2022/06/16-17
2022年度河川技術に関するシンポジウム

ダムの常用洪水吐き呑口周辺の流れおよび堆砂特性
CHARACTERISTICS OF FLOW AND SEDIMENT DISTRIBUTION NEAR UPSTREAM OF A DAM BOTTOM OUTLET(国研)土木研究所 河道保全研究グループ水工チーム 〇髙田翔也
京都大学防災研究所

助教

小柴孝太

京都大学防災研究所教授

角 哲也

常用洪水吐き１．はじめに❏ 2017年長野県裾花ダムのゲート閉塞事例● ゲートの閉塞要因⇒⇒

洪水調節操作の初期、ゲート開操作時に操作不能に閉塞要因として、ゲートに噛み込んだ「沈木」、「土砂」⇒⇒

当時、常用洪水吐き敷高に堆砂が達していた
さらに、堆砂面上に存在した沈木が、ゲート操作時に放流管内に引き込まれた

２号ゲート

竣工：1969
目的：FWP
堤高：83m長野県裾花ダム

2017年裾花ダ
ムのコンジ
ットゲ
ート閉塞状況

（出典：ダム貯水池流木対策の手引き(案) )2１．はじめに❏ 常用洪水吐きに達した堆砂・沈木の課題● ゲート閉塞時の想定される事象としては、沈木の発生⇒移動⇒ゲート操作に伴う引込み● 沈木の発生過程・探査方法等については過年度検討（2021、髙田ら）● ゲート部は堆砂・沈木の外力を設計上考慮していない⇔貯水池内は斜め堆砂となる● 大水深の浚渫等となり、堆砂対策は高コスト● 事前放流に伴う迎洪水位の低下が堆砂移動を誘起し、放流管近傍へより近づく可能性(2020、小島ら)
沈木の発生過程
・探査方法

流入網場

沈降

ゲート

土砂・沈木の流入ゲート
開口部

堆砂面の上昇堤体

常用洪水吐き周辺の堆砂推移と沈木移動のイメージ

3

１．はじめに❏ 常用洪水吐き周辺の堆砂・沈木管理● 研究目的
一方で、常用洪水吐きから土砂を出しながら管理していくことは可能か？
ゲートの機能確保のため、検討すべきこととして⇒ ダムの操作と堆砂形状変化、沈木の駆動力となる洪水吐き周辺の流況を把握する⇒ 土砂・沈木の通過に対して、ゲート機能を確保できるゲート構造を検討する
洪水吐き周辺の土砂・沈木動態
網場
流入

沈降

ゲート

堤体

① 常用洪水吐き周辺の堆砂形状の分析② 堆砂形状とダム操作の関係の分析

土砂・沈木の流入
堆砂面の上昇裾花ダムを対象に、以下を実施。

③ 水理模型実験による流況の把握

ゲート
開口部
土砂・沈木に対するゲートの機能確保

常用洪水吐き周辺の堆砂推移と沈木移動のイメージ

4

２．常用洪水吐き呑口周辺の堆砂形状の分析❏ 裾花ダムにおけるFC形状特性● ダムの常用洪水吐き周辺の堆砂形状管理は、以下の観点で重要と考えられる・沈木の移動河床となる・急勾配の堆砂面形成とその崩壊に伴う放流管への土砂流入を制御する● 放流に伴う堆砂のすり鉢状洗堀形状をFlushing Cone（以下、FC）とする(Meshkati, 2010)
平面図

A- A’ 鳥瞰図上流左岸法面の張出し影響あり

１号

放流管呑口

堤体

EL. (m)
530

上流側

堤体

528

上流側

526524A
同心円状にFCが形成A’
2号

放流管呑口

522
520

A518516

裾花ダムゲート近傍のH30測量結果

放流管
呑口A’
5

２．常用洪水吐き呑口周辺の堆砂形状の分析❏ H29～R3の２号FC形状の推移
H29ゲート閉塞後の堆砂形状

H30～R2 常用洪水吐きの機能回復に伴うFC形成

526

Flushing Cone Length

525

10°

524
523

上流堆砂高さの上昇

521 号

放流
519
管

Flushing Cone Hight

R3.9 放流により形成

520

常用洪水吐き呑口敷高

518
517
516
515

H29（閉塞後）01234567

R3.7 浚渫形状

8H30.10

R1.9

R2.9

R2.12

R3.7（浚渫後）R3.9

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

管軸方向距離 (m)

