JP6394001B2 - 土砂排出システムおよび土砂排出方法 - Google Patents

Description

本発明は、土砂排出システムおよび土砂排出方法に関するものであり、具体的には、作業員が排砂トンネルへ近づくことなく排砂トンネルを介して効率的な排砂を可能とする技術に関する。

ダムなどの貯水施設においては、流入河川からの継続的な土砂供給があり、水域への堆砂が時間経過と共に増大する。こうした堆砂が当初予測を超えたペースで進行すると、有効貯水容量の低下など該当貯水施設が発揮すべき機能の低下を招くことにつながる。そのため様々な堆砂対策が従来から提案されてきた。すなわち、ダム貯水池の堆積物を水と共に下流まで流す排出トンネルの立坑に対し、湖岸の堆積物置場から堆積物を投入する排出システム（特許文献１）などが提案されている。

特開２００８−５０７７０号公報

上述した従来技術のように堆砂を排出する場合、相応の広さのストックヤードに堆砂を予め仮置きしておき、これを重機等で排砂トンネル立坑まで搬送し投入する作業が必要となる。しかしながら、ダム等の貯水施設は急峻な山間部に存在することが多く、現実の立地条件からして広大なストックヤードを確保することは困難である。また、そうしたストックヤードの堆砂について搬送、投入等の排砂作業を行えるのは、排砂トンネルへ通水がなされる洪水発生時であるが、そうした洪水発生時に水域のごく近傍で作業員が作業を行うことは好ましくない。一方、そうした堆砂の搬送、投入作業を行わず、排砂トンネルの本来機能のみを利用する場合、洪水時における流入土砂のうちウォッシュロードのみしか排出出来ず、十分な量の排砂は期待できない。

そこで本発明は、作業員が排砂トンネルへ近づくことなく排砂トンネルを介して効率的な排砂を可能とする技術の提供を目的とする。

上記課題を解決する土砂排出システムは、内面上部に位置する開口および該開口より上流側に位置し洪水時の水流を流入させる呑口を有する排砂トンネルの前記開口と、該開口の上方位置に載置した土砂の底面と、の間の経路を開閉する開閉装置と、洪水発生に伴って所定装置からの指示を受けて前記開閉装置の開放動作を実行する制御装置と、を含むことを特徴とする。

これによれば、排出対象の土砂を既存の排砂トンネル上に載置する運用形態となり、狭隘な山間部等で広大なストックヤードを確保する必要が無くなる。そのため、土砂排出用施設の構築、運用が従来よりも容易なものとなる。また、ダム管理者等が遠隔でシステム操作を行うことで土砂排出を実行できるため、洪水発生時に水域のごく近傍で作業員が作業を行う必要も無い。また、洪水時の排砂トンネルにおける水量豊富な水流を土砂の排出媒体として利用するため、ウォッシュロードのみならず一般的な粒径の土砂についても排出可能であり、効率的な排砂が実現出来る。したがって、作業員が排砂トンネルへ近づくことなく、排砂トンネルを介した効率的な排砂が可能となる。

また、上述の土砂排出システムにおける前記制御装置は、排砂トンネル呑口の排砂ゲートを制御する機能を更に備え、洪水発生に伴って所定装置から指示を受けて前記排砂ゲートの開放動作を実行し、前記排砂トンネル内に洪水時の水流を導くものである、としてもよい。

これによれば、洪水時の水流と排砂トンネル上の土砂とを排砂トンネルへ導くタイミングを連動させることが可能であり、効率的な排砂が可能となる。

また、上述の土砂排出システムにおいて、前記排砂トンネル上で当該排砂トンネルに沿って土砂を搬送し、前記開閉装置の配置位置上で搬送土砂を投下する土砂搬送装置を更に含むとしてもよい。

これによれば、例えばダムにおける堆砂の運搬船など適宜な土砂運搬手段より供給される土砂を、そのまま受け入れて自動搬送し、排砂トンネル上の適宜な載置位置にて投下することが可能となる。そのため、ダンプトラック等の陸送手段による土砂の長距離搬送は不要となり、土砂搬送のコストと手間を従来よりも低減出来る。

