JP2011122343A - 風塵の発生防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露出河床に堆積した細粒土の含水比を現地で計測出来るようにすることにより、散水の実施時期を露出河床の乾燥状態に合わせて行えるようにする課題とする。
【解決手段】風塵の発生防止方法であって、細粒土ｗが堆積した露出河床Ｕの日射反射率Ｙを日射計３０を用いて現地にて計測し、計測した日射反射率に基づいて、前記地表面に堆積した細粒土ｗの含水比Ｘを決定し、決定した含水比Ｘが基準値Ｘｏを下回ることを条件に、前記露出河床Ｕに散水する。この発明では、細粒土ｗの含水比Ｘを日射反射率Ｙから求めるようにした。そのため、従前では困難であった含水比Ｘの現地算出が可能となり、風塵の発生条件が成立しているかどうかを、タイムリーに判定できるようになった。以上のことから、散水作業を、風塵の発生条件が成立していることが見込まれる場合に限って行うことが可能となった。
【選択図】図８

Description

本発明は、風塵の発生防止方法に関する。

例えば、ダム湛水池では冬季に貯水位が低くなり、河床が長期間、露出する。冬季は、大気が乾燥した状態にあるため、露出した河床土が乾燥する傾向にある。そのため、河床に堆積した細粒分が、風により舞い上げられて、風塵を引き起こすことがある。現状では風塵の発生を確認した後に、散水を行って風塵を抑制しているが、風塵は、地域住民の生活環境に少なからず影響を与えるから、発生させないことが求められていた。下記特許文献１には、地表面部に凸状部、凹状部を設けることにより、風塵（文献中では、土砂の飛翔）を防止する提案がされている。

特開２００８−２０２３８２号公報

風塵は、露出河床土が乾燥した状態になると発生し易くなる。そのため、風塵の発生を防止するには、定期的に散水して、露出河床土を乾燥させないようにすればよい。しかし、散水が必要な河床面積が膨大である場合、無計画に散水することは経済的でない。

これを解決するには、露出河床土の乾燥度合いを、含水比を指標として監視し、必要なときにだけ散水するようにしてやればよい。しかし、含水比を求めるためには、試料である露出河床の細粒土を、専用の乾燥炉で水分を蒸発させて乾燥前後の重量比を調べる必要があり、これを、現地で算出することは、到底不可能である。そのため、含水比を現地で算出できるようにすることが望まれていた。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、露出河床の堆積土の含水比を現地算出することにより、露出河床に対する散水作業を、露出河床の乾燥状態に合わせて簡便・迅速に実施出来るようにすることを課題とする。

本発明は、風塵の発生防止方法であって、細粒土が堆積した地表面の日射反射率を日射計によって現地にて計測し、算定した日射反射率に基づいて前記地表面に堆積した細粒土の含水比を決定し、決定した含水比が基準値を下回ることを条件に前記地表面に散水する。尚、ここで言う「基準値」とは風塵が発生するかどうかを分ける境界値（含水比の境界値）である。このようにすれば、従前では困難であった風塵発生の未然防止が可能となる。以上のことから、露出河床に対する散水作業を、露出河床の乾燥状態に合わせて実施出来る。

この発明の実施態様として、次のようにすることが好ましい。
・前記基準値を前記地表面の風速値に応じて設定変更する。このようにしておけば、風塵の発生条件の成否に、現地の風速の状況を反映させることが可能となる。

・前記基準値に対する前記含水比の差分に基づいて散水時間を決定する。このようにしておけば、地表面にまかれる散水量が現地の状況に適した適量になる。

本発明によれば、地表面に堆積した細粒土の含水比を日射反射率から求めるようにした。そのため、従前では困難であった含水比の現地算出が可能となった。以上のことから、露出河床に対する散水作業を、露出河床の乾燥状態に合わせて実施することが可能となった。

ダム湛水池の平面図 風洞室の側面図（実施形態１） 風洞室の平面図（実施形態１） 細粒土が浮遊し始める風速値Ｖと含水比Ｘとの関係を示す図（実施形態１） 日射反射率Ｙの計測方法を説明する図（実施形態１） 含水比Ｘと日射反射率Ｙとの関係を示す図（実施形態１） 風塵の発生を防止するために必要となる各機器を示す図（実施形態１） 風塵の発生を防止する手順を示す図（実施形態１） 散水時間の設定を示す図（実施形態１） 風塵の発生を防止するために必要となる各機器を示す図（実施形態２） 風塵の発生を防止する手順を示す図（実施形態２） 細粒土が浮遊し始める風速値Ｖと含水比Ｘとの関係を示す図（実施形態２）

