水工水資源研究室
●平成10年度に実施した調査・試験・研究の成果概要
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＜ダム部＞ |
水工水資源研究室
●平成10年度に実施した調査・試験・研究の成果概要
総合的かつ高度な水資源の管理を推進するためには、流域内の水に関連する多様な情報を整理・蓄積し、目的に応じて迅速かつ適切に処理できるシステムを構築し活用することが必要であり、その有効なシステムとして「ＧＩＳ(Geographic Information System)：地理情報システム」がある。
本研究は、水資源管理の立場からＧＩＳの利用方法及び利用に当たり必要になる情報のデータベース化手法を開発するとともに、総合的な水資源管理を実現するための課題について検討を行うものである。
８年度は、水資源管理に必要な既存情報の時間的・空間的特性の整理、データの現況調査と収集及びＧＩＳ導入方法の検討を行った。９年度は、水資源管理に必要な情報とその利用の考え方の整理を行った。10年度は９年度までの検討を踏まえて、水循環の現状把握を例に、GISの活用方法の検討を行うとともに、その処理を行うために必要な情報の整理を行った。
熱帯及び亜熱帯地域の河川においては、特有の雨期の激しい降雨と乾期の乾燥の繰り返し、また、近年の熱帯雨林喪失の加速などにより、山地から河川への土砂生産が極めて増大しており、これらの地域において水資源開発を目的として建設されたダム貯水池の堆砂問題が深刻化している。
本研究は、こうした背景を踏まえて、1)地域特有の流入土砂の性状把握、2)貯水池堆砂問題の現況整理、3)貯水池における微細粒子の挙動把握、4)土砂の特質を考慮した適正な土砂管理手法の検討を行うものである。
10年度は、3)に関連して亜熱帯地域に属する沖縄の貯水池において、洪水時に的確に濁質測定可能な観測装置の検討と、洪水時に流入する微細粒子を把握するための現地測定を行った。
本調査は、熊本県の委託により、五木ダムの洪水吐きを利用した魚道についての水理的な検討を行ったものである。五木ダムでは、洪水調節に自然調節方式の採用を予定しているが、常用洪水吐きの敷高と下流河道との標高差が小さいことから、洪水吐きに魚道の機能を付加させることが期待されている。
10年度は、高圧放流管の出口下流水路内に設置される魚道の作用圧力および所要の減勢効果を有しつつ効果的な排砂を可能とする減勢池規模及び形状についての検討を行うとともに、これまでの水理実験結果をとりまとめ、洪水吐きの最適形状を提案した。
建設事業が水域の生態系に及ぼす影響について、ダム建設等による河川の水質変化や生物の生息場の形態変化を対象に、その変化を把握し、また予測・評価する手法を検討する。
10年度はダムの下流河川の一定区間を対象にダム建設から現在までの水理量の整理を行い、対象河川の流況の変化状況について調査を行った。また、対象としたダム下流河道について出水シーズン前とシーズン後の河道状況を把握した。
渇水に強い社会の構築のためには、時々の水の需要量を的確に把握し、これに応じた適切な用水補給を行い効率的な水資源管理を行うためのシステムを確立することが重要である。
本調査は、このような効率的な水資源管理手法を確立するために、降雨〜流出をはじめとする自然の水の循環と取水〜排水を中心とする人為的な水の循環の各構成要素を整理し、長期的な社会構造変化や短期的な渇水調整などによってもたらされる水循環システムへの影響を予測することのできる水循環シミュレーションモデルの開発を行うものである。
10年度は、９年度までに作成した水循環モデルの原形を用いて水循環の現状把握を行った。
ダムの放流設備において生じる空気混入現象は、乱れを伴う極めて複雑な現象であり、その水理特性については、明らかにされていない部分が多い。一方、近年、フィルダムや再開発ダムにおいてはトンネル式放流設備が、また、景観設計の意味から導流部に凹凸を設けることの要請が強くなっている。これらに対する適切な設計手法を確立するためには空気混入流の水理特性を把握することが必要である。
