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1. 湖内堆砂対策施設の見直し 1.2 ストックヤード施設計画 ストックヤードの平面配置は 既往模型実験結果による分派堰内の流速分布より 死水域となる左岸トラップ堰の上流に配置し 貯砂ダムから取水した洪水流を放流水路でストックヤード内に導水する方式とした ストックヤード底面標高は 土木研究所の実験結

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Academic year: 2021

シェア "1. 湖内堆砂対策施設の見直し 1.2 ストックヤード施設計画 ストックヤードの平面配置は 既往模型実験結果による分派堰内の流速分布より 死水域となる左岸トラップ堰の上流に配置し 貯砂ダムから取水した洪水流を放流水路でストックヤード内に導水する方式とした ストックヤード底面標高は 土木研究所の実験結"

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(1)

● ストックヤードの平面配置は、既往模型実験結果による分派堰内の流速分布より、死水域となる左岸トラップ堰の上流に配置し、貯

砂ダムから取水した洪水流を放流水路でストックヤード内に導水する方式とした。

● ストックヤード底面標高は、土木研究所の実験結果からU*=0.044m/s以上となるようにEL815.6mとし、放流水路がストックヤードに接

続する地点の標高を上限としてストックヤード内の集積土砂天端高を設定した。(EL818.6m)

● ストックヤードの平面形状は、死水域内に設置することから幅60m、土砂量との関係から延長約220mとした。

● ストックヤード内には砂分も混入する可能性があるため、ストックヤード下流端からトラップ堰までの離隔を確保し、バイパスへの砂分

等の流入を防止する。

1.2 ストックヤード施設計画

③ストックヤード

(H=3m, V=30,000m

3

排砂ゲート

6m×5門

取水ゲート

5m×1門

送 泥 管

集泥位置

湖内浚渫

貯砂ダム

分派堰

放流水路

(W=5m, H=1.5m, L=280m)

浚 渫

(ポンプ浚渫)

図1

湖内堆砂対策全体配置図

土砂バイパスゲート

トラップ堰

1.湖内堆砂対策施設の見直し

(2)

■ 分派堰を設計するに当り、平成2年より土木研究所において、水理実験を行っている。

それによれば、下図2 「分派堰上流の流速分布」にあるように、分派堰上流左岸で「死水域」や「弱い逆流状態」の領域が

示される。

また、同様の実験で、下図3 「導流堤概要図」に示すとおり、現在左岸に設けられている導流堤は、貯砂ダムから流下す

る粗い粒径(浮遊砂等)を捕捉するべく流向変更や流速低減の効果を期待して、平成17年度に設置されている。

■これらの点から、分派堰上流の左岸側は、ストックヤードを設置しても分派堰の機能に与える影響は少ないと考えるが、新

たに構造物を設置することとなるため、模型実験により影響確認する。

● ストックヤードの設置位置を決定する際には、分派堰への影響が少なくかつストックヤード内に集積させた土砂が土砂

バイパストンネルへ流入する位置で検討する必要がある。

1.3 施設配置検討

2 分派堰上流の流速分布

(出典:「土木研究所 土砂バイパスの水理検討報告書 平成6年2月 建設省土木研究所」より)

分派堰

貯砂ダム

弱い逆流状態

死 水 域

露出射流が観察される。

土砂バイパス トンネル呑口部

ストックヤード

設置位置

E.L 816.500m E.L 816.500m 850 840 830 820

導流堤

3 導流堤概要図

堆砂の形状を見ると導流堤にて河道

の中心から右岸側に堆砂が進行し、下

流に行くにつれ、土砂バイパストンネル

呑口付近に引き込まれる様に堆砂する

形状となっている。このことから、流水

についても河道中心から右岸側を流れ、

土砂バイパストンネルの運用により、左

岸側へ引き込まれる様な流れになると

予想される。

1.湖内堆砂対策施設の見直し

(3)