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図９によって説明する。
１．風塵の発生条件の検証
例えば、図１に示すダム湛水池の河床、具体的には背水端付近では、川から運ばれて来た細粒土（粘土、シルトなど比較的細粒の土粒子を多く含む土）ｗが堆積し易い。これは、背水端が川との合流地点であり、そこで水の流れが遅くなるからである。

一方、ダム湛水池では冬季に貯水位が低くなる。そのため、上記した背水端を含む河床は長期間に亘って露出し、乾燥状態になる。すると、風が吹いた時に、露出河床Ｕの細粒土ｗが吹き上げられ、風塵が発生する。このように風塵は、露出河床Ｕが乾燥した状態にある場合、及び地表の風速が速い場合に起こり易い。そこで、以下の風洞室を利用して風洞実験を行い、含水比と風速の関係から風塵の発生条件をまず検証した。

図２は風洞室の側面図である。風洞室１０内には風路１１が形成されている。風路１１は、図２の右手が吸込口１１ａ、図２の左手が吹出口１１ｂになっている。吸込口１１ａの前方には、送風器１３が設置されており、送風器１３にて起こされた風が、風路１１を通って、図２の右手側から図２の左手側に吹き抜ける構成となっている。

風路１１の中央部１１ｃには、試料となる細粒土ｗを入れるトレイ型の容器１５と、風速計１８が設置されている。容器１５は、中央部１１ｃの床面に置かれており、また、風速計１８は容器１５の前端寄りの位置に設置されている。

風洞実験は、送風器１３によって風路１１に風を送り込んだときに、容器１５の細粒土ｗが浮遊し始める時の風速値Ｖを、風速計１８にて観測するものである。本風洞実験では、試料となる細粒土ｗについて、含水比Ｘの異なる何パターンかを用意しておき、各含水比Ｘの細粒土ｗについてそれぞれ、浮遊し始める時の風速値Ｖを観測した。尚、試料の細粒土ｗは、いずれも図１に示すダム湛水池の露出河床Ｕから採取したものを使用した。

また、容器１５内の細粒土ｗが浮遊し始めるタイミングは、目視で観測することとした。この場合、容器１５の風下側に黒色のシートを敷いておくと、浮遊した細粒土ｗを目視で捉え易く実験を行い易い。また、含水比Ｘの測定は、試料の細粒土ｗを炉乾燥させ、その前後の重量比を比較して計測した。

Ｘ＝（Ｍ１−Ｍ２）／Ｍ２×１００・・・・・・・（数式１）
Ｍ２・・・細粒土ｗの乾燥後質量
Ｍ１・・・細粒土ｗの乾燥前質量

上記した風洞実験から風塵の発生条件は、次の条件であることが判明した。具体的には、図４にて示すように、細粒土ｗが浮遊し始める風速値Ｖ（図４では横軸）と細粒土ｗの含水比Ｘ（図４では縦軸）との間には、含水比Ｘが８％以下の領域で一次直線Ｌ１にて近似できる相関がみられ、また含水比が８％から１２％の領域で一次直線Ｌ２にて近似できる相関がみられた。

その一方、図１のダム湛水池において発生頻度が高い風速の上限値は、冬季の場合、概ね１０ｍ／ｓ程度であることが、統計的なデータから解っている。従って、図４のデータから、細粒土ｗの含水比Ｘが１０％を下回らないようにすれば、現地における風塵の発生を防止することが可能となる。

２．細粒土ｗの日射反射率Ｙの計測実験
次に、計測装置２０を用いて細粒土ｗの日射反射率Ｙを計測する実験を行い、含水比Ｘと日射反射率Ｙの関係を検証した。計測装置２０は日射計３０と、日射計３０を支持する支持部２１とからなる（図５参照）。支持部２１はベース盤２５上にＬ字型のアーム２７を取り付けた構成となっている。

日射計３０は図５にて示すようにアーム２７の先端に対して取り付けられている。日射計３０は上下一対のセンサ部３１、３５から構成されている。センサ部３１、３５は光の照度（明るさ）を検出するものであり、上側のセンサ部３１は検出面３１Ａを上に向けており、また下側のセンサ部３５は検出面３５Ａを下に向けている。