また、上述の土砂排出システムにおいて、前記開閉装置は、前記排砂トンネル上における所定範囲毎の土砂底面と、当該土砂底面の下方にある前記排砂トンネルの上部開口との間の経路を開閉するものである、としてもよい。

これによれば、排砂トンネル上のトンネル軸方向ないしトンネル横断方向に分散配置した開閉装置のそれぞれから、例えば開閉装置間で均等な量の土砂を排砂トンネル内に落下させ、排砂トンネル内で土砂を偏在させず、排砂トンネル内の水流による土砂排出を円滑なものとし、排砂トンネル内での土砂の残留等を回避することができる。また、例えば、排砂トンネル上に載置されている土砂の分布状況に基づき、土砂が一定量以上存在する場所の下方にある開閉装置のみを開放し、該当箇所の土砂を排砂トンネル内に速やかに落下させ、土砂排出を効率化出来る。

また、上述の土砂排出システムにおいて、前記制御装置は、所定装置から得た前記排砂トンネルにおける洪水流量に応じ、前記開閉装置における前記経路の開度、開閉する前記開閉装置の数、前記開閉装置を下流側から上流側の順で開放させる際の開放動作のタイミングおよび前記開放動作を繰り返す回数を制御し、前記排砂トンネルの上部開口への落下土砂量を制御するものである、としてもよい。

これによれば、排砂トンネル内における洪水流量に応じて、排砂トンネル内に落下させる土砂の量、すなわち排砂トンネルにより排出する排砂土量を調整可能となる。

また、本発明の土砂排出方法は、本発明の土砂排出システムを用いた土砂排出方法であって、排砂トンネル上に排出対象の土砂を載置する工程と、前記排砂トンネルにおける内面上部の開口と当該開口の上方位置に載置した土砂の底面との間の経路を開閉する開閉装置に対し、洪水発生に伴って前記経路の開放動作を指示する工程と、前記開閉装置における前記経路の開放動作により、前記排砂トンネル上の土砂を前記内面上部の開口から排砂トンネル内に落下させ、前記開口より上流側に位置する呑口から流入し前記排砂トンネル内を流れる洪水時の水流によって前記土砂を排砂トンネル下流に排出する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、作業員が排砂トンネルへ近づくことなく、排砂トンネルを介した効率的な排砂が可能となる。

本実施形態における土砂排出システムの構成例を示す縦断図である。 本実施形態における土砂排出システムの構成例を示す断面図である。 本実施形態における土砂排出システムの構成例を示す平面図である。 本実施形態における土砂排出システムの制御装置を示す説明図である。 本実施形態における土砂排出方法の手順例を示すフロー図である。

以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本実施形態における土砂排出システム１の構成例を示す縦断図であり、図２は同断面図、図３は同平面図である。本実施形態の土砂排出システム１は、ダムＤにおける水域Ｗに流入する洪水時水流２を排砂ゲート１１を介して排砂トンネル１０の内空１２に導きつつ、この排砂トンネル１０上に載置した土砂４を直下の排砂トンネル上部開口１３から排砂トンネル内空１２に落下させ、流入水３と共に下流域に向けて排出するシステムであり、作業員が排砂トンネルへ近づくことなく、排砂トンネルを介した効率的な排砂が可能となるシステムである。

図１、２にて示すように、土砂排出システム１は、ダムＤの湖岸Ｓにおける地盤Ｇ中に設置されている排砂トンネル１０上に、覆工板等で設けた構台１６と、この構台１６における開口１７とその直下に存在する排砂トンネル１０の上部開口１３との間を接続する連絡孔１４（経路）と、当該連絡孔１４を開閉する開閉装置（以下、カットオフゲート１５）とを含む構成となっている。こうした構成の場合、構台１６上に載置された土砂４の底面５は、構台１６の開口１７および連絡孔１４を介してカットオフゲート１５と結ばれている。勿論、構台１６を設置せず、排砂トンネル１０の上面に土砂４を直接載置するとしてもよい。

上述の構台１６上には、構台１６をベースに立設された架台２１と、この架台２１で支持されたベルトコンベア（土砂搬送装置）２０とが配置されており、こうしたベルトコンベア２０で搬送されてきた土砂４が、ベルトコンベア２０における所定の分配機構や落下機構（既存のものを採用すればよい）を経て構台１６上に投下され、そこで円錐状のサージパイルを形成する。

