VII ダム湖およびダム下流河川の水質・土砂制御技術に関する調査
研究期間：平成14年度～17年度
プロジェクトリーダー：水工研究グループ上席研究員（ダム水理） 柏井条介
研究担当グループ：水工研究グループ（ダム水理）
1. 研究の必要性
ダム下流域の河川における生物環境保全のため、時間的な変動も考慮したうえで、貯水池に滞留する水および土砂を適切な量、質で下流へ供給し、水棲生物生息の場としてふさわしい河床形態および河川の水量、水温、水質を形成、維持するための技術開発が求められている。あわせて、貯水池の堆砂を軽減し、良好な貯留水質を維持するための技術開発が求められている。
2. 研究の範囲と達成目標
本重点プロジェクト研究では、ダム湖および下流河川の環境保全技術のうち、貯水池に流入する土砂の量、質および土砂の貯水池内での挙動の解明、下流河道への土砂供給手法の開発、下流へ供給した土砂の挙動予測手法の開発、貯水池および放流水の水温・濁度制御手法の開発、流量変動による自然の擾乱・再生現象を再現し、貯水池利用とも調和する放流手法の開発を行うことを研究の範囲とし、以下の達成目標を設定した。
(1) 貯水池における流入土砂量の量、質および土砂移動形態の予測手法の開発
(2) 下流への土砂供給施設の設計・運用手法の開発と下流へ供給した土砂の挙動予測手法の開発
(3) 水質保全設備の効果的な運用による貯水池および放流水の水温・濁質制御手法の開発
(4) 流量変動による自然の擾乱・再生現象を再現する、ダム下流の環境改善を目指したダムからの放流手法の提案
3. 個別課題の構成
本重点プロジェクトでは、上記の目標を達成するため、以下に示す研究課題を設定した。
(1) 貯水池堆砂の予測手法に関する調査（平成11～14年度）
(2) 土砂による水路の摩耗・損傷予測と対策に関する調査（平成14～17年度）
(3) 貯水池放流水の水温・濁度制御に関する調査（平成13～15年度）
(4) ダムからの供給土砂の挙動に関する調査（平成15～17年度）
(5) ダム下流の流量変動と河川の再生に関する調査（平成16～17年度）
4. 研究の成果
(1) 貯水池における流入土砂量の量、質および土砂移動形態の予測手法の開発
本目標に関しては、「貯水池堆砂の予測手法に関する調査」において、近傍類似ダムの堆砂実績に基づく平均的な年堆砂量の予測手法、年堆砂量変動の評価方法を提示するとともに、堆砂実績では把握できない微細粒子の捕捉率について実測に基づく解析を行い、推定方法を示した。更に、ボーリング調査に基づき、堆砂の粒度構成や空隙率の特性を明らかにした。また、貯水池内の分級・堆砂過程を再現するため、有限体積法及びMacCormack法の両者による1次元の非定常計算モデルを作成するとともに、みお筋の形成を再現する平面2次元モデルの原型を作成した。
本調査は14年度が最終年度であり、上記内容について概ね所期の目的を達成したと考えているが、今後さらに、精度よく堆砂の粒度構成に影響を及ぼす因子を把握する方法について検討するとともに、河床変動モデルの高次元化や実験・実堆砂を対象としたモデルの検証を行っていく予定である。
(2) 下流への土砂供給施設の設計・運用手法の開発と下流へ供給した土砂の挙動予測手法の開発
本目標に関しては、「土砂による水路の摩耗・損傷予測と対策に関する調査」において、水理模型実験の縮尺模型において実験砂による損傷可能な発泡phenol樹脂を用いた実験を行い、湾曲部を含む土砂輸送水路および土砂バイパス施設流入部での3次元的な損傷特性を把握した。また、パラフィンを損傷材料とした実験により、副ダム下流水路の損傷特性を把握した。さらに、実験砂を用いた損傷材料のキャリブレーション装置の試作を行った。
本調査は、14年度が初年度であり、今後、模型での損傷材料のキャリブレーション方法、砂礫の運動特性を考慮した模型損傷値の原型換算方法を検討するとともに、コンクリートなどのライニング材料の損傷特性を把握する予定である
(3) 水質保全設備の効果的な運用による貯水池および放流水の水温・濁質制御手法の開発