以上のことから、図５に示すように細粒土ｗの入れられた容器１５に日射計３０を臨ませるように、計測装置２０を配置することで、細粒土ｗの日射反射率Ｙを計測できる。

Ｙ＝Ｅ２／Ｅ１×１００・・・・（数式２）
Ｅ２・・・細粒土ｗの表面で反射した反射光の照度（センサ部３５の計測値）
Ｅ１・・・太陽光の照度（センサ部３１の計測値）

本計測実験では、試料となる細粒土ｗについて、含水比Ｘの異なる何パターンかを用意しておき、各含水比Ｘの細粒土ｗについてそれぞれ日射反射率Ｙを計測した。尚、試料の細粒土ｗは風洞実験と同じく、いずれも図１に示すダム湛水池の露出河床Ｕから採取したものを使用した。

上記した計測試験の結果から、含水比Ｘが２５％以下の範囲では、含水比Ｘ（図６では横軸）と日射反射率Ｙ（図６では縦軸）との間に、下記数式３で表される一次直線Ｌ３にて近似できる相関がみられた。また、含水比が２５％以上の場合には，日射反射率は５〜１０％となりあまり相関がみられないが，目視で土の表面に水が浮き十分湿潤しており、風塵は発生しない状態となっていた。

以上のことから、風塵が起こりうる範囲内においては、日射反射率Ｙを計測しさえすれば、その計測値に対応する含水比Ｘを、一次直線Ｌ３から算出できることが解った。例えば、日射反射率Ｙの計測値が「１６％」の場合、含水比Ｘはほぼ「１３．２％」となる。

Ｙ＝−０．５５５３Ｘ＋２３．３５７・・・・・（数式３）
Ｘ・・・含水比（％）
Ｙ・・・日射反射率（％）

尚、含水比Ｘと日射反射率Ｙとの間に相関が見られるのは、細粒土ｗが湿った状態では、入射光は表面の水分で屈折して土粒子内に向かいやすく、光の反射量は少なくなる。その一方、細粒土ｗが乾いた状態では、入射光は表面で乱反射しやすく、光の反射量は多くなるためであると考えられる。

また、上記した数式３が適用できるのは、含水比Ｘが２５％以下であり、含水比Ｘが２５％を超えるケースでは、含水比Ｘを求めることが出来ない。しかし、含水比が２５％を越えた場合、細粒土ｗは十分に湿潤した状態となり、風塵の発生する可能性は無い。従って、風塵の発生を防止する目的に照らせば、２５％以下の範囲について含水比Ｘを求めることが出来れば、それで何ら問題ない。

３．風塵の発生防止方法
この風塵発生防止方法では、図７にて示すように、日射計３０を有する計測装置２０と、データ処理装置５０と、散水装置６０とを使用して風塵の発生を防止する。計測装置２０は、計測対象となる地表面の日射反射率Ｙを計測する装置である。データ処理装置５０は、計測装置２０の計測値（日射反射率Ｙのデータ）から計測対象となる地表面の含水比Ｘを算出する装置である。このデータ処理装置５０には、含水比Ｘと日射反射率Ｙとの相関データ（具体的には、数式３のデータ）が予め記憶されている。

以下、図１に示すダム湛水池の露出河床Ｕを対象に風塵の発生防止方法を適用した例を、図８に示すフロー図を参照して説明する。尚、露出河床Ｕが本発明の「地表面」の一例である。

まず、Ｓ１０では、現地に設置した計測装置２０を用いて、露出河床Ｕの日射反射率Ｙが、現地作業者により計測される。ここでは、計測値、すなわち露出河床Ｕの日射反射率が「１６％」であったものとする。尚、このＳ１０のステップが、本発明の「細粒土の堆積した地表面の日射反射率を日射計を用いて計測し、」に相当する。

次に、Ｓ２０では、露出河床Ｕに堆積した細粒土ｗの含水比Ｘが算出される。具体的には、Ｓ１０にて、計測した日射反射率Ｙの計測値を、ユーザインターフェースなどを用いてデータ処理装置５０に入力してやればよい。これを行うと、データ処理装置５０は、入力された日射反射率Ｙのデータを、記憶した数式３に代入して、含水比Ｘを求める演算処理を行う。これにて、含水比Ｘが算出される。

ここでは、露出河床Ｕの日射反射率Ｙは「１６％」であるから、細粒土ｗの含水比Ｘは「１３．２％」であると算出される。尚、このＳ２０のステップが、本発明の「計測した日射反射率に基づいて、前記地表面に堆積した細粒土の含水比を決定し、」に相当する。

