(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-14
(45)【発行日】2022-06-22
(54)【発明の名称】ダム堆積物下流還元方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
E02B 7/20 20060101AFI20220615BHJP
E02B 8/00 20060101ALI20220615BHJP
【ＦＩ】
E02B7/20 106
E02B8/00
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2018046249
(22)【出願日】2018-03-14
(65)【公開番号】P2019157516
(43)【公開日】2019-09-19
【審査請求日】2020-12-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000166627
【氏名又は名称】五洋建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000172961
【氏名又は名称】あおみ建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000149594
【氏名又は名称】株式会社大本組
(73)【特許権者】
【識別番号】000219406
【氏名又は名称】東亜建設工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000222668
【氏名又は名称】東洋建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000155034
【氏名又は名称】株式会社本間組
(73)【特許権者】
【識別番号】599027312
【氏名又は名称】株式会社 吉田組
(73)【特許権者】
【識別番号】503275129
【氏名又は名称】りんかい日産建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000182030
【氏名又は名称】若築建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】591102006
【氏名又は名称】一般財団法人水源地環境センター
(74)【代理人】
【識別番号】100107272
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 敬二郎
(74)【代理人】
【識別番号】100109140
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 研一
(72)【発明者】
【氏名】武井 俊哉
(72)【発明者】
【氏名】榊 晋介
(72)【発明者】
【氏名】工藤 和重
(72)【発明者】
【氏名】廣瀬 正和
(72)【発明者】
【氏名】浅田 英幸
(72)【発明者】
【氏名】峯松 麻成
(72)【発明者】
【氏名】岩田 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】濱崎 隆詞
(72)【発明者】
【氏名】新谷 聡
(72)【発明者】
【氏名】金子 貴一
(72)【発明者】
【氏名】北村 匡
【審査官】小倉 宏之
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－３１６２７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０２０３１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０４２３９２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｂ ７／２０
Ｅ０２Ｂ ８／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ダムの貯水池の堆積物をダムの下流に供給するダム堆積物下流還元方法であって、平常時に貯水池から浚渫された堆積物を所定粒径以下のシルト粘土分と前記所定粒径を超えた砂とに分級し、
前記分級されたシルト粘土分を排泥貯留部に送り、
前記排泥貯留部で前記シルト粘土分を貯留し沈殿させ、
