研究内容
水工チームでは以下の調査・研究を行っています。
1. ダム堤体付近の土砂を洪水時に下流に排出する技術
（SIPⅢ期スマートインフラマネジメントシステムの構築サブ課題A革新的な建設生産プロセスの構築）
ダムは水を貯めることで洪水調節や利水供給を行うことができますが、同時に水とともに流れる土砂も貯まる、堆砂が生じます。そのため、ダムの計画・設計では、一般的に予め100年分の堆砂量を想定した堆砂容量を確保しています。一方、ダムの管理年数の増加とともに、堆砂量が想定を上回るダムや、大規模出水により異常堆積するダムの事例が見受けられます。これらダムでは、緊急的な浚渫や土砂バイパストンネルの整備などの対応が始められているところですが、根本的な解決策が見いだせていないのが現状です。特に近年では、取水口やゲート周辺への堆積や閉塞によって、ダムの機能が低下する事例も確認されており、堆砂問題に対するさらなる技術開発が求められています。また、ダム貯水池から除去した堆砂を域外搬出する場合、含有成分次第によっては産業廃棄物として扱われ、膨大な処理費用を必要とする可能性があります。このような事情を鑑みれば、可能な限り洪水による流体力を活用して、堆砂をダム下流に流す手法が望ましいと言えます。そこで、本研究では以下の２点を技術開発目標として掲げ、実証ダムを具体の対象とした机上設計・検討・比較に基づく、低コストで安全な新たな堆砂移送方法の検討と開発を行っています。
- 洪水中において遠隔操作により堤体付近の土砂を浚渫・排出する方法の開発
- 排砂による下流河道における環境上の負荷を抑えるための運用方法の開発
2. 模型実験と数値解析を併用したベストミックスによるダム水理設計に関する検討
近年の流域治水への転換の中で、ダム再生等の既設ダムの有効活用を加速する必要性が高まっていますが、ダム再生事業では新規建設に比べ、地形・構造・運用面で現場制約条件が複雑です。そのため、洪水吐き(減勢工含む)配置が難しく、施工段階毎の形状を考える必要もあるなど、検討項目が多く、水理設計の技術的難易度がより高まっています。
我が国では水理設計の際に原則水理模型実験が必須とされていますが、従来の実験を主とした水理設計では、ダム再生等に対して検討が難しく、今後は時間・コスト面で効率的な手法を構築していくことが不可欠です。本研究では、ダムの設計効率化・最適化によるダム事業への貢献を目指して、実験と数値解析のベストミックスによるダム水理設計手法の効率化（時間・コスト）を図ります。
3. 堆砂の進行を考慮したダムの放流設備の設計のあり方に関する研究
供用後年数の経過したダムでは、低位標高に設置された洪水調節用の放流設備に堆砂が到達し、ゲート操作に支障をきたす事例が確認されています。本研究では、今後堆砂が進行する中においても放流設備が確実に機能発揮できるよう、大水深下における粘土・シルトの挙動や放流設備へ及ぼす力を分析することで、適切な外力評価を行うことを目標としています。
4. AI・DXを用いたダム堆砂大量輸送技術の開発
ダムの堆砂は、河道の環境改善、砂浜の維持・回復による低潮線や排他的経済水域の保持、津波・高潮防御施設の躯体材料等、国土強靭化への貢献が期待されています。その運搬にあたっては、担い手不足、環境影響等の観点で、有人・内燃機関のダンプトラックに代わる、低コスト・高効率・持続的な輸送技術の開発が必要です。一方、輸送路の１つとして河道の活用する場合は、掃流力を超える土砂を投入すると下流の異常堆積や治水機能低下等のリスク増が懸念されます。このため、土砂動態の下流への影響評価を同時に示す必要がありますが、河床変動解析は膨大な計算時間を要します。そこで計算コスト削減・高速化のための生成AIの活用策を検討します。
5. 現場事務所等からの受託研究および技術指導
ダム及び河川構造物は、ほぼ自然状態の地盤の上に建設される場合が多く、日常的な流水の作用に加え、出水時には極端に大きな力を受けることとなります。特に、構造物周辺に生じた地形変化は、構造物に作用する力を極端に変化させることもあり、単純な解析のみでは妥当な結果を得られない場合があります。さらに、社会システムとのかかわりの中で維持・管理されてきた施設も多く、総合的な視点からその解決策を検討することが求められています。
国土交通省が建設・管理するような大きなダム・河川構造物では、計画・設計・施工時の合理化によるコスト縮減効果は大きくなります。放流設備においても実績のある標準的な設計形状に囚われずに、各ダム固有の条件下でより合理的な放流設備を、その効果と安全性を確認しながら計画・設計することが求められています。また、堆砂対策や放流音対策についても個別ダムにおいて検討が求められています。
上記のような課題について、現場事務所等からの要請により受託研究および技術指導を実施しています。
6. 河川洗掘に対応した橋梁下部構造の予防保全型メンテナンスに関する研究
河道保全研究グループ河道研究部門※にて実施
7. 外力増大と多様な流況変化に伴う土砂流下増大による河川構造物の機能確保に関する研究
河道保全研究グループ河道研究部門※にて実施
8. 河道二極化対策に資する河床変動計算法とモニタリング手法の開発
河道保全研究グループ河道研究部門※にて実施
9. 河床変化の情報処理高度化による構造物強靭化の研究
河道保全研究グループ河道研究部門※にて実施