次に、Ｓ３０では、Ｓ２０にて算出された細粒土ｗの含水比Ｘを、予め設定した含水比の基準値（風塵が発生するかどうかを分ける境界値）Ｘｏと比較することにより、風塵の発生条件が成立しているかどうか、作業者により判定される。

尚、現地風速のうち、発生頻度が高い風速の上限値は、冬季の場合、概ね１０ｍ／ｓ程度である。一方、先の風洞実験の結果から、風速値Ｖが１０ｍ／ｓ以下である場合、風塵が発生し得る含水比Ｘは「１０％」である（図４参照）。従って、この実施例では、含水比Ｘの基準値Ｘｏは「１０％」に設定してある。

Ｓ２０にて算出した現地の含水比は「１３．２％」であり、基準値Ｘｏ「１０％」を上回っている。そのため、この場合には、風塵の発生条件は、成立していないと判定される（Ｓ３０：判定Ｎｏ）。

Ｓ３０にて、風塵の発生条件が成立していないと判定された場合、その日の作業は終了する。そして、数日程度時間を空けて、再び、Ｓ１０から順に各ステップを行って、風塵の発生条件が成立しているかどうかを判定する作業を行うこととなる。以上のことから、風塵の発生条件が成立していない場合（露出河床Ｕが湿っている場合）には、Ｓ１０〜Ｓ３０のステップが単に繰り替えされることとなる。

このようなステップが繰り返される間、晴天の日が続くと、現地の露出河床Ｕは次第に乾燥してゆく。そのため、Ｓ１０にて計測される露出河床Ｕの日射反射率Ｙの数値は高くなってゆく。そして、Ｓ１０にて、計測される日射反射率Ｙの数値が、例えば、「１８％」になると、Ｓ２０にて算出される含水比は「９．６％」になる。

この場合、細粒土ｗの含水比Ｘが、基準値Ｘｏである「１０％」を下回ることとなる。よって、Ｓ３０で、風塵の発生条件が成立したと、作業者により判定される（Ｓ３０：判定ＹＥＳ）。

Ｓ３０でＹＥＳ判定されると、Ｓ４０に移行して、露出河床Ｕに対する散水作業が実施される。散水作業は、例えば、図７にて示すように、露出河床Ｕに点在的に設けた用水部（露出河床Ｕに孔を掘って地下水を溜めたもの）７０から、それを散水装置６０のポンプＰを使って水を汲み上げて、ホースＨでまいてやればよい。この散水作業は、露出河床Ｕの全面に行われる。

散水作業の終了後、露出河床Ｕは多量の水分を含んだ状態になり、含水比Ｘの値は基準値Ｘｏである「１０％」をはるかに超えた数値になる。これにより、風塵の発生を未然に防止することが可能になる。尚、Ｓ３０、Ｓ４０のステップが、本発明の「決定した含水比が基準値を下回ることを条件に、前記地表面に散水する」に相当している。

また、散水時間は、基準値Ｘｏに対する含水比Ｘの差分に基づいて決定することが好ましい。具体的には、図９に示すように、基準値Ｘｏに対する含水比Ｘの差分が小さい場合には散水時間を短くし、差分が大きい場合には散水時間を長くするとよい。このようにすることで、風塵の発生を防止するために必要となる適量の水をまくことが可能となり、余分な水をまかなくて済む。

４．効果説明
本実施形態では、細粒土ｗの含水比Ｘを日射反射率Ｙから求めるようにした。そのため、従前では困難であった含水比Ｘの現地算出が可能となり、風塵の発生条件が成立しているかどうかを、タイムリーに判定できるようになった。以上のことから、散水作業を、風塵の発生条件が成立していることが見込まれる場合に限って行うことが可能となった。裏を返せば、風塵の発生条件が成立していない場合など、必要のない散水作業を廃止することが可能となり、散水コストの削減が可能となった。

