JP2017206837A - 堆積土砂移動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】堆積土砂の移動作業中の減電の対応を抑制することができ、さらに低コストで効率的な方法により有効貯水容量内の堆積土砂を下流側の死水域へ移動させることで、ダム等の調整機能を維持させることができる。【解決手段】貯水池１における死水域１１Ａの上面水位１１ａよりも貯水池１の上流部に堆積した堆積土砂２の勾配が変化するデルタ肩２Ａの位置が高くなった場合に、貯水池１の上流部に流入する河川からの出水が生じる前の時点で、貯水池１の水を放流し、貯水池１の水位を貯水池１の有効貯水容量１２Ａ内で、且つ死水域１１Ａの上面水位１１ａと堆積土砂２のデルタ肩２Ａの位置との間の範囲Ｔまで低下させる第１工程と、上流側河川３からの自然流水Ｗの出水により堆積土砂２の一部を貯水池１の堆積土砂２よりも下流側の死水域１１Ａに移動させる第２工程と、を有する堆積土砂移動方法を提供する。【選択図】図４

Description

本発明は、ダム貯水池における調整機能を維持させるための堆積土砂移動方法に関する。

洪水等で河川上流からダム貯水池に流れ込む土砂混じりの流水は、ダム貯水池の流入部付近に到達すると急激に流速を落とし、それまでに含んでいた掃流砂の大部分および一部の浮遊砂を堆積・沈降させる。このように上流側の河川より洪水等で流入した土砂は貯水池の上流側から堆積し、次第に貯水池の有効貯水容量内に堆積することになる。そのため、ダムの貯水量（有効貯水容量）が減少すると共に、土砂の堆積位置によっては取水設備や放流設備に悪影響を与え、ダムや発電の各種機能を阻害するおそれがあることから、貯水池内に堆積した土砂を除去する対策が行われている。

このような貯水池内における堆積土砂の除去対策として、例えば浚渫や下流側の死水域へ堆積土砂を移送させる方法によりダム貯水池の有効貯水容量を回復する措置として様々な手法が知られている。
浚渫により堆積土砂を除去する場合には、バックホウ浚渫船、グラブバケット浚渫船等を使用した機械掘削による方法や、カッター付ポンプ、サンドポンプ、特殊ポンプ等の浚渫用ポンプを使用した吸引工法が行われている。また、有効貯水容量内に堆積した堆積土砂を下流側の死水域へ移送する方法として、例えば特許文献１〜３に示すようなポンプ圧送や土運船等による貯水池内における運搬設備を使用して行われている。

特許文献１には、所定の導水路を介して供給される貯砂ダムの通過流水および土砂を、ダム貯水池直上流にて堰き止め、土砂を含む流水を輸送する土砂輸送管へと流水を分派するための分派堰と、分派堰の堤体に設けた呑口を経由し、分派堰が堰き止めた通過流水および土砂をダム貯水池における死水域上の水面まで導く土砂輸送管と、を備え、ダム貯水池の有効貯水容量を侵す土砂を死水域に移送可能とする構成について記載されている。
特許文献２には、水中の堆積物中に開口付きパイプを埋設し、上流端または上流部の開口部を水中に位置させることにより、上流端または上流部の水中にある開口から入った水が管路内を流れるに伴って生じる管路内の負圧により開口周囲の堆積物を管内に吸引しながら出口へと送り出す移送設備について記載されている。

特開２０１４−１７３２５２号公報 特開２００２−２９４６７７号公報

しかしながら、上述した従来の堆積土砂の除去対策方法においては、以下のような問題があった。
すなわち、上述した従来の浚渫工法や移動工法の場合には、ダム貯水池が基本的に山間部にあるため、船を解体して運搬する等の作業が必要となる。そのうえ、作業前の準備期間中、作業期間中及び作業後の解体期間中を通じて貯水池の水位制限を実施する必要があり、その間において減電が生じることから、その点で改善の余地があった。