また、土砂排出システム１は、カットオフゲート１５および排砂トンネル呑口の排砂ゲート１１の開閉動作を制御する制御装置１００を含んでいる。この制御装置１００は、ネットワーク５０を介して各カットオフゲート１５および排砂ゲート１１と、監視センサ３０や監視カメラ４０と結ばれた情報処理装置である。なお、監視センサ３０は、流入河川やダムの水位を計測し、洪水時水位の発生を検知する水位センサなどを採用できる。また、監視カメラ４０は、流入河川やダムの水位ゲージを撮影し、その映像信号をネットワーク５０に配信するものを採用できる。

例えば、洪水発生を感知した上述の監視センサ３０が該当信号をネットワーク５０に送信したか、或いは、監視カメラ４０が配信してきた洪水時映像を制御装置１００の出力装置等で認識した管理者が制御装置１００の入力装置で所定指示を入力したとする。こうした場合、制御装置１００は、上述の監視センサ３０由来の信号ないし入力装置で受けた指示を受けて洪水発生を認識し、ネットワーク５０により排砂ゲート１１に対し開放指示を送る機能を有している。この開放指示を受けた排砂ゲート１１はモータ等の駆動機構を起動してゲートの開放動作を実行し、水域Ｗに流入する洪水時水流２を排砂トンネル内空１２に導くことになる。また制御装置１００は、この排砂ゲート１１の開放にあわせて、各カットオフゲート１５に対して開放指示を送る機能を有している。この開放指示を受けたカットオフゲート１５は、モータ等の駆動機構を起動してゲートの開放動作を実行し、直上に存在する構台１６における開口１７上の土砂４を排砂トンネル１０の上部開口１３に向けて落下させることになる。上部開口１３に向けて落下した土砂４は、既に流入水３が通水されている排砂トンネル内空１２に落下し、流入水３と混じり合い、土砂混合水９となって排砂トンネル１０の下流に向けて流れ下ることになる。

なお、本実施形態の土砂排出システム１が排出対象とする土砂４は、例えば図３にて示すようにダムＤの分流堤Ｂ下流における排砂対象範囲Ｃに堆積した土砂であり、土運搬船２００が運搬槽２０１に積載してベルトコンベア２０（土砂搬送装置）付近まで持ち込んだものとなる。運搬槽２０１に積載されている土砂４は、グラブ等を装備した重機３００がベルトコンベア２０の土砂受け入れ口２２まで把持して投下することとなる。

続いて上述の制御装置１００のハードウェア構成について説明する。図４は、本実施形態における土砂排出システム１の制御装置１００を示す説明図である。制御装置１００は、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）やハードディスクドライブなど適宜な不揮発性記憶装置で構成される記憶装置１０１、ＲＡＭなど揮発性記憶装置で構成されるメモリ１０３、記憶装置１０１に保持されるプログラム１０２をメモリ１０３に読み出すなどして実行し装置自体の統括制御を行なうとともに各種判定、演算及び制御処理を行なうＣＰＵなどの演算装置１０４、管理者等からのキー入力や音声入力を受け付ける入力装置１０５、処理データの表示を行うディスプレイ等の出力装置１０６、ネットワーク５０と接続し他装置（監視センサ３０、監視カメラ４０、カットオフゲート１５、および排砂ゲート１１）との通信処理を担う通信装置１０７、を備える。

次に、本実施形態における土砂排出方法の手順例について具体的に説明する。図５は本実施形態における土砂排出方法の手順例を示すフロー図である。この場合、上述の土運搬船２００が積載している土砂４を、重機３００によりベルトコンベア２０の土砂受け入れ口２２に投下し、予め判明しているカットオフゲート１５の配置位置までベルトコンベア２０により搬送し、該当位置にて上述の構台１６上に投下する（ｓ１００）。投下された土砂４は、構台１６上での落下位置を中心として円錐状のサージパイルを形成することになる。