洪水時に前記貯水池から前記排泥貯留部に給水し、前記沈殿したシルト粘土分を攪拌して泥水とし、ダムの放流量（ｍ３／秒）に基づいて前記泥水を前記ダムの下流に供給し、
前記泥水の供給量（ｍ ３ ／秒）は、前記放流量と、前記泥水の濁度と、前記ダムの下流における許容濁度とに基づいて決定されるダム堆積物下流還元方法。
【請求項2】
前記分級された砂をダム下流置土とする請求項１に記載のダム堆積物下流還元方法。
【請求項3】
前記排泥貯留部における上澄みの余水を排出し濁水処理した後に前記貯水池に戻す請求項１または２に記載のダム堆積物下流還元方法。
【請求項4】
前記泥水の供給を前記放流量が予め設定した所定値以上となった時に開始する請求項１乃至３のいずれかに記載のダム堆積物下流還元方法。
【請求項5】
前記泥水の供給量（ｍ３／秒）を前記放流量の増加に応じて増やし、前記泥水の供給を前記放流量の収束に合わせて停止する請求項１乃至４のいずれかに記載のダム堆積物下流還元方法。
【請求項6】
ダムの貯水池の堆積物をダムの下流に供給するダム堆積物下流還元システムであって、貯水池から浚渫された堆積物を所定粒径以下のシルト粘土分と前記所定粒径を超えた砂とに分級する分級装置と、
前記分級されたシルト粘土分を貯留し沈殿させる排泥貯留部と、
前記排泥貯留部に沈殿したシルト粘土分を攪拌する攪拌装置と、
前記貯水池から前記排泥貯留部に給水するポンプと、
前記排泥貯留部における泥水の濁度を測定する第１の濁度計と、を備え、
洪水時に前記排泥貯留部において前記ポンプにより給水されるとともに前記シルト粘土分が前記攪拌装置により攪拌されて泥水とされ、ダムの放流量（ｍ３／秒）に基づいて前記泥水を前記ダムの下流に供給するように構成され、
前記泥水の供給量（ｍ ３ ／秒）は、前記放流量と、前記第１の濁度計により測定された濁度と、前記ダムの下流における許容濁度とに基づいて制御されるダム堆積物下流還元システム。
【請求項7】
前記貯水池からの給水量を制御する給水制御バルブと、前記排泥貯留部で攪拌された泥水を排出する際の排水量を制御する排水制御バルブと、
前記排出される泥水の流量を測定する流量計と、をさらに備え、
前記泥水の供給量の増減を前記給水制御バルブにより行い、
前記泥水の供給量の微調整を前記流量計による測定結果に基づいて前記排水制御バルブにより行う請求項６に記載のダム堆積物下流還元システム。
【請求項8】
前記排泥貯留部における上澄みの余水を濁水処理する濁水処理装置をさらに備える請求項６または７に記載のダム堆積物下流還元システム。
【請求項9】
前記攪拌装置は、鉛直方向に延びる支持軸に支持された攪拌部と、回転部と、を備え、前記回転部の回転により前記排泥貯留部と前記攪拌部とを相対的に回転させることで前記攪拌部が前記排泥貯留部のシルト粘土分を攪拌する請求項６乃至８のいずれかに記載のダム堆積物下流還元システム。
【請求項10】
前記攪拌装置は、前記排泥貯留部内を水平移動可能な移動部と、前記移動部から延びたアームと、前記アームの先端に設けられ略水平方向に延びる回転軸を中心に回転する攪拌部と、を備え、前記移動部の移動により前記攪拌部が回転しながら前記排泥貯留部のシルト粘土分を攪拌する請求項６乃至８のいずれかに記載のダム堆積物下流還元システム。
【請求項11】
前記排泥貯留部から排出された泥水の濁度を測定する第２の濁度計をさらに備え、前記泥水の濁度の増減を前記第２の濁度計による測定結果に基づいて前記攪拌装置の前記回転部の制御により行う請求項９に記載のダム堆積物下流還元システム。
【請求項12】
前記排泥貯留部から排出された泥水の濁度を測定する第２の濁度計をさらに備え、
前記泥水の濁度の増減を前記第２の濁度計による測定結果に基づいて前記攪拌装置の前記移動部の制御により行う請求項１０に記載のダム堆積物下流還元システム。
【請求項13】
前記洪水の発生の判断に基づいて前記ポンプと前記攪拌装置とが自動的に作動し前記泥水の供給量が自動的に制御される請求項６乃至１２のいずれかに記載のダム堆積物下流還元システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ダムの貯水池の堆積物をダムの下流に供給するダム堆積物下流還元方法およびシステムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