また、浚渫工法や移動工法で船を使用する場合には、いずれも設備にかかる費用が多大になるという問題があった。つまり、浚渫の場合には、浚渫機械を使用して堆積土砂を除去し、堆積土砂量が多いと工事量が増え、移動工法の場合にはポンプの維持管理等の増え、工事にかかる作業が煩雑になり施工費が増大するものとなっていた。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、堆積土砂の移動作業中に生じる減電を抑制することが可能な方法により有効貯水容量内の堆積土砂を下流側の死水域へ移動させることで、ダム等の調整機能を維持させることができる堆積土砂移動方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、低コストで効率的な堆積土砂移動方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る堆積土砂移動方法は、ダム貯水池に堆積した堆積土砂の一部を移動させるための堆積土砂移動方法であって、前記ダム貯水池の上流部に流入する河川からの出水の前後に、前記ダム貯水池の水を放流し、前記ダム貯水池の水位を有効貯水容量内で、且つダムの最低水位近くまで低下させる第１工程と、前記河川からの出水時の自然流水の水圧により前記堆積土砂の一部を前記ダム貯水池の該堆積土砂よりも下流側の死水域に移動させる第２工程と、を有することを特徴としている。

本発明では、ダム貯水池に堆積した堆積土砂の一部を移動させる際に、ダム貯水池の水を放流し、ダム貯水池の水位を貯水池の有効貯水容量内で、且つダムの最低水位近くまで低下させる。そして、ダム貯水池の水位が低下した状態で、上流側河川からの出水時の自然流水の掃流力を活用し、その自然流水の水圧により堆積土砂の一部を侵食させて貯水池の堆積土砂よりも下流側の死水域へ引き込む。これにより、有効貯水容量内に侵入する堆積土砂が取り除かれ、貯水量を確保することでダム等の調整機能を維持させることができる。

そして、本発明では、上流側河川の出水に伴うダム貯水池の水位低下の期間は一時的となり、従来のような工法によって堆積土砂を取り除く場合のように長期間を通じて貯水池の水位制限を実施する必要がなくなり、堆積土砂の移動作業中に生じる減電を抑制することができる。
しかも、上流側の河川の出水を利用する方法であり、従来のような浚渫や堆積土砂を移動させるための機械や設備が不要となることから、工事費の低減を図ることができる。

また、本発明に係る堆積土砂移動方法は、前記第１工程において、前記ダム貯水池の水位を、前記死水域の上面水位と前記堆積土砂のデルタ肩の位置との間の範囲まで低下させるようにしてもよい。

この場合には、ダム貯水池に堆積した堆積土砂の一部を移動させる際に、ダム貯水池の水位を貯水池の有効貯水容量内で、且つ死水域の上面水位と堆積土砂のデルタ肩の位置との間の範囲となる水位まで低下させる。そして、上流側河川からの出水が発生したときの自然流水の掃流力を活用し、その自然流水の水圧により堆積土砂の一部（デルタ肩を含む領域）を侵食させて貯水池の堆積土砂よりも下流側の死水域へ引き込み、有効貯水容量内に侵入する堆積土砂を取り除くことができる。

また、本発明に係る堆積土砂移動方法は、前記第１工程における水位を順次低くしながら、前記第１工程及び前記第２工程を繰り返し行うことが好ましい。

この場合には、一度の上流側河川からの出水時の自然流水によって堆積土砂を下流側に移動することができない場合に、複数回の出水に合わせて第１工程及び第２工程を繰り返し行うことで、有効貯水容量内に侵入している堆積土砂を確実に下流側の死水域に移動させることができる。

また、本発明に係る堆積土砂移動方法は、前記ダム貯水池の上流側の出水流入部の底部に溝を掘削して形成される誘導路を形成し、前記河川から流入される自然流水の向きを調整するようにしたことを特徴とすることが好ましい。

