダムの建設中に計測機器が埋め込まれ、欠陥があればすぐに修正できるように継続的に監視されます。[ 265 ]
コンクリートダムでは、ダム建設現場の近くにコンクリート工場を建設する必要があります。この工場では、骨材（岩石）、セメント、フライアッシュ、水を混ぜ合わせてコンクリートを製造します。[ 266 ]コンクリートは、コンベアベルト、コンクリートバケット、ダンプトラック、またはクレーンを使用して、コンクリート工場からダム構造物に運ばれます。型枠は、コンクリートを打設する際にコンクリートを収容するために、ダムの場所に建設されます。[ 267 ]ダム構造物に打設された後、コンクリートは振動させて気泡や空気のポケットを取り除かなければなりません。[ 267 ]ダムは、個々の「ブロック」コンクリートを流し込むことによって徐々に構築されます。各ブロックは通常、高さが1.5 ～ 3 m (5 ～ 10フィート)、 幅と深さが12 ～ 30 m (39 ～ 98フィート)です。 [ 268 ]このような厚さのコンクリート（マスコンクリートと呼ばれる）は、硬化する際に収縮して大量の熱を発生するため、ひび割れの原因となることがあります。[ 269 ]この問題を軽減するために、ダム内に伸縮継手を設けて、コンクリートがひび割れることなく収縮できるようにすることができる。熱が放散した後、伸縮継手にはグラウトが充填され、上流側の縁は金属、ゴム、またはプラスチックのストリップで密閉される。 [ 270 ]さらに、パイプを通してコンクリートに冷却剤を循環させる冷凍システムを使用することもできる。[ 271 ]
最近の革新技術として、ローラー転圧コンクリート（RCC）があり、従来のコンクリートに比べていくつかの利点があります。[ ba ] RCCはセメントの使用量が少なく、最大100mmサイズの骨材の使用が可能で 、従来のコンクリートほど発熱しません。また、RCCは打設後すぐに履帯式ブルドーザーが走行でき、型枠や労働力が少なくて済むため、建設コストを削減できます。[ 273 ]
ダムが完成して運用開始されると、その目的（灌漑、水力発電など）を継続的に果たし、安全上の事故を回避し、想定された耐用年数を達成できるように、管理プロセスが実施されます。管理プロセスには、保守と修理の実施、施設のテストと検査、記録の保持、緊急事態への対応計画などが含まれます。[ 274 ]
ダム管理者の重要な任務は、潜在的な安全上の問題を特定するためにダムを監視することです。[ 275 ]これらの検査では、ダムに作用するストレスを監視します。これには以下が含まれます。[ 276 ]
これらの応力は、ダムの構造を曲げたり、持ち上げたり、膨張させたり、収縮させたり、移動させたりすることで、ダムに損傷を与える可能性があります。[ 277 ]応力を検出するために、ダムの内部および周囲に常設の計測機器が設置されます。計測機器には、傾斜計、ジョイントメーター、ひずみ計、たわみ計、温度計、変形計、ピエゾメーターなどがあります。[ 276 ]ダム職員はこれらのセンサーを監視し、異常なデータが報告された場合は、根本原因を調査し、必要な修理または緩和策を実施します。[ 278 ]
ほとんどの貯水池は徐々に堆積物が蓄積し、貯水池が保持できる水の量が減少します。貯水容量が減少すると、ダムが本来の目的（灌漑、水力発電、給水、洪水調節など）を果たす能力もそれに応じて低下します。[ bb ]堆積物は、河川水に懸濁した土壌として貯水池に流入します。河川が貯水池に流れ込むと、水の流速が低下し、堆積物は貯水池の底に沈殿します。[ 280 ]堆積物は、風で運ばれた土壌、地滑り、水辺近くの建設、灌漑や降雨による浸食からも流入する可能性があります。[ 281 ]世界の河川堆積物の約半分はダムによって捕捉され、年間約8～16 km3になります。 [ 279 ]堆積を軽減するために、ダム管理者は堆積物の流入を減らす戦略を実施します。[ 282 ]貯水池の流域に植生を植えたり、段丘を造成したりすることで、堆積物を減らすことができる。[ 283 ]