ダムの貯水池は、上流から流入した土砂が堆積することで、供用開始からの時間経過に伴い、貯水容量が減少してゆく。また、ダム上流域の河床が上昇し、洪水リスクの増大や下流域においては河床低下や海岸線の後退など、いろいろな悪影響が発生している。この対策として、近年、流砂系の「総合土砂管理」の考え方に基づき、ダムの土砂等の堆積物を除去することやダム下流に排出（以下、「供給」ともいう。）することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2002-294677号公報
【文献】特開2001-164543号公報
【文献】特開平10-118697号公報
【文献】特開2001-20318号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記総合土砂管理において、現在最も一般的な方法は、貯水池を浚渫し、浚渫土をダム下流までダンプトラックで運搬し仮置しておき、洪水時にダム下流へ供給する方法である。しかし、この置土工法の場合、シルトや粘土が過大に含まれた浚渫土をそのまま供給すると河川の長期濁水化の原因となり、河川環境上望ましくないため、シルト粘土分が10％以下の清浄な材料しか置土材として利用できない。
【0005】
また、洪水時のダム放流量が少ない状態で浚渫土についてフラッシング（流水で押し流すこと）を行った場合、河川内にシルト粘土分が残留し、魚類等に悪影響を及ぼすおそれがある。
【0006】
ダムに排砂ゲートが設置されているダム（宇奈月ダム・出し平ダム）の設置条件は、排砂のために水位が低下した場合、ダムの貯水位回復に時間を要すると発電や利水に大きな影響を与えるため、貯水容量に対して河川流量が充分に多いことが求められる。
【0007】
特許文献１，２は、静水圧を利用した水中堆積物の流送・排出方法を提案する。しかし、これらの吸引方法や排砂バイパスはバイパストンネルやダムの改造など大規模な工事が必要となる。また、特許文献３は、ダムの長期濁水化を防止するためにスラリー状混合物をシルト粘土分と有機物とに分離し、シルト粘土分をダム水底に戻し有機物を分解処理することを提案するが、この方法は脱水処理と分解処理のコストがかさむ。
【0008】
特許文献４は、貯水池から浚渫した底泥による泥水を砂礫とシルト粘土分とに分級し、砂礫を下流の河川に戻し、シルト粘土分は、脱水処理等されてから、脱水汚泥として再処理される方法を提案する。しかし、シルト粘土分の処理は下流供給を目指したものではない。
【0009】
本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、ダムの貯水池の堆積物に含まれるシルト粘土分をダムの下流に供給しても下流の河川へ悪影響を及ぼさないダム堆積物下流還元方法およびシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するためのダム堆積物下流還元方法は、ダムの貯水池の堆積物をダムの下流に供給するダム堆積物下流還元方法であって、平常時に貯水池から浚渫された堆積物を所定粒径以下のシルト粘土分と前記所定粒径を超えた砂とに分級し、前記分級されたシルト粘土分を排泥貯留部に送り、前記排泥貯留部で前記シルト粘土分を貯留し沈殿させ、洪水時に前記貯水池から前記排泥貯留部に給水し、前記沈殿したシルト粘土分を攪拌して泥水とし、ダムの放流量（ｍ３／秒）に基づいて前記泥水を前記ダムの下流に供給し、前記泥水の供給量（ｍ
３
／秒）は、前記放流量と、前記泥水の濁度と、前記ダムの下流における許容濁度とに基づいて決定されるものである。
【0011】
このダム堆積物下流還元方法によれば、平常時にダムの貯水池を浚渫し、浚渫された堆積物をシルト粘土分と砂とに分級し、分級されたシルト粘土分を排泥貯留部で貯留し沈殿させておき、洪水の発生時に、排泥貯留部に給水しかつ沈殿したシルト粘土分を攪拌して泥水としてから、その泥水をダムの放流量（ｍ3／秒）に基づいてダムの下流に供給するので、下流の河川内にシルト粘土分が残留しないような充分な放流量のときに泥水をダムの下流に供給することができる。このため、貯水池の堆積物のうちのシルト粘土分をダムの下流に供給しても河川への悪影響がない。
【0012】
上記ダム堆積物下流還元方法において、前記分級された砂をダム下流置土とすることが好ましい。これにより、堆積物の分級により生じた砂を下流に供給し還元でき、また、シルト粘土分を含まないので河川の濁水化のおそれがない。なお、かかる砂は、骨材として有効利用することもできる。