10年度は、トンネル式放流設備における跳水時の空気混入現象を対象として、幾何学的に相似で縮尺の異なる４種類の模型を用いて水理条件と空気混入量との関係を把握するとともに、導流部について滑らかな水路とした場合と凹凸を設けた場合の空気混入現象および壁面作用圧力の比較を行うための実験模型の製作を行った。
我が国における洪水調節を目的とするダムの管理経験年数の増大に伴い、ダムの洪水処理実績も蓄積されてきている。ダムの流水管理に関する情報は、「多目的ダム管理年報」などにより整理・報告されているものの、従来からこれらの体系的分析については、解析手法を含めて十分に整理されていないのが現状であり、既設のダムの洪水調節機能を適正に評価し、今後のダム管理に活かしていくことが求められている。
本研究は、洪水調節機能の観点からダムのより合理的な計画・運用の検討を進めることを目的としており、実績資料をもとに、ダム貯水池に対する洪水流入波形の特性や実際の貯水池運用操作を踏まえた洪水調節効果の評価を行うものである。
８年度は、主要ダムの洪水波形及び洪水処理操作の実績資料を東北と九州を中心に収集しデータ入力を行った。９年度は、これらデータを用いて、1)洪水波形特性（降雨−流出特性、洪水規模（洪水総流出量、ピーク流量）など）、2)洪水調節効果（調節総量、ピークカット量など）それぞれの観点から洪水に関する基本的諸量の分析を行った。10年度は、実洪水時にダムが有する洪水調節効果を評価するため、洪水貯留開始時の空き容量について検討した。
現在の利水計画は、過去10年程度の流況を対象に、その第1位もしくは2位の渇水流況を基準渇水年として選定し、その流況に対して安全に水の供給を行えるよう計画されている。しかし,平成6年における全国的な渇水の発生に見られるように、ここ数年においては、都市部を中心に慢性的な水不足が頻繁に生じているのが現実である。
本研究は、水資源開発の効果に関する適正な評価を行うための手法について検討を行うものであり、10年度は各ダムの流量変動に着目して標準偏差，確率分布における平分線の傾き等を用いて地域による渇水被害の違い等について検討を行った。
我が国のダム計画では、一般に100年分の堆砂量を計画堆砂量として貯水容量の中に見込んでいるが、中部・北陸地方などの流送土砂の多い水系のダムでは、予想以上に堆砂が進み、何らかの堆砂対策が必要となっている。また、新規計画ダムにおいても、貯水池への流入土砂が多く、計画堆砂量を貯水容量に見込めないと判断される場合には、しかるべき貯水池堆砂対策を施す必要がある。本調査は、フラッシング方式およびバイパス方式による流水を用いた堆砂対策について、施設の計画・設計手法を確立すべく実施するものである。
10年度は、バイパストンネル内の土砂による閉塞防止を目的とした、土砂分派施設からバイパストンネル入り口までの施設における堆砂形態の調査を行った。
貯水池の水温・水質問題対策の一つとして貯水池内の流動を制御する方法が考案されているが、実際に運用法を計画するために必要となる貯水池の流動現象に関する知見は十分でない。そこで本調査では、現地観測、水理模型実験、数値シミュレーション等の手法を用いて貯水池内流動現象を把握し、効果的な流動制御法の計画に資することを目的とする。
10年度は、テストケースの数値シミュレーションを試みた。対象とした現象は、温度成層を持つ貯水池上流より濁水が流入し、下流より選択放流設備を用いて放流した場合を想定したものである。異なる手法により計算を行い結果の比較を行った。
北上川水系江合川の鳴子ダムに設置されたトンネル式放流設備では、主ゲートの保守点検作業の困難を解消すること及び主ゲート事故時の緊急対応を可能とするために、既存ゲートの前面に流水遮断可能な予備ゲートを設ける計画となっている。本調査は、新たに予備ゲートを設けるための流入部変更形状案を求めること及び流水遮断時の水理特性を把握するため実施するものである。９年度は、水理模型実験により既設トンネル式放流設備の水理特性を確認し、流入部変更案の原案形状について調査を行った。
10年度は、流入部変更案の比較案形状について実験を行い、最終案形状を導出するとともに流入部変更後の影響に関する資料収集を行
った。