ダムは、安全上の危険がある場合、ダムが本来の目的を果たしていない場合、魚の回遊経路を回復するため、または堆積物の流れを改善して下流の河川の健全性を向上させるためなど、さまざまな理由で意図的に撤去されることがあります。[ 284 ]ダムが撤去されると、漁業が回復し、 水と堆積物の流れが再び確立され、貯水池の堆積物が徐々に侵食されて下流に流れ、河川幅が広がり、網状流がより顕著になり、自然な水温と動物の生息地が回復します。[ 285 ] [ bc ]
米国では、河川や小川が80万を超えるダムや堰によって妨げられています。[ 287 ] 2016年までに1,200を超えるダムが撤去され、そのうち600以上は1996年から2016年の間に撤去されました。[ 285 ] 2014年から2018年の間に、米国のエルワ川からエルワダムとグリンズキャニオンダムの2つのダムが撤去されました 。[ 288 ] ダムの撤去により、下流の河川への堆積物と木材の供給が回復し、河川デルタが再確立されました。[ 288 ] 2020年から2024年の間に、米国のクラマス川からアイアンゲートダムを含む4つのダムが撤去されました。この撤去は、ネイティブアメリカンと環境保護活動家による継続的なキャンペーンの結果です。目標の一つは、北米太平洋岸における最大のサケの回遊ルートの一つを復元することであった。[ 289 ]
2021年には、ヨーロッパには100万を超えるダムと堰があり、そのうち少なくとも15万はもはや必要ありませんでした。[ 290 ] ダムとそれに伴う河川の分断は、回遊魚の個体数が55%減少し、魚類の生物多様性が80%減少する主な原因となっています。[ 291 ] 2024年、欧州連合は、不要なダムの撤去を奨励する自然回復法を可決しました。 [ 287 ] [ bd ] Dam Removal Europe組織は、撤去対象のダムを特定し、そのプロセスを促進することを目指しています。[ 291 ] [ be ] 2025年には、ヨーロッパで600を超えるダムが撤去され、3,740 km (2,320 mi) の河川と小川が回復しました。[ 287 ]
ダムの安全な設計を規定する多くの原則は、ダムの崩壊から得られた教訓に基づいて開発されてきました。 [ 294 ]ダムはさまざまな理由で崩壊する可能性があります。アーチダムの崩壊は、アバットメント（ダムの側面が谷壁に押し付けられる部分）の岩盤の弱さ、ダム下の基礎の浸食、またはダムが岩盤に接する部分のせん断（滑り）によって発生する可能性があります。重力ダムとバットレスダムは、転倒、滑り、ひび割れ、または地震によって崩壊する可能性があります。[ 295 ]土盛ダム特有のリスクは「パイピング」です。透水性のダム構造を通るか下を通る小さな漏水が徐々に土壌を浸食し、小さな水路が形成されます。これを放置すると、ダムの崩壊につながる可能性があります。[ 296 ] [ bf ]
19世紀から20世紀初頭にかけて、特に盛土ダムを中心に多数のダムが決壊した。[ 297 ]ダムの安全性に対する重視が高まったことにより、20世紀を通じて決壊率は劇的に低下した。[ bg ] 1900年以降に建設された高さ15メートル（49フィート） を超えるダムのうち、1994年までに決壊したのはわずか100基であった。[ 299 ] 決壊率は低下したが、ダムの高さと貯水容量の増加により、下流への被害の可能性は高まった。[ 299 ]
初期のダム決壊は 紀元前2600年頃に発生し、エジプトのサッド・エル・カファラ・ダムが完成間近の時に大洪水で崩壊した。[ 111 ] [ bh ]近代のアーチダムの決壊としては、フランスのマルパッセ・ダムがある。1959年の決壊は、コンクリート・ダムの形状や強度によるものではなく、ダムと貯水池の水の重量が合わさって地下の滑り線が動いたことが原因だった。この動きによってダムに亀裂が生じ、下流で数百人が洪水で死亡した。[ 300 ]