また、この実施形態で説明した風塵の発生防止方法は、図１にて示すダム湛水池以外のダム湛水池にも、無論適用できる。しかし、異なるダム湛水池の露出河床Ｕに対して適用する場合には、その露出河床Ｕの細粒土を採取して風洞実験、日射反射率の計測実験をそれぞれ行うことが好ましい。これは、適用箇所が異なれば、露出河床Ｕに堆積する細粒土ｗの成分も幾らかは異なるので、図４に示すＶ−Ｘ相関データ、図６に示すＸ−Ｙ相関データが、図１のダム湛水池のデータとは必ずしも一致しないからである。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図１０ないし図１２によって説明する。
実施形態１では、風塵発生条件の成否を判定するにあたり、含水比Ｘの基準値Ｘｏを固定値（具体的には「１０％」）にした。これは、発生頻度が高い現地風速の上限値が「１０ｍ／ｓ」であり、含水比Ｘの基準値Ｘｏを「１０％」に設定しておけば、想定される最も強い風が吹いても、風塵の発生を防止できると見込まれるからであった。これに対して、実施形態２のものは、含水比の基準値Ｘｏを、現地の風速値（実風速値）Ｖによって設定変更することとしている。

そして、このような処理を実現させるため、実施形態１にて使用した計測装置２０、データ処理装置５０、散水装置６０などの機器に加えて現地に風速計１８を持ち込み、露出河床Ｕの風速値Ｖを計測することとしている。

また、図１１に示すように、風塵の発生を防止するフローにＳ２５のステップを追加して、風塵の発生条件が成立したがどうかを判定するための基準値（含水比の基準値）Ｘｏを、風速計１８にて計測した風速値に応じて設定変更するようにしている。

風塵の発生を防止するフローについて変更点のみ簡単に説明すると、Ｓ２５のステップでは、風速計１８にて計測した風速値Ｖに基づいて含水比Ｘの基準値Ｘｏが設定される。具体的には、含水比Ｘの基準値Ｘｏは、風洞実験により得られた風速値Ｖと含水比Ｘとの相関を用いて設定される。例えば、計測した風速値が「７ｍ／ｓ」である場合、基準となる含水比Ｘｏは「８％」に設定される（図１２参照）。

そして、Ｓ２５に続くＳ３０では、Ｓ２０にて算出した現地の含水比Ｘと、Ｓ２５にて算出した基準値Ｘｏとを比較して、風塵の発生条件が成立しているかどうかが、判定される。具体的には、Ｓ２０にて算出した現地の含水比Ｘが、Ｓ２５で算出した基準値Ｘｏ（ここでは、「８％」）を上回っていれば、成立していないと判定される（判定ＮＯ）。一方、下回っていれば、成立したと判定される（判定ＹＥＳ）。そして判定ＹＥＳの場合に限り、散水作業が行われる。

以上のことから、風塵の発生条件が成立したかどうかの判定に、現地の風速の状況が反映されることとなる。このようにしておけば、現地に吹く風が弱い場合には、露出河床Ｕがある程度乾燥していても、Ｓ３０にてＮＯ判定される結果、散水作業は実施されない。

具体例を挙げると、例えば、現地の風速が「７ｍ／ｓ」である場合、基準となる含水比は「８％」に設定されるから、含水比Ｘが「９％」あっても、Ｓ３０ではＹＥＳ判定されず、散水作業は実施されない。そのため、散水作業の回数を最小限にすることが可能となり、散水コストを削減できる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施形態１、実施形態２では、現地の含水比Ｘを算出するのに、データ処理装置５０を使用したが、必ずしもデータ処理装置５０を使用する必要はなく、作業者が手計算で算出しても無論よい。

（２）実施形態１、実施形態２では、風塵の発生箇所の例として「ダム湛水池の露出河床」を示したが、風塵が発生するところであれば、どのような場所でも、適用することが可能である。

（３）実施形態１、実施形態２では、散水作業を人力で行っているが、ホースやパイプ等を現地に敷設することにより散水も含め、日射反射率計測から散水実施までの一連の流れを自動化（無人化）することも可能である。

１８…風速計
２０…計測器
３０…日射計
５０…データ処理装置
６０…散水装置
Ｕ…露出河床（本発明の「地表面」の一例）
ｗ…細粒土
Ｘ…含水比
Ｘｏ…基準値
Ｙ…日射反射率

Claims (3)

1. 風塵の発生防止方法であって、
   細粒土が堆積した地表面の日射反射率を日射計を用いて現地にて計測し、
   計測した日射反射率に基づいて前記地表面に堆積した細粒土の含水比を決定し、
   決定した含水比が基準値を下回ることを条件に前記地表面に散水することを特徴とする風塵の発生防止方法。
2. 前記基準値を前記地表面の風速値に応じて設定変更することを特徴とする請求項１に記載の風塵の発生防止方法。
3. 前記基準値に対する前記含水比の差分に基づいて散水時間を決定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の風塵の発生防止方法。

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