その後、洪水発生を感知した上述の監視センサ３０が該当信号をネットワーク５０に送信したか、或いは、監視カメラ４０が配信してきた洪水時映像を制御装置１００の出力装置等で認識した管理者が入力装置１０５で所定指示を入力した場合（ｓ１０１：ｙ）、制御装置１００は、上述の監視センサ３０由来の信号ないし入力装置１０５で受けた指示を受けて洪水発生を認識し、ネットワーク５０により排砂ゲート１１に対し開放指示を送る（ｓ１０２）。この開放指示を受けた排砂ゲート１１は、モータ等の駆動機構を起動してゲートの開放動作を実行し、水域Ｗに流入する洪水時水流２を排砂トンネル内空１２に導くことになる（ｓ１０３）。

また制御装置１００は、上述の排砂ゲート１１の開放指示にあわせて、各カットオフゲート１５に対してネットワーク５０経由で開放指示を送る（ｓ１０４）。この開放指示を受けたカットオフゲート１５は、モータ等の駆動機構を起動してゲートの開放動作を実行し、直上に存在する構台１６における開口１７上の土砂４を排砂トンネル１０の上部開口１３に向けて落下させる（ｓ１０５）。

なお、排砂ゲート１１を通じて排砂トンネル１０に流れ込む流入水３の水量は、洪水規模によって変動しやすい。従って、そうした流入水３を搬送媒体として土砂４を排出しようとする際、流入水３の水量に応じて、排砂トンネル１０に落下させる土砂４の量を制御し、排砂トンネル内空１２にて土砂４の詰まりや滞留が生じないよう配慮すると好適である。

その場合、制御装置１００は、ｓ１０５の工程において、排砂トンネル内空１２における水量を検知するセンサ（監視センサ３０や監視カメラ４０であってよい）から得た流量値を所定基準と比較し、所定基準以下である場合には、各カットオフゲート１５における開度すなわち連絡孔１４の開度を通常レベル以下の所定値とした開放指示を、カットオフゲート１５に送信する。また、流量値が所定基準以上である場合には、各カットオフゲート１５における開度すなわち連絡孔１４の開度を通常レベル値とした開放指示を、カットオフゲート１５に送信する。または、上述の流量値が所定基準以下である場合には、各カットオフゲート１５のうち所定箇所のみに開放指示を送信し、上述の流量値が所定基準以上である場合には、全カットオフゲート１５に開放指示を送信する。こうして、構台１６上すなわち排砂トンネル１０上の土砂４が、排砂トンネル１０の上部開口１３へ落下する量を制御する。

上述のｓ１０５の工程により、上部開口１３に向けて落下した土砂４は、ｓ１０３の工程の実行により既に流入水３が通水されている排砂トンネル内空１２に落下するため、この土砂４は流入水３と混じり合い、土砂混合水９となって排砂トンネル１０の下流に向けて排出される（ｓ１０６）。

なお、排砂トンネル１０に落下させる土砂量の制御手法としては、複数存在するカットオフゲート１５の間で、互いの開放動作のタイミングを異ならせる手法も更に適用出来る。この場合、制御装置１００は、ｓ１０４の工程において、複数あるカットオフゲート１５のうち、排砂トンネル１０における最も下流側に位置するものから、上流側（すなわち排砂ゲート１１付近）に位置するものの順で、各カットオフゲート１５間で所定時間間隔をあけた上で開放指示を順次送信する。このように下流側から上流側にかけて土砂４の落下を順次図った後、落下させるべき土砂４が構台１６上に残っている場合は、同じ手順を必要な回数繰り返すことになる。こうした制御を行うことで、構台１６上すなわち排砂トンネル１０上の土砂４は、下流側から所定時間間隔をあけて上部開口１３へ順次落下する。 一方、排砂ゲート内空１２の流入水３は、上述の制御によって最初に落下してきた最下流位置の土砂４を（それより上流側の他位置で土砂４に阻害されることなく）上述の所定時間間隔中にスムーズに運び去り、その後の直近タイミングで、その最下流位置より上流に落下した土砂４を同様に（それより上流側の他位置で土砂４に阻害されることなく）上述の所定時間間隔中にスムーズに運び去る、といった作用を繰り返すことになる。つまり流入水３が、排砂ゲート内空１２において、所定位置のカットオフゲート１５由来の土砂４ごとに集中的な搬出作用を働かせることが可能になり、排砂トンネル内空１２にて土砂４の詰まりや滞留が生じる事態を効率良く回避出来る。