本目標に関しては、「貯水池放流水の水温・濁度制御に関する調査」において、水理模型実験によりカーテンシステムによる清澄水の保存効果の検討を行い、カーテンシステムのカーテン下方の開口高、流入流量、貯水池の成層の有無による清澄水保存効果の基本的な特性を把握した。また、シミュレーションモデルの検証のために、川治ダムにおける出水時の流動の観測を行い、出水直後の貯水池水温・濁度・流速の縦横断分布などについての知見を得た。
今後は、観測データとシミュレーションモデルによる再現結果の比較検討を行って、モデルの検証・改良を実施するとともに、水温・濁水の制御手法を検討・提案する予定である。
7.1 貯水池堆砂の予測手法に関する調査
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究機関：平11～平14
担当チーム：水工研究グループ（ダム水理）
研究担当者：柏井条介、櫻井寿之、鈴木判征
【要旨】
流域の土砂管理に対する要求が高まる中、流下土砂量を知るための情報源として粒度構成を含むダム堆砂量の解析が必要となっている。また、より適切な貯水池堆砂計画などのため、貯水池堆砂形態の精度のよい推定方法が求められている。本調査では、近傍類似ダムの堆砂実績に基づく平均的な年堆砂量の予測手法、年堆砂量変動の評価方法を提示するとともに、堆砂実績では把握できない微細粒子の捕捉率について実測に基づく解析を行い、推定方法を示した。更に、ボーリング調査に基づき、堆砂の粒度構成や空隙率の特性を明らかにした。また、貯水池内の分級・堆砂過程を再現するため、有限体積法及びMacCormack法の両者による１次元の非定常計算モデルを作成するとともに、みお筋の形成を再現する平面2次元モデルの原型を作成した。14年度は最終年度であり、以上の検討を継続実施しとりまとめた。
キーワード：貯水池、堆砂、捕捉率、粒度分布、河床変動計算
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平14～平17
担当チーム：水工研究グループ（ダム水理）
研究担当者：柏井条介、宮脇千晴、井上清敬
【要旨】
将来にわたる水資源の確保やダム機能の維持、また、流域一貫した土砂管理の観点から、流水のエネルギーで貯水池から下流へ土砂を輸送する施設の重要性が高まっている。この土砂輸送施設では、土砂流下による磨耗・損傷が問題となるが、その程度・評価方法・対策について充分な知見が得られているとはいえない。そこで、本調査では、磨耗・損傷量の予測、維持管理手法の開発を目的とし、初年度である14年度において、湾曲水路、土砂バイパス施設呑口部および越流部下流水路を対象に、損傷材料で製作した模型を実際に損傷させる水理模型実験を実施した。その結果、各ケースについて、定性的な局所洗掘特性を把握することができた。
キーワード：土砂管理、堆砂、磨耗・損傷、洗掘、土砂バイパス施設
研究予算：運営費交付金（治水勘定）
研究期間：平13～平15
担当チーム：水工研究グループ（ダム水理）
研究担当者：柏井条介、櫻井寿之、鈴木伴征
【要旨】
ダム貯水池の放流水において、水温については、ダム建設前の水温に見合った放流水温の制御が、濁水については、流入濁水の制御による清澄水の積極的な保存・利用が求められており、貯水池水質の保全対策と併せた技術開発が必要である。そこで、本調査では、（1）貯水池流動現象再現のための既往数値シミュレーションモデルの検証・改良および必要な新規モデルの開発、（2）現地観測による貯水池流動の把握、（3）カーテンシステムおよび選択取水設備運用による水温・濁水の高度制御手法の開発を行っている。14年度は水理模型実験によりカーテンシステムの清澄水保存効果の基本的な特性を把握した。また、川治ダムにおける出水時の観測を行うことにより、濁水の三次元的な流動や流入濁水の長期変動についての知見を得た。
キーワード：貯水池放流水、水温制御、濁度制御、カーテンシステム、流動現象
