| 研究課題/領域番号 |
26257304
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
角 哲也 京都大学, 防災研究所, 教授 (40311732)
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| 研究分担者 |
堤 大三 京都大学, 防災研究所, 准教授 (40372552)
竹門 康弘 京都大学, 防災研究所, 准教授 (50222104)
カントウシュ サメ・アハメド 京都大学, 防災研究所, 准教授 (70750800)
渡辺 幸三 愛媛大学, 理工学研究科, 准教授 (80634435)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 排砂バイパストンネル / スイス / 流砂観測技術 / ハイドロフォン / 磨耗対策 / 河床環境 / 底生動物群集 / 河床環境 |
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| 研究実績の概要 |
１）スイス連邦工科大学で開催された「排砂バイパスに関する国際ワークショップ」に参加し、これまでの研究成果を発表し、他諸国のバイパス計画・設計・管理運用の最新情報を収集するとともに、統一的ガイドライン策定のための討議を行った。
２）排砂バイパスの通過土砂量と磨耗損傷のデータを用いて、日本とスイスそれぞれで提案されている磨耗損傷予測式の予測精度の検証を行い、適切なパラメータ設定と磨耗に関する各プロセスの相対的重要性を明らかにした。
３）流砂観測において従来のパイプ型のハイドロフォンに対して，高流速・大粒径の衝撃に耐えるプレート型マイクロフォンを開発し、またマイクロフォンに代わる新たにプレート型振動センサを導入した。小粒径の掃流砂が検知されることが確かめられ、流砂の検出率を下げる要因として衝突の飽和度や衝突率を定義した．実際の排砂トンネルを想定した高流水路において動画撮影により流砂の跳躍距離など計測機器付近での移動特性を確かめた．京都大学穂高砂防観測所の足洗谷観測水路において、パイプハイドロフォン、プレートハイドロフォン、およびスロットサンプラーによる掃流砂観測とともに、高精度観測を想定した縦・横パイプハイドロフォンセットによる観測を導入し、流砂量予測精度を高めた。
４）排砂バイパスの運用年数が異なる日本とスイスの4つのダムで調査したデータの分析を行い、バイパス運用年数の長いダムの下流ほど環境や底生動物群集の状態が上流に近いこと、それには河床撹乱や流水環境の回復が関わることを明らかにした。また、水生昆虫のDNA次世代シークエンス解析から24種を同定するとともに、排砂バイパスのあるダムでは通常のダムに比べてダム上下流間の群集距離が小さいことを明らかにし、排砂バイパスによるダム下流生態系の回復効果を示した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
国際ワークショップに参加し、研究やガイドライン策定のための各国との連携を確認するとともに、バイパスに関して施設計画・設計・管理から環境対策まで集約的な議論を行うための次回のワークショップを日本で開催することにこぎつけた。
マイクロフォンによる流砂の観測については、課題であった小粒径の検知が新たなセンサの導入により可能となり、流砂の検知が低下する原因やキャリブレーションを高める技術についてある程度の知見が集まったため、実際のトンネルで使用可能なレベルになったと判断できる。
排砂バイパスの導入がダム下流の環境回復に効果があることが様々なデータや観点から示され、それには土砂供給による河床や地形変化やダムによる生物移動分断影響の緩和など回復プロセスに関する知見も集まりつつある。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は，１）トンネル内部の高速流の流下特性と土砂流下に伴う摩耗損傷実態と対策手法の検討，２）トンネル下流への土砂供給に伴う生態的応答の検討，について研究を行うとともに，３）トンネルの摩耗対策の提案と排砂バイパスの効果に関する総括を行う．
１）では，平成27年度までに収集した実際の排砂バイパス施設の摩耗損傷の実績調査データを用いて，トンネル流砂量と摩耗損傷発生の関係を明らかにするとともに，日本およびスイスで提案されている摩耗損傷予測式の予測精度をさらに高める．次に，天竜川上流の小渋ダムにおいて，これまでに開発したプレートマイクロフォンを用いて土砂通過時の現地観測を実施して，観測データを解析することにより，掃流砂量と粒径特性の推定手法の確立を行う．さらに，これまでに得られたトンネル摩耗形状を模した水路を用いて，摩耗進展に伴ってトンネル内部の水理特性がどのように変化するかを明らかにし，摩耗進展の許容レベルの設定手法を検討する．
２）では，これまでに日本やスイスで取得した水生昆虫の種・遺伝的多様性からダムによる河川分断の影響の評価手法をさらに発展させる．水質，河床材料，付着藻類，流下粒状有機物（POM），底生昆虫の関係をさらに分析し、排砂バイパスによるダム下流環境の回復に効果のある土砂供給や流況条件について検討する．
３）では，これまでに得られた知見をもとに，トンネル内の砂礫輸送形態と摩耗損傷メカニズムに関する総括を行うとともに，摩耗損傷予測式および摩耗対策の提案，さらには，トンネルの運用実態に即した摩耗管理の考え方を整理・提案する．また，排砂バイパスの設置による河川分断の解消の効果について，調査および評価手法をとりまとめるとともに，トンネルの運用開始からの年数に基づく，環境変化の予測手法の確立を行う．
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