この場合には、誘導路によって上流側河川の出水による自然流水の方向を任意の向きに調整して任意の領域の堆積土砂を移動対象とすることが可能である。また、上流側河川の出水の水圧が不足すると予想される場合にも、その自然流水が誘導路に集中させて水圧を大きくすることも可能である。

本発明の堆積土砂移動方法によれば、堆積土砂の移動作業中に生じる減電を抑制することができる。
また、本発明の堆積土砂移動方法によれば、低コストで効率的な方法により有効貯水容量内の堆積土砂を下流側の死水域へ移動させることで、ダム等の調整機能を維持させることができる。

本発明の実施の形態による貯水池の上流部における堆積土砂の状態を示す断面図である。 図１において、本実施の形態による堆積土砂移動方法の施工状態を示す断面図である。 本実施の形態の貯水池に堆積土砂が溜まった状態を上方から見た平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、堆積土砂移動方法の施工手順を示す断面図である。 変形例による堆積土砂移動方法の施工状態を示す図であって、（ａ）は貯水池の平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の実施の形態による堆積土砂移動方法について、図面に基づいて説明する。

図１乃至図３に示すように、本実施の形態による堆積土砂移動方法は、貯水池１（ダム貯水池）の上流部に堆積した土砂（以下、堆積土砂２という）を移動させる際に適用される方法である。ここで、本実施の形態による貯水池１は、ダム上流側に位置する主要の河川（上流側河川３）が流れる谷間の下流側の岩盤上に図３に示すダム堤体１０（単にダムと称するときもある）が構築され、そのダム堤体１０の上流部に上流側河川３からの自然流水が貯水されることにより構成されている。なお、実際には上流側河川３の他に複数の河川が貯水池１に流入しているが、本実施の形態では省略する。

ダムの種類としては、重力式ダム、アーチ式ダム、バットレスダムなどの各種形式に適用可能であり、いずれも洪水吐ゲート（図示省略）を備え、必要に応じてこの洪水吐ゲートを開け、貯水池１内に溜められた水を放流できるようになっている。
ここで、図１及び図２において、符号１１Ａは貯水池１における死水域を示し、符号１２Ａはダムの有効貯水容量を示している。また、符号１１ａは、死水域１１Ａの上面水位の位置を示している。
なお、死水域１１Ａとは、貯水池１の最低水位（最も低い位置にある取水口の位置）以下の、利水対象とならない水の存在領域を意味する。

堆積土砂２は、図１に示すように、貯水池１の上流部（上流側河川３側）から下流部（ダム堤体１０側）に向かうに従い堆積量（体積高さ）が少なくなるように自然堆積され、この堆積土砂２の勾配が変化する肩部（デルタ肩２Ａ）が形成された状態で堆積されている。具体的には、デルタ肩２Ａを挟んだ上流側勾配２ａは、下流側勾配２ｂよりも緩い勾配となっている。

このような堆積土砂２が貯水池１の上流側に溜まったときの堆積土砂移動方法として、本実施の形態では、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、死水域１１Ａの上面水位１１ａよりも堆積土砂２のデルタ肩２Ａの位置が高くなった場合において、上流側河川３からの出水が生じる前の時点で、貯水池１の水位を現状で貯留されている水位（貯留水位Ｈ１）から所定の水位（低下水位Ｈ２）まで低下させる。
ここで、上流側河川３からの出水とは、平常時の天候で貯水池１内に流入される水量ではなく、洪水時などで著しく水量が多い場合を対象としている。

具体的には、先ず、図４（ａ）に示すように、堆積土砂２の堆積量及びデルタ肩２Ａの位置を測定して、そのデルタ肩２Ａの位置が少なくとも死水域１１Ａの上面水位１１ａよりも高くなったことを確認する。なお、本実施の形態の堆積土砂移動方法を実施する際のデルタ肩２Ａの高さは、出水に伴う自然流水Ｗの推定される水圧、流速、流量等の条件に応じて決められる。