水中安息角≒50度 ２号ゲート管軸中心方向 縦断堆砂形状● 各年度毎に放流規模に応じたFC形成を確認● 河床勾配が10度以下となる地点までをFCの長さとし、高さ、体積を定義した● FCの体積として、1号で約90～300m3、2号で約800m3～3000m3
長さとして、1号で約7m～13m、2号で約10m～24m● 上流法面の影響で1号FC体積が小さい

3500

1号ゲート

3000

2号ゲート

2500

VFC (m3)

標高 (m)

522 ２

2000
1500
1000
500
005

101520

LFC (m)

2530 024FCの形状 HFC (m)686

３．裾花ダム運用と堆砂形状の関係の分析❏ H29～R3の２号FC形状とダム運用の関係● 堆砂測量直前の出水がFC形成に寄与するものと考え、その際のダム操作（貯水位、放流量）とFC形状の関係を分析

555

低水位での放流のため、
R2.7と同規模の放流にも関わらず大幅にFC体積増

貯水位

550545540535120
FCの体積

3000

100

放流量
2500

VFC (m3)80

放流機能回復によりFC体積増
ゲート閉塞により埋め戻しが生じ、FC体積減少

2000
60
1500
40100020500
0H29.8

H30.10

R1.7

R2.7

R3.7
(浚渫後)

FCの体積と最大放流量の関係

R3.8

0

2号ゲート放流量 (m3/s)

貯水位 (m)

560

250m3の浚渫浚渫分を差し引けば、40m3/s/1条の放流ではFC形成に寄与しない？
7

４．常用洪水吐き周辺の堆砂形状による流れ場への影響の検討❏ 堆砂形状を考慮した常用洪水吐き周辺の水理模型実験● 裾花ダムの常用洪水吐きを対象（模型縮尺1/31.25）● 管軸中心断面を幅方向に0.4mとした鉛直二次元固定床抽出模型● 流速をPIV解析により計測（流速は二次元模型の制約でやや大きい値となることに留意）
実験条件
Case1-1+8
呑口+4中
心標 +2
高か 0
らの −2
高さ −4(m)○：PIV流速計測位置←12 m→← 5 m →△：PIV底面流速計測位置

Case2

EL.523 m
EL.520 m

50°
EL.517 m

27°
EL.514 m（浚渫形状）

14108

6

4

呑口中心からの距離 (m)

2

Case3

抽出模型形状およびPIV流速計測範囲
流況確認結果8

４．常用洪水吐き周辺の堆砂形状による流れ場への影響の検討❏ 堆砂形状を考慮した常用洪水吐き周辺の水理模型実験● 堆砂形状の影響による放流能力変化はほとんど生じないことを確認● 流量増加に伴い、底面流速の大きいエリアが上流側へ拡大≒沈木の引き込み範囲● 堆砂形状毎の流れ場を把握
Case1-1
被災時条件では、放流管内とその極近傍のみ流速が発生。
当時引き込まれた沈木はゲート操作以前から，その周辺に存在していた可能性が高い

Case2
FC縁部の勾配変化点から流線が剥離し、FC斜面部に逆流域が生じ、流速増大に伴い、堆砂形状崩壊につながると考えられる

放流量
18m3/s100m3/s
260m3/s

Case3
浚渫形状内は逆流域となる
流入した土砂および沈木は同領域に一時的に捕捉される
一方で、すぐに埋戻される可能性が高い

底面近傍流速の比較

流速分布（流下方向水平成分）

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５．結論

❏ まとめ
ダムの常用洪水吐き周辺の流れおよび堆砂特性について，以下を実施。
● 裾花ダムにおけるH29～R3堆砂測量結果と運用の関係の分析● 水理模型実験による堆砂形状を考慮した流況の検討
以上を踏まえ，今後の常用洪水吐き呑口周辺の堆砂・沈木の管理方法としては以下が挙げられる．
● 堆砂形状管理として，水中安息角程度の勾配を持つFCを維持できるような一定規模以上の放流の実施● FC内およびその外縁の出水後の沈木探査、沈木除去の実施❏ 今後の検討項目● 堆砂面上の沈木の移動限界判定の検討● 堆砂影響を受けるゲート周辺の流れ場について，三次元的な評価への拡張● 堆砂崩壊等に対するゲート機能確保の観点から，FC高さの許容値の検討● 運用による対策案として，沈木径に対するゲート開口高を確保するために，ゲートを左右等開度
ではなく，片側のみ使用するルール等の検討● 土砂・沈木に対して確実な機能発揮が可能なゲート構造の検討
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