4 分派堰直上流左岸の土砂バイパス流入部付近での表面流速分布

出典:「Q92-R38 美和ダム排砂バイパストンネルの運用

~上流および下流河川状況およびバイパス効果~」

(ICOLD第24回大会提出課題論文) / 大ダムNo.22

■図4は土砂バイパストンネル呑口付近に設置したCCTVカメラの画像か

ら、洪水時の分派堰内の表面流速を分析したものであり、(a)はバイパ

ス閉鎖時、(b)(c)はバイパス運転時の状況である。

■バイパス閉鎖時の分派堰内の流向は貯水池方向に向っており、また、

トラップ堰上流では上流方向に弱い逆流が発生している。

■バイパス運転時は分派堰から左岸に向けた流れが主となっており、模

型実験で死水域としていたトラップ堰上流から土砂バイパストンネル呑

口方向への流れは認められない。

■ストックヤードは分派堰上流左岸の「死水域」又は「弱い逆流状態」の

領域に設置するため、ストックヤードの下流ゲートを開放したとき、

集積土砂はストックヤード内の流れに乗り、土砂バイパストンネル呑口

方向に導かれると考えられる。

■ストックヤードとトラップ堰の間に離隔をとっており、ストックヤード内に

混入した砂等の粗砂は、バイパストンネル呑口に到達するまでに沈降

し、トラップ堰に補足されると考えられる。

● ストックヤード内に集積させた土砂が、分派堰貯水池内に分散せず、土砂バイパストンネルへ流入する位置について検討。

上記事項を模型実験により確認し、施設設計に反映させる。

(a) 2010/6/19 平常時 (バイパス閉鎖時)

(b) 2010/7/14 バイパス運用時

(c) 2010/7/14 バイパス運用時

CCTV映像

流速を明度にて表現

CCTV位置

CCTVカメラ

(a)(b)アングル

(c)アングル

土砂バイパストンネル呑口 分派堰 トラップ堰

バイパストンネル呑口

バイパストンネル呑口

バイパストンネル呑口

1.湖内堆砂対策施設の見直し

(4)

●ストックヤードは、既設の土砂バイパス施設に影響を与えないことを基本とし、平面的流速分布における死水域等に配置するものと

して、排砂する土量

3万m

3

の容量を確保するための施設規模として設定した。

施設等諸元

ストックヤード長

L=約220m

ストックヤード幅

L=約60m

ストックヤード高

L=約4m

水路低(ストックヤード最低面)

EL.815.6m

ストックヤード内勾配

i=1/500

排砂ゲート~トラップ堰までの距離

L=約25m

集積土砂高

L=約3m

放流量(ストックヤード内流入量)

約50m

3※

※ダム流入量が300m3/s以上となった場合には

70m3/sに維持する

4000

図5 ストックヤード 一般図

排砂ゲート 排砂ゲート

1.湖内堆砂対策施設の見直し

(5)

図7 摩擦速度と侵食速度の関係

(美和ダム堆積土砂)

●美和ダムに堆積した微細粒砂を用いた土木研究所の実験からは、摩擦速度U

*

=0.044m/sが局所的な激しい浸食が始まる限界となっ

ており、また、U

*

が0.08より大きくなるとαが大きくなる傾向を示している。 (下図7)

●これを踏まえ、ストックヤード内に集積させた3万m

3

の状態(EL.818.6m)から排砂を開始し、流水により堆砂面が徐々に侵食されて低

下すると想定。

●全ての集積土砂を流出させるため、水路底高さでも堆砂面の侵食が生起する摩擦速度U

*

=0.044m/s 以上となるように、水路底を

EL.815.6mに設定(ストックヤードの下流水位は分派堰越流水位を想定)。

※ 美和ダム貯水池の堆積土砂をストックした場合、土粒子間の粘着力の影響が考えられるが、土木研究所の既往実験によれば、次

のとおり示されている。

『局所的な激しい侵食が始まる状態(浸食状態Ⅱ)』 摩擦速度U

*

=0.044m/s

侵食速度 E=αu

*

3

α:定数0.02~0.10(S

2

/m

2

)

E:侵食速度(m/s) u

*

:摩擦速度(m/s)

1.4 ストックヤード内水理検討

図6 土木研究所実験粒度分布

表1

土木研究所侵食限界実験の結果

実験結果では

U*>0.08ではαが大き

くなっている。

実験は水路幅0.1m、堆砂厚0.1mで実施された。

1.湖内堆砂対策施設の見直し

(6)