【0013】
また、前記排泥貯留部における上澄みの余水を排出し濁水処理した後に前記貯水池に戻すことが好ましい。
【0014】
また、前記泥水の供給を前記放流量が予め設定した所定値以上となった時に開始することが好ましい。
【0015】
また、前記泥水の供給量（ｍ3／秒）を前記放流量の増加に応じて増やし、前記泥水の供給を前記放流量の収束に合わせて停止することが好ましい。
【0016】
また、前記泥水の供給量（ｍ３／秒）は、前記放流量と、前記泥水の濁度と、前記ダムの下流における許容濁度とに基づいて決定されることにより、シルト粘土分を含む泥水を下流に供給しても、下流の河川が許容濁度を超えることがない。
【0017】
上記目的を達成するためのダム堆積物下流還元システムは、ダムの貯水池の堆積物をダムの下流に供給するダム堆積物下流還元システムであって、貯水池から浚渫された堆積物を所定粒径以下のシルト粘土分と前記所定粒径を超えた砂とに分級する分級装置と、前記分級されたシルト粘土分を貯留し沈殿させる排泥貯留部と、前記排泥貯留部に沈殿したシルト粘土分を攪拌する攪拌装置と、前記貯水池から前記排泥貯留部に給水するポンプと、前記排泥貯留部における泥水の濁度を測定する第１の濁度計と、を備え、洪水時に前記排泥貯留部において前記ポンプにより給水されるとともに前記シルト粘土分が前記攪拌装置により攪拌されて泥水とされ、ダムの放流量（ｍ３／秒）に基づいて前記泥水を前記ダムの下流に供給するように構成され、前記泥水の供給量（ｍ
３
／秒）は、前記放流量と、前記第１の濁度計により測定された濁度と、前記ダムの下流における許容濁度とに基づいて制御される。
【0018】
このダム堆積物下流還元システムによれば、平常時にダムの貯水池から浚渫された堆積物を分級装置でシルト粘土分と砂とに分級し、分級されたシルト粘土分を排泥貯留部で貯留し沈殿させておき、洪水の発生時に、貯水池からポンプで排泥貯留部に給水しかつ沈殿したシルト粘土分を攪拌装置で攪拌して泥水としてから、その泥水をダムの放流量（ｍ3／秒）に基づいてダムの下流に供給するので、ダムの下流の河川内にシルト粘土分が残留しないような充分な放流量のときに泥水をダムの下流に供給することができる。このため、貯水池の堆積物のうちのシルト粘土分をダムの下流に供給しても河川への悪影響がない。
【0019】
上記ダム堆積物下流還元システムにおいて、前記泥水の供給量（ｍ３／秒）は、前記放流量と、前記第１の濁度計により測定された濁度と、前記ダムの下流における許容濁度とに基づいて制御されることにより、シルト粘土分を含む泥水を下流に供給しても、下流の河川で許容濁度を超えることがない。
【0020】
また、前記貯水池からの給水量を制御する給水制御バルブと、前記排泥貯留部で攪拌された泥水を排出する際の排水量を制御する排水制御バルブと、前記排出される泥水の流量を測定する流量計と、をさらに備え、前記泥水の供給量の増減を前記給水制御バルブにより行い、前記泥水の供給量の微調整を前記流量計による測定結果に基づいて前記排水制御バルブにより行うことが好ましい。
【0021】
また、前記排泥貯留部における上澄みの余水を濁水処理する濁水処理装置をさらに備えることが好ましい。
【0022】
前記攪拌装置は、鉛直方向に延びる支持軸に支持された攪拌部と、回転部と、を備え、前記回転部の回転により前記排泥貯留部と前記攪拌部とを相対的に回転させることで前記攪拌部が前記排泥貯留部のシルト粘土分を攪拌するように構成されることが好ましい。なお、排泥貯留部と攪拌部との相対的な回転に伴って、支持軸が攪拌部とともに下方に移動するように構成することが好ましい。
【0023】
また、前記攪拌装置は、前記排泥貯留部内を水平移動可能な移動部と、前記移動部から延びたアームと、前記アームの先端に設けられ略水平方向に延びる回転軸を中心に回転する攪拌部と、を備え、前記移動部の移動により前記攪拌部が回転しながら前記排泥貯留部のシルト粘土分を攪拌するように構成してもよい。
【0024】
また、前記排出される泥水の濁度を測定する濁度計をさらに備え、前記泥水の濁度の増減を前記濁度計による測定結果に基づいて前記攪拌装置の前記回転部または前記移動部の制御により行うことが好ましい。
【0025】