不十分な現地調査が原因で発生したダム決壊の例として、イタリアのヴァイオントダムが挙げられます。このコンクリートアーチダムは、地滑りが発生しやすい急斜面の谷に建設されました。設計者は谷の地質を十分に理解せず、1959年にダムを建設しました。当時、高さ267メートル（876フィート）は世界で最も高いダムでした。1963年、貯水池の上流の斜面で大規模な地滑りが発生し、貯水池の水がほぼすべて押し出され、高さ125メートル（410フィート）の波がダムを越えて押し寄せました。その結果発生した洪水により、下流で2,000人以上が死亡しました。ダム構造自体は軽微な損傷を受けただけでした。[ 301 ]
場合によっては、決壊の原因を特定できないことがあります。 1963年に米国でボールドウィンヒルズ堤防ダムが決壊しましたが、広範な調査にもかかわらず、決定的な原因は見つかりませんでした。考えられる要因としては、地盤が弱く沈下したこと、ダム構造の不規則な沈下、ダム下の断層線、近くの油田で石油が枯渇した後、再び加圧されたこと、貯水池の排水と充填などが挙げられます。[ 302 ] 最も死者数の多いダム決壊事故の1つは、1975年に中国で 発生した板橋ダムと石満灘ダムの多重決壊です。台風ニーナにより河南省 で大規模な洪水が発生し、板橋ダムや石満灘ダムを含む同じ河川系の複数のダムが決壊しました。死者数は17万1000人から23万人と推定されています。[ 303 ]
ダムは戦時中に攻撃の標的とされ、1917年から1993年の間に20件のダム攻撃が記録されている。ジュネーブ条約は1949年に改正され、「民間人に深刻な被害をもたらす」ダムへの攻撃を禁止した。[ 304 ] [ bi ]
大規模ダムを有するほとんどの国には、ダムの建設および検査を規制する法令または規則がある。規制は国によって大きく異なる。ダムの検査を担当する政府機関を有する国もあるが、多くの国にはない。 [ 306 ] [ bj ]ほとんどの国の規制では、通常、特定のダム設計パラメータは規定されておらず、代わりに「認められた技術規則」または「科学技術の最先端」への準拠が求められている。[ 308 ]ダムを連邦レベルで規制する国もあれば、州レベルで規制する国もある。[ 309 ]例えば、ドイツには連邦規制はなく、各州が独自の法令を有している。[ 310 ]
ダムは小説、映画、ドキュメンタリー、歌、切手、通俗史、政治ポスターなどに登場します。20世紀半ば、イサーク・ブロツキーやグスタフ・クルツィスといったソ連の芸術家たちは、労働者と産業を称賛する目的で、巨大なダムを作品に描きました。彼らの作品には、ミンガチェヴィル・ダム、カイラックム・ダム、ブラツク・ダム、ドニエプル・ダム などが描かれています。[ 311 ]
ドキュメンタリードラマ戦争映画『ダム・バスターズ』（1955年）は、第二次世界大戦中にイギリス空軍がドイツのメーネダムを爆撃し、約1,600人の民間人を死に至らしめた軍事作戦を描いた。 [ 312 ]パタゴニア社は、生態系と魚類の個体数を回復させるためにダム撤去を提唱するドキュメンタリー『ダムネーション』（2014年）を制作した。[ 313 ]
ダムに関する書籍としては、デイビッド・マッカロー著『ジョンズタウンの洪水』（1968年）がある。これは、1889年に米国で発生したダム決壊とその後の洪水に関する一般向けの歴史書である。 [ 314 ]エドワード・アビーは、グレンキャニオンダムの破壊を企てた環境活動家たちを描いた小説『モンキー・レンチ・ギャング』（1975年）を執筆した。[ 315 ]
フォークミュージシャンのウディ・ガスリーは、コロンビア川流域プロジェクトについて書いた 一連の曲の一部として、グランド・クーリー・ダムとロール・オン、コロンビア、ロール・オン（いずれも1941年）を作曲した。[ 316 ] 2010年代には、エチオピアでグランド・エチオピア・ルネッサンス・ダム建設のための資金を集めるために、いくつかの人気曲が制作された。[ 317 ]