【S43.8洪水(1回/3~4年)】

・ダム流入量が土砂バイパストンネル最大流量の300m

3

/sを上回り、かつ流入量が100m

3

/s以上で排砂可能な時

間が比較的長いS43.8洪水(3~4年に1回程度)の実績ハイドロを用いて、ストックヤード内の堆砂侵食につ

いて算出した。

・摩擦速度が最も小さくなるストックヤード内堆砂面EL.815.6mにおいてもU

*

=0.044m/s は確保でき、またス

トックヤード内の堆砂について侵食可能深さ(堆砂高)を計算すると2m以上となった。

【S59.6洪水(1回/1年)】

・ダム流入量が年に1回程度となる規模(S59.6洪水)の実績ハイドロを用いて、ストックヤード内の堆砂侵食

について算出した。

・摩擦速度が最も小さくなるストックヤード内堆砂面EL.815.6mにおいてもU*=0.044m/s は確保でき、また、

ストックヤード内の堆砂について侵食可能深さ(堆砂高)を計算すると1m~4m程度となった。

3m

818.6m

815.6m

分派堰越流水位

E.L 816.7m

ストックヤード

貯砂ダム

取水

排砂ゲート

トラップ堰

土砂バイパスへ

分派堰

814.0m

810.0m

1.湖内堆砂対策施設の見直し

(7)

流量、摩擦速度及び侵食深さの時系列(S43.8洪水の例:1回/3~4年)

集積土砂天端高EL.818.6m

集積土砂天端高EL.817.6m

ストック施設流量時系列(水路底EL.818.6)

0 50 100 150 200 250 300 350 8月27日 8月28日 8月29日 8月30日 8月31日 9月1日 流量( m 3 /s ) 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 流速( ×1 0m /s )・ 摩擦速度 u* (m /s ) 流入量 ストック施設流量 バイパス流量 摩擦速度u* ストック施設内流速

侵食深さの時系列

0 2 4 6 8 10 12 14 1968/8/27 12:00 1968/8/28 12:00 1968/8/29 12:00 1968/8/30 12:00 1968/8/31 12:00 1968/9/1 12:00 侵食深 さ(m ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 体積濃 度(%) 侵食深さ(α=0.10) 侵食深さ(α=0.05) 侵食深さ(α=0.02) ストック施設排出濃度(α=0.05) バイパス内濃度(α=0.05)

ストック施設流量時系列(水路底EL.817.6)

0 50 100 150 200 250 300 350 8月27日 8月28日 8月29日 8月30日 8月31日 9月1日 流量( m 3 /s ) 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 流速( ×1 0m /s )・ 摩擦速度 u* (m /s ) 流入量 ストック施設流量 バイパス流量 摩擦速度u* ストック施設内流速

侵食深さの時系列

0 2 4 6 8 10 12 14 1968/8/27 12:00 1968/8/28 12:00 1968/8/29 12:00 1968/8/30 12:00 1968/8/31 12:00 1968/9/1 12:00 侵食深 さ(m ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 体積濃度( %) 侵食深さ(α=0.10) 侵食深さ(α=0.05) 侵食深さ(α=0.02) ストック施設排出濃度(α=0.05) バイパス内濃度(α=0.05) 0.080 0.044 0.080 0.044

1.湖内堆砂対策施設の見直し

(8)

集積土砂天端高EL.816.6m

集積土砂天端高EL.815.6m

ストック施設流量時系列(水路底EL.816.6)

0 50 100 150 200 250 300 350 8月27日 8月28日 8月29日 8月30日 8月31日 9月1日 流量( m 3/s ) 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 流速( × 1 0m /s )・ 摩擦速度u* (m /s ) 流入量 ストック施設流量 バイパス流量 摩擦速度u* ストック施設内流速

侵食深さの時系列

0 2 4 6 8 10 12 14 1968/8/27 12:00 1968/8/28 12:00 1968/8/29 12:00 1968/8/30 12:00 1968/8/31 12:00 1968/9/1 12:00 侵食深さ (m ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 体積濃度( %) 侵食深さ(α=0.10) 侵食深さ(α=0.05) 侵食深さ(α=0.02) ストック施設排出濃度(α=0.05) バイパス内濃度(α=0.05)

ストック施設流量時系列(水路底EL.815.6)

0 50 100 150 200 250 300 350 8月27日 8月28日 8月29日 8月30日 8月31日 9月1日 流量( m 3/s ) 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 流速( × 1 0m /s )・ 摩擦速度u* (m /s ) 流入量 ストック施設流量 バイパス流量 摩擦速度u* ストック施設内流速

侵食深さの時系列

0 2 4 6 8 10 12 14 1968/8/27 12:00 1968/8/28 12:00 1968/8/29 12:00 1968/8/30 12:00 1968/8/31 12:00 1968/9/1 12:00 侵食深さ (m) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 体積濃度 (%) 侵食深さ(α=0.10) 侵食深さ(α=0.05) 侵食深さ(α=0.02) ストック施設排出濃度(α=0.05) バイパス内濃度(α=0.05) 0.080 0.044 0.080 0.044