そして、前記洪水吐ゲートを開いて貯水池１の水の放流を開始し、貯水池１の貯留水位Ｈ１を、貯水池１の有効貯水容量１２Ａ内で、且つ死水域１１Ａの上面水位１１ａと堆積土砂２のデルタ肩２Ａの位置との間の範囲Ｔ（図１参照）となる低下水位Ｈ２まで低下させる。貯水池１の水位が所定の低下水位Ｈ２に達したら洪水吐ゲートを閉じて放流を停止する。そして、低下水位Ｈ２で運用を行いながら上流側河川３の出水を待つ。

次いで、図４（ｂ）に示すように、上流側河川３からの出水時において、その自然流水の掃流力により堆積土砂２の一部（デルタ肩２Ａを含む領域（これを肩領域２ｃという）を貯水池１の堆積土砂２よりも下流側の死水域１１Ａに移動させる。ここで、図３及び図４（ｃ）における符号２ｄは、移動した堆積土砂２の下流側端部を示している。
つまり、上流側河川３の出水が起きると、その出水の流れ（自然流水Ｗ）は堆積土砂２の表面に沿って勢いよくダム堤体１０側の死水域１１Ａに向けて流れる。このとき、出水による自然流水Ｗの勢いが強いため、図４（ｃ）に示すように、その自然流水Ｗの水圧によって堆積土砂２のデルタ肩２Ａを含む断面視で三角形状の肩領域２ｃを侵食させて、その肩領域２ｃの土砂が堆積土砂２の下流側勾配２ｂに沿って下流側の死水域１１Ａに移動することになる。

次に、上述した堆積土砂移動方法と、その作用について図面を用いて詳細に説明する。
本実施の形態では、図４（ｂ）に示すように、貯水池１が低下水位Ｈ２の状態で、上流側河川３からの出水時の自然流水Ｗの掃流力を活用し、その自然流水Ｗの水圧により堆積土砂２の一部（デルタ肩２Ａを含む肩領域２ｃ）を侵食させて貯水池１の堆積土砂２よりも下流側の死水域１１Ａへ引き込む。これにより、有効貯水容量１２Ａ内に侵入する堆積土砂２の一部が取り除かれ、貯水量を確保することでダム等の調整機能を維持させることができる。

そして、本実施の形態では、上流側河川３の出水に伴う貯水池１の水位低下の期間は一時的となり、従来のような工法によって堆積土砂２を取り除く場合のように長期間を通じて貯水池１の水位制限を実施する必要がなくなり、堆積土砂２の移動作業中に生じる減電を抑制することができる。
しかも、上流側河川３の出水を利用する方法であり、従来のような浚渫や堆積土砂を移動させるための機械や設備が不要となることから、工事費の低減を図ることができる。

このように本実施の形態では、堆積土砂２の移動作業中の減電の対応を抑制することができる。
また、本実施の形態の堆積土砂移動方法によれば、低コストで簡単な方法により堆積土砂２の一部を死水域１１Ａへ移動させることで、ダム等の調整機能を維持させることができる。

以上、本発明による堆積土砂移動方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上述した実施の形態では、一度の上流側河川３による出水で堆積土砂２の肩領域２ｃを貯水池１の下流側に移動させる方法としているが、一度で移動させることに制限されることはない。
例えば堆積土砂移動方法として、貯水池１の水位を有効貯水容量１２Ａ内で、且つ死水域の上面水位と堆積土砂２のデルタ肩２Ａの位置との間の範囲Ｔまで低下させる第１工程における水位を順次低くしながら、この第１工程と、上流側河川３からの自然流水の出水により堆積土砂２の一部を貯水池１の堆積土砂２よりも下流側の死水域１１Ａに移動させる第２工程とを繰り返し行うようにしても良い。
この場合には、一度の上流側河川３からの出水時の自然流水によって堆積土砂２を下流側に移動することができない場合に、複数回の出水に合わせて第１工程及び第２工程を繰り返し行うことで、有効貯水容量１２Ａ内に侵入している堆積土砂２を確実に下流側の死水域に移動させることができる。