また、前記洪水の発生の判断に基づいて前記ポンプと前記攪拌装置とが自動的に作動し前記泥水の供給量が自動的に制御されるように構成することが好ましい。これにより、ダム堆積物下流還元システムを自動的に作動させ制御することができ、無人化自動運転が可能になる。なお、洪水発生の判断は、ダム上流地域の降水量データやダムの水位などに基づいてダム管理者によりなされるが、降水量データやダムの水位などの各種情報に基づいて自動的にポンプと攪拌装置とが作動するように構成してもよい。
【発明の効果】
【0026】
本発明のダム堆積物下流還元方法およびシステムによれば、ダムの貯水池の堆積物に含まれるシルト粘土分をダムの下流に供給しても下流の河川へ悪影響を及ぼすことがない。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図2】本実施形態によるダム堆積物下流還元方法の平常時における工程を説明するためのフローチャートである。
【図3】本実施形態によるダム堆積物下流還元方法の洪水時における主要な工程を説明するためのフローチャートである。
【図4】本実施形態において泥水をダムの下流に供給し停止するタイミングを説明するために放流量と時間との関係を概略的に示すグラフである。
【図8】本実施形態によるダム堆積物下流還元システムの制御システムを概略的に示すブロック図である。
【図10】泥水のダム下流供給後の供給量調整および濁度調整の各工程を説明するためのフローチャートである。
【図11】本実施形態による別の攪拌装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態によるダム堆積物下流還元システムおよびその周辺のダム等を概略的に示す図である。
【0029】
図１のように、本実施形態によるダム堆積物下流還元システム１０は、ダム１の貯水池２近くに設置され、上流４から貯水池２に流入し堆積した土砂等の堆積物３を浚渫してから、その浚渫された堆積物を粒径0.075mm以下のシルト粘土分と粒径0.075mmを超えた砂とに分級する分級装置１１と、分級装置１１からパイプライン圧送で送られたシルト粘土分を貯留し沈殿させ、洪水時に沈殿したシルト粘土分を攪拌する攪拌装置を有する排泥タンク１２と、排泥タンク１２の上澄みの余水を濁水処理し貯水池２に戻す濁水処理装置１３と、洪水時に排泥タンク１２に給水する水中ポンプ１４と、を備える。洪水時に排泥タンク１２では沈殿したシルト粘土分を攪拌し給水された水で泥水とし、この泥水をダム１の下流５に排出し供給する。
【0030】
分級装置１１は、公知の各種の分級機・分級装置を使用でき、たとえば、スパイラル分級機、ドラグ分級機、ロータリー分級機、水力分級機、サイザー、湿式サイクロン等を用いることができる。
【0031】
また、濁水処理装置１３は、公知の各種の濁水処理装置・濁水処理プラントを使用でき、たとえば、懸濁物の沈殿分離、中和、排泥などの各処理機能を有し濁度の低い処理水を排出する濁水処理装置等を用いることができる。
【0032】
次に、図１のダム堆積物下流還元システム１０によるダム堆積物下流還元方法について図１～図４を参照して説明する。図２は本実施形態によるダム堆積物下流還元方法の平常時における工程を説明するためのフローチャートである。図３は本実施形態によるダム堆積物下流還元方法の洪水時における主要な工程を説明するためのフローチャートである。図４は本実施形態において泥水をダムの下流に供給し停止するタイミングを説明するためにダム放流量と時間との関係を概略的に示すグラフである。
【0033】
まず、平常時に、図１，図２のように、貯水池２に堆積した土砂等の堆積物３を浚渫船等により浚渫し（Ｓ０１）、その浚渫された堆積物を分級装置１１で分級し（Ｓ０２）、分級された粒径0.075mmを超えた砂（Ｓ０３）と粒径0.075mm以下のシルト粘土分（Ｓ０４）とは、それぞれ次のように処理される。
【0034】
すなわち、粒径0.075mmを超えた砂は、仮置場１８に暫定的に置かれてから（Ｓ０５）、適時にダンプカー等で運搬されてダム下流置土１９とされ（Ｓ０６）、また、骨材として有効利用される（Ｓ０７）。
【0035】
また、粒径0.075mm以下のシルト粘土分は、分級装置１１からパイプライン圧送により排泥タンク１２に送られる（Ｓ０８）。排泥タンク１２内でシルト粘土分は貯留されて沈殿し（Ｓ０９）、また、その上澄みの余水が生じる（Ｓ１０）。排泥タンク１２内の余水は濁水処理装置１３に送られて濁水処理され（Ｓ１１）、濁度の低い処理水が貯水池２に戻される（Ｓ１２）。
【0036】