1.湖内堆砂対策施設の見直し

(9)

ストック施設流量時系列(水路底EL.818.6)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 6月25日 6月26日 6月27日 6月28日 6月29日 6月30日 流量( m 3/s ) 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200 流速( × 1 0m /s )・ 摩擦速度u* (m /s ) 流入量 ストック施設流量 バイパス流量 摩擦速度u* ストック施設内流速

侵食深さの時系列

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 1984/6/25 12:00 1984/6/26 12:00 1984/6/27 12:00 1984/6/28 12:00 1984/6/29 12:00 1984/6/30 12:00 侵 食深さ (m ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 体積濃 度(%) 侵食深さ(α=0.10) 侵食深さ(α=0.05) 侵食深さ(α=0.02) ストック施設排出濃度(α=0.05) バイパス内濃度(α=0.05)

ストック施設流量時系列(水路底EL.817.6)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 6月25日 6月26日 6月27日 6月28日 6月29日 6月30日 流量( m 3/s ) 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200 流速( × 1 0m /s )・ 摩擦速度u* (m /s ) 流入量 ストック施設流量 バイパス流量 摩擦速度u* ストック施設内流速

侵食深さの時系列

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 1984/6/25 12:00 1984/6/26 12:00 1984/6/27 12:00 1984/6/28 12:00 1984/6/29 12:00 1984/6/30 12:00 侵 食深さ (m ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 体積濃度( %) 侵食深さ(α=0.10) 侵食深さ(α=0.05) 侵食深さ(α=0.02) ストック施設排出濃度(α=0.05) バイパス内濃度(α=0.05)

集積土砂天端高EL.818.6m

集積土砂天端高EL.817.6m

0.080 0.044 0.080 0.044

流量、摩擦速度及び侵食深さの時系列(S59.6洪水の例:1回/1年)

10

1.湖内堆砂対策施設の見直し

(10)

ストック施設流量時系列(水路底EL.816.6)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 6月25日 6月26日 6月27日 6月28日 6月29日 6月30日 流量( m 3 /s ) 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200 流速( ×1 0m /s )・ 摩擦速度 u* (m /s ) 流入量 ストック施設流量 バイパス流量 摩擦速度u* ストック施設内流速

侵食深さの時系列

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 1984/6/25 12:00 1984/6/26 12:00 1984/6/27 12:00 1984/6/28 12:00 1984/6/29 12:00 1984/6/30 12:00 侵食深さ (m ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 体積濃度(%) 侵食深さ(α=0.10) 侵食深さ(α=0.05) 侵食深さ(α=0.02) ストック施設排出濃度(α=0.05) バイパス内濃度(α=0.05)

ストック施設流量時系列(水路底EL.815.6)

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 6月25日 6月26日 6月27日 6月28日 6月29日 6月30日 流量( m 3 /s ) 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200 流速( ×1 0m /s )・ 摩擦速度 u* (m /s ) 流入量 ストック施設流量 バイパス流量 摩擦速度u* ストック施設内流速

侵食深さの時系列

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 1984/6/25 12:00 1984/6/26 12:00 1984/6/27 12:00 1984/6/28 12:00 1984/6/29 12:00 1984/6/30 12:00 侵食深さ (m ) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 体積濃度( %) 侵食深さ(α=0.10) 侵食深さ(α=0.05) 侵食深さ(α=0.02) ストック施設排出濃度(α=0.05) バイパス内濃度(α=0.05) 0.080 0.044 0.080 0.044

集積土砂天端高EL.816.6m

集積土砂天端高EL.815.6m

11

1.湖内堆砂対策施設の見直し

図 4 分派堰直上流左岸の土砂バイパス流入部付近での表面流速分布 出典:「Q92-R38 美和ダム排砂バイパストンネルの運用 ~上流および下流河川状況およびバイパス効果~」 (ICOLD第24回大会提出課題論文) / 大ダムNo.22 ■図4は土砂バイパストンネル呑口付近に設置したCCTVカメラの画像から、洪水時の分派堰内の表面流速を分析したものであり、(a)はバイパス閉鎖時、(b)(c)はバイパス運転時の状況である。■バイパス閉鎖時の分派堰内の流向は貯水池方向に向っており、また、トラップ堰上流では上流方向

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