報告書番号

SS23005

タイトル（和文）

河川・取水施設の一体的な流砂解析－土砂対策の全体最適化を支援する技術の開発－

タイトル（英文）

Integrated numerical simulation of sediment transport for river and intake facility - Toward technology development for overall optimization of sediment control -

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
水力発電における土砂問題は，河川（貯水池）・取水口・沈砂池・水車など様々な場所で発生し，全体最適化の観点で対策の費用対効果を評価することは容易ではない．例えば，ダムから排砂することで貯水池の河床が低下し，取水口に流入する土砂量が減少することが考えられる．逆に，貯水池の河床上昇は取水口への土砂流入の増大に繋がり得る．これらの副次的な影響を考慮して土砂対策の全体最適化を図るためには，河川から水車に流入するまでを一体的に扱うことができ，長期間・広範囲における評価が可能な流砂解析法が必要である．
目　　的
河川・取水施設・沈砂池（水槽）を一体的に扱う実用的な流砂解析法を開発し，実地点を対象とした解析を通じて妥当性および有用性を検証する．
主な成果
(1) 解析技術の構築
解析区間を河川，取水口周辺，沈砂池（水槽）に分けて，流砂を粒径別に計算する解析技術を構築した．長期間・広範囲に渡る解析を行うため，河川および沈砂池（水槽）には，任意の横断面形状に対応可能な一次元河床変動解析を採用した．取水口周辺には，分流に伴う流砂の分派を計算するためのポテンシャル理論を適用した．
(2) 再現計算
流れ込み式水力発電所を対象として，過去4年間の再現計算を行った．河床の粒度分布を合わせ込みのパラメータとして変化させた計算により，実測されたダム堆積量ならびに水槽内粒度分布を概ね良好に再現することを確認した．
(3) 将来計算
再現計算で同定された粒度分布条件を設定し，取水停止流量注2)の異なる5通りの運用を30年間に渡って継続する条件（過去4年間の河川流量・ダム水位の繰り返し）で解析を実施した．河道では長期的にダム堆砂が進行した．また，水車に流入する土砂に関して，取水停止流量の増加による土砂量の増加ならびに粒径の粗粒化が示された．さらに，ダム水位が低く，ダム堆砂が進行するほど，取水口に土砂が流入しやすいことが示された．本解析技術は，水路に流入する土砂量への河床高・河川流量・ダム水位の影響を分析でき，掘削・排砂等の堆砂対策の全体最適化に寄与する．

今後の展開
技術者が本解析技術を簡便に利用できるよう，GUI (Graphical User Interface)の整備を行う．

概要 （英文）

In order to realize overall optimization of sediment management at hydropower, sediment transport process from a river to a turbine needs to be integratedly evaluated over a long period of time and a wide area. This study presents a practical numerical simulation of sediment transport at a river, an intake, and a sedimentation basin (tank). For the river section, a general cross-sectional one-dimensional sediment transport model is used. The potential theory of flow diversion is applied to the intake to calculate the sediment diversion. A one-dimensional sediment transport model is also applied to settling basins or tanks. The integrated numerical model was validated through simulations for a run-of-river hydropower plant during past four years. Through the validation, we confirmed that parameter identification can well reproduce the sedimentary phenomena over a long period of time. Using the parameters obtained from the validation, we conducted simulation for 30 years. The simulation result depicted sedimentation trend in the river channel over a long period of time. The sediment flow rate to intake increased in the river discharge and decreased in the dam water level. In addition, the dam sedimentation also increased the sediment flow rate. The present numerical simulation allows for quantitative evaluation of the influence of riverbed height, river discharge, and dam water level on the sediment entering the intake and turbine, which will support the overall optimization of sediment management at hydropower.

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