また、構台１６の表面や開口１７の壁面、上述の連絡孔１４の壁面などに、高分子ポリマー等の平滑性向上に有効な部材を施工した構造とすると、排砂トンネル内空１２に向けた土砂４の落下が更に円滑となり好適である。或いは、構台１６や連絡孔１４、カットオフゲート１５等を振動させる振動機構が備わった構成とすれば、排砂トンネル内空１２に向けた土砂４の落下が更に円滑となり好適である。

なお、カットオフゲート１５の開放は遠隔で行うことで排砂できるため、洪水時において作業員が排砂トンネルの近傍で排砂作業を行う必要もない。

以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

Ｗ 水域
Ｇ 地盤
Ｓ 湖岸
Ｄ ダム
Ｂ 分流堤
Ｃ 排砂対象範囲
１ 土砂排出システム
２ 洪水時水流
３ 流入水
４ 土砂
５ 土砂底面
６ 当初斜面
９ 土砂混合水
１０ 排砂トンネル
１１ 排砂ゲート
１２ 排砂トンネル内空
１３ 上部開口
１４ 連絡孔
１５ カットオフゲート（開閉装置）
１６ 構台
１７ 構台開口
２０ ベルトコンベア（土砂搬送装置）
２１ コンベア架台
３０ 監視センサ（所定装置）
４０ カメラ（所定装置）
５０ ネットワーク
１００ 制御装置
１０１ 記憶装置
１０２ プログラム
１０３ メモリ
１０４ 演算装置
１０５ 入力装置
１０６ 出力装置
１０７ 通信装置
１２０ ネットワーク
２００ 土運搬船
２０１ 運搬槽
３００ 重機

Claims (6)

1. 内面上部に位置する開口および該開口より上流側に位置し洪水時の水流を流入させる呑口を有する排砂トンネルの前記開口と、該開口の上方位置に載置した土砂の底面と、の間の経路を開閉する開閉装置と、
   洪水発生に伴って所定装置からの指示を受けて前記開閉装置の開放動作を実行する制御装置と、
   を含むことを特徴とする土砂排出システム。
2. 前記制御装置は、
   前記排砂トンネルの前記呑口に備えた排砂ゲートを制御する機能を更に備え、洪水発生に伴って所定装置から指示を受けて前記排砂ゲートの開放動作を実行し、前記排砂トンネル内に洪水時の水流を導くものである、ことを特徴とする請求項１に記載の土砂排出システム。
3. 前記排砂トンネル上で当該排砂トンネルに沿って土砂を搬送し、前記開閉装置の配置位置上で搬送土砂を投下する土砂搬送装置を更に含むことを特徴とする請求項１または２に記載の土砂排出システム。
4. 前記開閉装置は、
   前記排砂トンネル上における所定範囲毎の土砂底面と、当該土砂底面の下方にある前記排砂トンネルの開口との間の経路を開閉するものである、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の土砂排出システム。
5. 前記制御装置は、
   所定装置から得た前記排砂トンネルにおける洪水流量に応じ、前記開閉装置における前記経路の開度、開閉する前記開閉装置の数、前記開閉装置を下流側から上流側の順で開放させる際の開放動作のタイミングおよび前記開放動作を繰り返す回数を制御し、前記排砂トンネルの上部開口への落下土砂量を制御するものである、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の土砂排出システム。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の土砂排出システムを用いた土砂排出方法であって、
   排砂トンネル上に排出対象の土砂を載置する工程と、
   前記排砂トンネルにおける内面上部の開口と当該開口の上方位置に載置した土砂の底面との間の経路を開閉する開閉装置に対し、洪水発生に伴って前記経路の開放動作を指示する工程と、
   前記開閉装置における前記経路の開放動作により、前記排砂トンネル上の土砂を前記内面上部の開口から排砂トンネル内に落下させ、前記開口より上流側に位置する呑口から流入し前記排砂トンネル内を流れる洪水時の水流によって前記土砂を排砂トンネル下流に排出する工程と、
   を含むことを特徴とする土砂排出方法。