五十里ダムでは、ダム機能の向上のため既設コンクリート堤体内への放流管の埋設が計画されている。この放流管は、対象流量が大きく、堤体ブロック内に収めるため管径をできるだけ小さくする必要がある一方、湾曲部を有し振動やキャビテーションの発生に対する安全性確保の観点から管内流速が制約されることが課題となっている。
本調査は、湾曲管路の水理特性を明らかにし、管内流速の考え方を整理するとともに、五十里ダム放流管の設計形状を提示することを目的に実施するものである。10年度は9年度収集した湾曲部の圧力特性に関する実験データを解析し、これをもとに水理模型実験案を作成した。また、本案を対象とする水理模型実験を実施し、データ収集を行った。
今後のダム管理の高度化を進めるために、貯水位・流入量・放流量などのダムの基本情報を管理するダム管理用制御処理設備とともに、管理者が行う流水管理操作を円滑に行う上での支援情報を提供することを目的とする貯水池操作支援システムの整備が求められている。本調査は、宮ヶ瀬ダムを対象にＡＩ技術を用いた貯水池操作支援システムの実用システムを開発するものである。
10年度は、宮ヶ瀬ダム流域における既往出水時の気象・水文等の資料収集を行うとともに、既存の貯水池操作支援システムの試作システムの課題整理を行った。
ダム貯水池に関わる土砂のなかで微細粒子分（浮遊砂、ウォッシュロード）は、総量、移動速度ともに大きく、貯水池の土砂管理上その移動特性を把握することが重要である。そこで、微細粒子に着目した現地観測、数値シミュレーション等により、ダム貯水池への流入土砂量と貯水池における捕捉量の関係を明らかにすることを目的とする。
10年度は、洪水時に実施された現地観測の濁度、水温、水質等のデータを収集するとともに、数値シミュレーションを行うための準備として、貯水池の地形データの作成を行った。また、収集したデータをもとに一つのダムを選定し、試験的に数値シミュレーションを行った。
宇奈月ダムは重力式コンクリートダムで、貯水池への年平均流入土砂量が、上流の黒部ダムの堆砂実績から、140万ｍ3と推定されており、効率的に貯水容量を確保するため、排砂施設により貯水池内に堆積した土砂を下流へ排砂させることが計画されている。
本調査は宇奈月ダムにおけるウォッシュロードを中心とする堆・排砂時の挙動および貯水池内流況を検討し、宇奈月ダム排砂操作の確立を目指すものである。
10年度は、宇奈月ダム貯水池を再現した３次元模型を用いて、貯水池内流況調査（非洪水期の網場設置位置、地滑り対策工位置）、排砂設備の放流特性およびウォッシュロードの堆砂特性の調査を行った。
横山ダムは揖斐川に建設された中空重力式コンクリートダムであり、将来の土砂流入に対して流水の力を利用した堆砂対策施設を設置することで堆砂の軽減を図ることが検討されている。横山ダム流入土砂は、その70％をウォッシュロードが占めている。このことを考慮し、堆砂対策施設の一つとして支川である坂内川湾曲部に分派施設を設け、施設の摩耗問題の少ないウォッシュロードのみを含んだ流水をダム下流へとつながるバイパストンネルへと分派する土砂バイパス施設が考えられている。
本調査は、横山ダム土砂バイパス施設の施設規模、形状を検討するため実施しているものであり、主たる検討手法として水理模型実験を用いている。水理模型実験は９年度においてほぼ終了しており、10年度はこれまでの検討結果を取りまとめ、報告書を作成した。
新丸山ダムは、木曽川水系の木曽川本川中流に位置する丸山ダムを23.5m嵩上げする堤高122.5m、総貯水容量146×106m3の多目的ダムである。嵩上げ後の計画最大放流量5,700m3/s、ダム設計洪水流量15,500m3/sであり、新設堤体内に設けられる洪水吐きの対象流量は大きく、総放流幅136.0mを必要とする。このため、減勢工幅が現河道幅を大きく上回ることが問題となっている。本調査は新丸山ダム減勢工について、現地地形を生かした経済的な形式を検討するとともに、施工上問題となる放流管上流における旧ダムの取り壊し範囲について検討を行うものである。
10年度は、全体模型実験により、減勢工の最適形状について検討を行うとともに、旧ダムが新ダム洪水吐きに与える影響を調査し、取り壊し範囲を検討した。