また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、貯水池１の上流側の出水流入部１ａの底部に溝を掘削して形成される誘導路１３を形成し、上流側河川３から流入される自然流水Ｗの向きを調整するようにしてもよい。
この場合には、誘導路１３によって上流側河川３の出水による自然流水Ｗの方向を任意の向きに調整して任意の領域の堆積土砂２を移動対象とすることが可能である。また、上流側河川３の出水の水圧が不足すると予想される場合にも、その自然流水Ｗが誘導路１３に集中させて水圧を大きくすることも可能である。

さらに、本実施の形態では、低下水位Ｈ２の位置を、貯水池１の有効貯水容量１２Ａ内で、且つ死水域１１Ａの上面水位１１ａと堆積土砂２のデルタ肩２Ａの位置との間の範囲Ｔとしているが、この範囲Ｔであることに制限されることはなく、ダムによって設定されるダムの最低水位近くを低下水位Ｈ２の位置であればよい。

さらにまた、本実施の形態では、貯留水位Ｈ１を低下させる際の条件（タイミング）として、死水域１１Ａの上面水位１１ａよりも堆積土砂２のデルタ肩２Ａの位置が高くなったときとしているが、このタイミングであることに制限されることはない。例えば、堆積土砂２のデルタ肩２Ａの位置が死水域１１Ａの上面水位１１ａよりも低い場合であっても、本発明の堆積土砂移動方法を実施して堆積土砂２の一部を下流側の死水域１１Ａへ移動させるようにしても良い。

また、本実施の形態では、上流側河川３からの出水が生じる前のタイミングで貯留水位Ｈ１を低下させる工程を行っているが、出水前であることに限定されることはなく、出水後に貯留水位を低下させるようにしてもかまわない。

なお、貯水池１の形状、深さ、上流側河川３の位置、ダム堤体１０の形状、位置、堆積土砂２の量などの構成は、上述した実施の形態に限定されることはなく、これらの条件に関わらず本実施の形態の堆積土砂移動方法を適用することが可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ 貯水池（ダム貯水池）
１ａ 出水流入部
２ 堆積土砂
２Ａ デルタ肩
２ａ 上流側勾配
２ｂ 下流側勾配
２ｃ 肩領域
３ 上流側河川
１０ ダム堤体
１１Ａ 死水域
１１ａ 上面水位
１２Ａ 有効貯水容量
１３ 誘導路
Ｈ ダムの水位
Ｈ１ 貯留水位
Ｈ２ 低下水位
Ｔ 死水域の上面水位と堆積土砂のデルタ肩との間の範囲
Ｗ 自然流水

Claims (4)

1. ダム貯水池に堆積した堆積土砂の一部を移動させるための堆積土砂移動方法であって、
   前記ダム貯水池の上流部に流入する河川からの出水の前後に、前記ダム貯水池の水を放流し、前記ダム貯水池の水位を有効貯水容量内で、且つダムの最低水位近くまで低下させる第１工程と、
   前記河川からの出水時の自然流水の水圧により前記堆積土砂の一部を前記ダム貯水池の該堆積土砂よりも下流側の死水域に移動させる第２工程と、
   を有することを特徴とする堆積土砂移動方法。
2. 前記第１工程において、前記ダム貯水池の水位を、前記死水域の上面水位と前記堆積土砂のデルタ肩の位置との間の範囲まで低下させることを特徴とする請求項１に記載の堆積土砂移動方法。
3. 前記第１工程における水位を順次低くしながら、前記第１工程及び前記第２工程を繰り返し行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の堆積土砂移動方法。
4. 前記ダム貯水池の上流側の出水流入部の底部に溝を掘削して形成される誘導路を形成し、前記河川から流入される自然流水の向きを調整するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の堆積土砂移動方法。

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