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流砂量計測に基づく排砂バイパストンネルの設計高度化に関する研究

Research Project

Project/Area Number 18J14626
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Hydraulic engineering
Research InstitutionKyoto University
Research Fellow 小柴 孝太  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords排砂バイパストンネル / 流砂計測 / インパクトプレート / 堆砂 / ウェーブレット変換 / 信号処理 / ガウス過程回帰 / 貯水池 / 掃流砂
Outline of Annual Research Achievements

排砂バイパストンネル(Sediment Bypass Tunnel, SBT)は,先進的な貯水池堆砂対策であるものの,ダム機能の維持を考慮した効率的な運用や,維持管理費用に関しては不明点が多い。本研究では,これらを解明する上で基礎的な情報となる,SBT内土砂流下動態を観測することを目的とする。
SBT内の流砂観測は,その流速と掃流砂量が大きいため困難を伴う。そこで,本研究では砂防分野で使用されているインパクトプレートと呼ばれる間接的流砂計測手法を採用した。当手法は,掃流砂が河床に設置した鋼製プレートに衝突する音響エネルギーを計測し,その信号波形から土砂の特性(流砂量,粒径)を推定する。しかし,SBTのような高流速下での計測実績や,土砂特性の一般的な推定式が確立されていない。そこで,第一に水路実験,インパクトプレートが導入されている長野県小渋ダムSBTにおける現地実験を行ない,波形から土砂特性を推定するモデルを構築した。
モデル設計においては,一般的な推定モデルを作るために,従来の河川固有の回帰式を計算する方法ではなく,生波形からの信号処理を経たモデル構築を行った。当プロセスは,ノイズ除去,特徴量抽出,モデリングのステップがある。ノイズ除去に対しては,流砂が生成する波形の特性を考慮して,離散ウェーブレット変換を用いた手法を取り入れた。特徴量としては,従来使用されてきたパルス数(波形の山の数)をより詳細に計算したものを採用した。モデリングに関しては,既往の実験や現地観測で得られた力学的知見と,高い不確実性を双方考慮することを意図して,ガウス過程回帰を選択した。当モデルは,従来の手法と比べ高い精度を示すともに,推定値の不確実性を表現することができた。
最終的に,当モデルを小渋ダムSBTにおける観測データに適用することで,SBT運用中の経時的かつ平面的な流下土砂動態を定量化した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(11 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] Bedload transport and abrasion monitoring at the Koshibu Dam sediment bypass tunnel and proposing countermeasures against the abrasion problem2020

    • Author(s)
      Takahiro Koshiba, Tetsuya Sumi
    • Journal Title

      In Proc. 88th Annual Meeting of ICOLD & Workshop

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] パイプ型およびプレート型ハイドロフォンの流砂観測特性に関する比較検討2019

    • Author(s)
      富田 邦裕, 叶 正興, 小柴 孝太, 角 哲也
    • Journal Title

      水工学論文集

      Volume: 64

    • NAID

      130007940233

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sediment Transport Monitoring with Impact Plates during Koshibu Sediment By-pass Tunnel Operations in 2016 ー 20182019

    • Author(s)
      Takahiro Koshiba, Tetsuya Sumi
    • Journal Title

      In Proc. 3rd International Workshop on Sediment Bypass Tunnels

      Volume: -

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Journal Article] Application of the wavelet transform to sediment grain sizes analysis with an impact plate for bedload monitoring in sediment bypass tunnels2018

    • Author(s)
      Koshiba Takahiro, Sumi Tetsuya
    • Journal Title

      E3S Web of Conferences

      Volume: 40 Pages: 04022-04022

    • DOI

      10.1051/e3sconf/20184004022

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Current and Future Study Topics on Reservoir Sediment Management by Bypass Tunnels2018

    • Author(s)
      Kobayashi Sohei, Koshiba Takahiro, Sumi Tetsuya
    • Journal Title

      J. Disaster Res.

      Volume: 13 Issue: 4 Pages: 668-676

    • DOI

      10.20965/jdr.2018.p0668

    • NAID

      130007429501

    • ISSN
      1881-2473, 1883-8030
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Bedload transport and abrasion monitoring at the Koshibu Dam sediment bypass tunnel and proposing countermeasures against the abrasion problem2020

    • Author(s)
      Takahiro Koshiba
    • Organizer
      88th Annual Meeting of ICOLD & Workshop
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sediment Transport Monitoring with Impact Plates during Koshibu Sediment By-pass Tunnel Operations in 2016 ー 20182019

    • Author(s)
      Takahiro Koshiba
    • Organizer
      3rd International Workshop on Sediment Bypass Tunnels
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Acoustic sediment surrogate measurements for high sediment flux: case study at Koshibu sediment bypass tunnel2019

    • Author(s)
      Takahiro Koshiba
    • Organizer
      SEDHYD 2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] パイプ型およびプレート型ハイドロフォンの流砂観測特性に関する比較検討2019

    • Author(s)
      富田 邦裕
    • Organizer
      水工学講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Application of the wavelet transform to sediment grain sizes analysis with an impact plate for bedload monitoring in sediment bypass tunnels2018

    • Author(s)
      Koshiba Takahiro
    • Organizer
      River Flow 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Measuring technique for sediment transport during wadi flash flood2018

    • Author(s)
      Koshiba Takahiro
    • Organizer
      The 4th International Symposium on Flash Floods in Wadi Systems
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2021-01-27  

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