本調査は、淀川総合開発事業の一環である天瀬ダム再開発事業に伴い建設されるトンネル式放流設備について実施したものである。天瀬ダムでは、琵琶湖の後期放流計画において、既設アーチ式ダムの放流能力の増大が必要とされている。このため、新たに堤体から離れてトンネル式放流設備を建設する予定である。９年度までに、放流設備の最終形状の導出とトンネル内跳水現象により発生する低周波音に関する基礎的な検討を行っている。
10年度は、トンネル内減勢工の掘削量を節約することを目的として、減勢工形状の再検討を行うとともに、低周波音に関しても引き続き基礎的な調査および低周波音を低減させる手法の検討を行い、成果の一部を土研資料に取りまとめた。
今後のダム管理の高度化を進めるために、貯水位・流入量・放流量などのダムの基本情報を管理するダム管理用制御処理設備とともに、管理者が行う流水管理操作を円滑に行う上での支援情報を提供することを目的とする貯水池操作支援システムの整備が求められている。本調査は、大滝ダムを対象にＡＩ技術を用いた貯水池操作支援システムの実用システムを開発するものである。
10年度は、大滝ダム流域における既往出水時の気象・水文等の資料収集を行うとともに、既存の貯水池操作支援システムの試作システムの課題整理を行った。
苫田ダムは、吉井川水系吉井川に建設されている堤高74.0mの重力式コンクリートダムで、洪水調節、流水の正常な機能の維持、かんがいを目的とした多目的ダムである。苫田ダムの洪水調節計画は、一定率一定量調節方式であり、計画高水流量2,700m3/sのうち2,150m3/sを調節し、計画最大放流量550m3/sに低減するものである。
本調査は、苫田ダムの洪水吐きの水理設計形状について検討を行うものであり、10年度は、非常用洪水吐きにラビリンス型越流頂と自由越流堤を設置した場合の洪水吐きの検討を実施した。その結果、苫田ダムの洪水吐きの水理設計案を得た。
本調査は、吉野川に建設が計画されている第十堰の魚道について、水理的な検討を行うために実施しているものである。第十堰魚道では、アユ・サツキマス等の浮遊魚からアユカケ等の底生魚に亘る多様な魚種が対象魚として考えられており、このための魚道として平面式魚道、アイスハーバー式魚道の２種類の魚道を併設する事が計画されている。
本調査では、遡上実験を含む水理模型実験により、両形式の魚道形状の検討、魚道機能の検証を実施した。実験は、９年度までにほぼ終了しており、10年度はこれまでの検討結果を、土木研究所資料第3629号としてとりまとめた。
川辺川ダムは、球磨川水系川辺川に建設されている堤高107.5m、堤頂長274mのアーチ式コンクリートダムで、洪水調節、流水の正常な機能の維持、かんがい、発電を目的とした多目的ダムである。川辺川ダムの洪水調節計画は、不定率調節方式であり、基本高水流量3,520m3/sを200m3/sに調節し既設市房ダムと併せて下流人吉地点の基本高水7,000m3/sを4,000m3/sに、荻原地点9,000m3/sを7,000m3/sに低減するものである。
本調査は、川辺川ダムの洪水吐きの実施設計形状とその水理機能について検討を行うことを目的としており、10年度は、抽出模型実験により、水位維持用放流設備について、検討するとともに、これまでの検討内容を報告書にとりまとめた。
立野ダムは、熊本県白川水系白川に建設される堤高92mの曲線重力式コンクリートダムであり、自然調節方式による洪水調節を目的とした治水専用ダムである。本ダムは、常時には水が貯留されていない状態にあり、洪水のたびに貯水池内の水位変動とともに堆砂・排砂現象が繰り返される。本調査は、立野ダム堆砂形態を把握し、堆砂計画に資することを目的として実施しているものである。
10年度は、ダム上流約1kmまでの貯水池模型を用いて排砂および堆砂実験を行った。
ダム貯水池の水質問題の一つである、濁水長期化問題に対応するため、選択取水設備等の効果的な配置・運用が望まれている。本研究は、貯水池内の濁水の流動について調査を行うとともに貯水池内濁水流動現象の把握に基づく対策を検討することを目的に実施しているものであり、９年度は、貯水池を模擬した実験水槽内に温度成層を形成させ、水温または濁質による密度差を付けた流入水の流動状況を観測した。
10年度は９年度に引き続き実験を行い、特に流動の３次元現象の調査を行った。