以上の工程Ｓ０１～Ｓ１２がダム堆積物下流還元システム１０において平常時に実行される。
【0037】
次に、洪水時に、図１，図３のように、洪水が発生したと判断されると（Ｓ２１）、貯水池２から水中ポンプ１４により排泥タンク１２に給水を開始し（Ｓ２２）、排泥タンク１２に沈殿したシルト粘土分を攪拌装置により攪拌し（Ｓ２３）、泥水を作製する（Ｓ２４）。なお、給水工程Ｓ２２では、ダム湖表層水（濁度約50PPM以下）を取水して排泥タンク１２へ給水することが好ましい。
【0038】
なお、洪水発生の判断工程Ｓ２１は、通常、ダムの上流地域の降水量やダムの貯水池の水位などの各種の洪水情報に基づいてダム管理者によってなされるが、ダム管理者により発せられる洪水発生信号を制御システムの制御装置４１（図８）が受信することで判断するようにしてもよい。また、これらの洪水情報に基づいて制御装置４１（図８）が自動的に判断するように構成してもよい。
【0039】
また、図３では、泥水作製のための給水工程Ｓ２２と攪拌工程Ｓ２３とを洪水発生判断工程Ｓ２１の後に開始するが、通常、洪水発生判断時からダム放流開始時までにはある程度の時間があるので、その間に泥水を作製することができる。また、図４のようにダム放流開始時から泥水のダム下流供給時（Ｔ１）まである程度の時間があるので、ダム放流開始の確認後に給水工程Ｓ２２と攪拌工程Ｓ２３とを開始するようにしてもよい。
【0040】
洪水発生判断の後にダム１の常用洪水吐から放流が開始され（Ｓ２５）、ダム下流５の水位が上昇すると、砂からなるダム下流置土１９がダム下流５へと供給される（Ｓ２６）。なお、ダム１からの放流が終了し、ダム下流５の水位が低下し元通りになると、ダム下流置土１９のダム下流５への供給が終了する。
【0041】
また、図４のように、ダム１からの単位時間当たりの放流量Ｑ（ｍ3／秒）が時間とともに増加し、時間Ｔ１で予め設定した第１の所定量Ｑ１以上となると（Ｓ２７）、排泥タンク１２から泥水を排出しダム下流５へ供給する（Ｓ２８）。第１の所定量Ｑ１は、ダムの下流の河川内にシルト粘土分が残留しないような充分な放流量に設定される。
【0042】
洪水時にダム１からの単位時間当たりの放流量Ｑ（ｍ3／秒）は、図４のように、時間とともに増加し、やがてピーク放流量に達し（Ｓ２９）、その後、時間とともに減少し、時間Ｔ２で予め設定した第２の所定量Ｑ２以下となると（Ｓ３０）、泥水のダム下流５への供給を停止する（Ｓ３１）。
【0043】
本実施形態のダム堆積物下流還元方法によれば、平常時にダムの貯水池から浚渫された堆積物を分級装置１１でシルト粘土分と砂とに分級し、分級されたシルト粘土分を排泥タンク１２で貯留し沈殿させておき、洪水の発生時に、貯水池２から水中ポンプ１４で排泥タンク１２に給水し、沈殿したシルト粘土分を攪拌して泥水としてから、その泥水をダム１の放流量（ｍ3／秒）がダムの下流の河川内にシルト粘土分が残留しないような充分な放流量（図４の第１の所定量Ｑ１）に達したときに、ダムの下流に供給する。このため、泥水をダム下流へ適切な供給時期に供給でき、シルト粘土分を含む泥水をダムの下流に供給しても河川へ悪影響を及ぼさない。
【0044】
従来の一般的な置土工法ではダム下流の河道に土砂を直接置くため、洪水が小規模の場合には置土材料が流れきらず、河道内にシルト粘土分が残留することになり、河川環境に悪影響を及ぼす可能性があった。これに対し、本実施形態によれば、一定規模以上の洪水が発生した場合に、すなわち、ダム１の単位時間当たりの放流量Ｑ（ｍ3／秒）が第１の所定量Ｑ１以上となった時に、シルト粘土分を含む泥水をダム下流に供給することで、ダム下流の河道内にシルト粘土分が残留しない。
【0045】
また、図４の放流量Ｑが第１の所定量Ｑ１以上となった時に泥水の下流供給を開始し、ダムの放流量の増加に合わせて泥水の供給量を増やし、ピーク放流量に達した後の洪水の収束に合わせて泥水の供給を第２の所定量Ｑ２以下で停止することで、効率的で河川環境に悪影響を及ぼさない泥水のダム下流供給が可能となる。
【0046】
また、図４のように、時間Ｔ１、ダムの放流量Ｑ１で泥水の下流供給を開始し、時間Ｔ２、ダムの放流量Ｑ２で泥水の下流供給を停止するが、Ｑ１＜Ｑ２と設定し、泥水の供給停止時のダムの放流量Ｑ２を高めに設定することで、泥水の供給停止後に泥水が流れきり、ダム下流５の河道内にシルト粘土分が残留せず、河川内を充分に清浄な状態に戻すことができる。
【0047】
また、シルト粘土分が多く、河川還元には元来適していない堆積物であっても、浚渫後の堆積物を分級処理することで、河川還元に適した材料に改良することができる。これにより、河床低下対策となり、望ましい魚類の生息環境を実現できる。
【0048】
また、最も実績が多くイニシャルコストが安価な置土工法をベースにし、排泥タンクからシルト粘土分を泥水にして供給することで、洪水時の河川環境を考慮したダム堆積物下流還元方法・システムを提供できる。特許文献１，２の吸引工法や排砂バイパストンネルのような大規模な工事が不要であるため、イニシャルコストが安価である。
【0049】
また、一般的な浚渫工法と置土工法とによる工法と比較して、土捨場が不要であり、砂のみの運搬でよく運搬コストが低減するためランニングコストが安価である。
【0050】
次に、図１のダム堆積物下流還元システムの排泥タンク、攪拌装置およびその周囲の構成について、図５～図７を参照して説明する。図５は、図１の排泥タンク、攪拌装置およびその周囲の構成を概略的に示す斜視図である。図６は、図５の排泥タンク内の攪拌部を示す平面図である。図７は、図６のVII-VII線方向に切断して見た図である。
【0051】
図５のように、排泥タンク１２は、円筒状に構成され、内部にシルト粘土分が沈殿し貯留可能に構成され、沈殿したシルト粘土分を攪拌するための攪拌装置２０を有する。なお、排泥タンク１２は、回転可能なように地盤に設置されるが、その設置構造は図５では図示を省略している。また、攪拌装置２０を有する排泥タンク１２は、複数基設置してもよい。
【0052】
攪拌装置２０は、排泥タンク１２内で水平方向に延びる攪拌部２１と、排泥タンク１２の中心に位置し鉛直方向に延びて攪拌部２１を支持する支持軸２２と、支持軸２２を攪拌部２１とともに鉛直方向上下に移動させる鉛直移動装置２３と、排泥タンク１２内のシルト粘土分６を攪拌するために排泥タンク１２を攪拌部２１および支持軸２２に対し回転させる水平回転装置２４と、を備える。
【0053】
攪拌部２１は、図５～図７のように、中心の支持軸２２から排泥タンク１２の半径方向に放射状に延びる複数の攪拌棒２１ａ～２１ｈを有する。複数の攪拌棒２１ａ～２１ｈは、円周方向に等間隔に配置され、各攪拌棒２１ａ～２１ｈの下端から下方に傾斜して排泥タンク１２内のシルト粘土分６を削ることで攪拌するための排土板２６ａ～２６ｈと、各排土板２６ａ～２６ｈに沿ってシルト粘土分６に向けて給水管２７ａから噴流水ＪＷを噴出するジェットノズル２７と、を有する。
【0054】
排土板２６ａ～２６ｈは、図６のように、各攪拌棒２１ａ～２１ｈの水平方向長さよりも水平方向長さが短く、各々の半径方向位置が隣接の排土板に対し相違するとともに、排土板２６ａ～２６ｈ全体として支持軸２２から半径方向外周まで満遍なく位置するように構成される。排泥タンク１２が回転方向Ｒに回転すると、図６，図７のように、各排土板２６ａ～２６ｈがジェットノズル２７から噴流水ＪＷをシルト粘土分６に噴出しながらシルト粘土分６を表面から少しずつ削り取り攪拌することができる。また、ジェットノズル２７からの噴流水ＪＷの噴出により固結したシルト粘土分でも充分に解泥できる。
【0055】
鉛直移動装置２３は、図５のように、排泥タンク１２の上方の水平部２５に配置され、公知の電動スピンドル構造からなり、支持軸２２のねじ部２２ａと螺合することで回転運動を支持軸２２の直線移動に変換する。これにより、攪拌部２１をシルト粘土分の攪拌の進行に合わせて支持軸２２とともに図７の下方に移動させることができ、排泥タンク１２内のシルト粘土分６を上部から下部まで攪拌できる。なお、水平部２５は、支持体２５ａ～２５ｄにより支持されている。
【0056】
水平回転装置２４は、図５のように、排泥タンク１２の外周に一周配置された外周歯車２４ａと、外周歯車２４ａと螺合する回転歯車２４ｂと、回転歯車２４ｂを回転させる電動モータ２９と、を有する。電動モータ２９の回転により回転歯車２４ｂが回転すると、外周歯車２４ａとともに排泥タンク１２が回転する。
【0057】
排泥タンク１２の回転に伴う攪拌部２１によるシルト粘土分６の攪拌量は、電動モータ２９の回転速度と、攪拌部２１の鉛直移動装置２３による下方移動速度とによって調整することができる。
【0058】
【0059】
【0060】
また、図１の貯水池２の水中ポンプ１４から排泥タンク１２に延びる配管３４を有し、水中ポンプ１４の作動により貯水池２から配管３４を通して排泥タンク１２に給水される。かかる給水は、配管３４の途中に設けられた給水制御バルブ３５により制御される。
【0061】
また、図５の排泥タンク１２の上部から図１のダム下流５へと延びる泥水供給管３６と、泥水ポンプ３７とを有し、排泥タンク１２内でシルト粘土分から作製された泥水が泥水ポンプ３７の作動により泥水供給管３６を通してダム下流５に供給される。かかる泥水のダム下流５への供給は、泥水供給管３６の途中に設けられた泥水制御バルブ３８により制御される。
【0062】
なお、給水制御バルブ３５と泥水制御バルブ３８は、公知の制御バルブ、制御弁、調節弁等を使用でき、水の流量を制御する制御機構と、この制御機構を駆動する駆動部とを有し、制御信号により駆動部を制御し制御機構で水の流量を制御する。
【0063】
また、図５のように、排泥タンク１２内には排泥タンク１２内の泥水の濁度を測定する第１の濁度計２８が配置されている。また、図５の泥水供給管３６には、泥水制御バルブ３８の上流側にダム下流へ供給される泥水の濁度を測定する第２の濁度計３９が配置され、また、泥水制御バルブ３８の下流側に泥水の流量を測定する流量計４０が配置されている。
【0064】
次に、図１，図５～図７のダム堆積物下流還元システム１０を自動制御するための制御システムについて図８を参照して説明する。図８は、本実施形態によるダム堆積物下流還元システム１０の制御システムを概略的に示すブロック図である。
【0065】
図８のように、制御システムは、各種の情報や測定情報が入力し、各部に対し制御信号を送る制御装置４１を備える。制御装置４１は、たとえば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）から構成され、各種制御を実行するＣＰＵ（中央演算処理装置）と、制御の際のプログラムや各種情報を一時的に保持するＲＡＭ等からなるメモリと、ハードディスク等からなる記憶装置と、を備え、本実施形態によるダム堆積物下流還元方法の各工程を実行するためのプログラムが記憶装置にインストールされており、かかるプログラムおよび各種の入力情報に基づいてダム堆積物下流還元方法の各工程が自動的に実行される。
【0066】
制御装置４１には、図８のように、第１の濁度計２８により測定された図５の排泥タンク１２内の泥水の測定濁度情報、第２の濁度計３９により測定された図５の泥水供給管３６を流れる泥水の測定濁度情報、および、流量計４０により測定された図５の泥水供給管３６を流れる泥水の測定流量情報が入力される。また、ダム下流の河川における許容濁度情報、洪水情報およびダム放流量情報が入力される。
【0067】
また、制御装置４１は、図１の貯水池２内に配置された水中ポンプ１４，図５の攪拌装置２０の電動モータ２９，鉛直移動装置２３，給水制御バルブ３５、泥水ポンプ３７および泥水制御バルブ３８を各入力情報に基づいて制御する。
【0068】
次に、図１，図５～図８のダム堆積物下流還元システム１０による下流還元の各工程について図９，図１０を参照して説明する。図９は、図１，図５の排泥タンク内におけるダム下流供給前の泥水の濁度測定およびダム下流への泥水の供給量決定の各工程を説明するためのフローチャートである。図１０は、泥水のダム下流供給後の供給量調整および濁度調整の各工程を説明するためのフローチャートである。
【0069】
図９の工程Ｓ２１～Ｓ２４は、図３と同様の工程であるが、図９の洪水発生判断工程Ｓ２１では、ダムの上流地域の降水量やダムの貯水池の水位などの各種洪水情報が図８の制御装置４１に入力し、これらの洪水情報に基づいて図８の制御装置４１が洪水発生を自動的に判断する。
【0070】
次に、洪水発生と判断すると、制御装置４１は、水中ポンプ１４を作動させ、給水制御バルブ３５を開き、貯水池２から配管３４を通して排泥タンク１２内に給水する（Ｓ２２）。
【0071】
また、制御装置４１は、攪拌装置２０の電動モータ２９を作動させ、排泥タンク１２を攪拌部２１に対し回転させることで、攪拌棒２１ａ～２１ｈの各排土板２６ａ～２６ｈが図７のようにして排泥タンク１２内のシルト粘土分６を削りとることで攪拌する（Ｓ２３）。このときジェットノズル２７から噴流水ＪＷが噴出することで攪拌効率が向上する。また、攪拌部２１による攪拌に合わせて鉛直移動装置２３を作動させ攪拌部２１を下方へと移動させる。
【0072】
上述の給水工程Ｓ２２と攪拌工程Ｓ２３とにより排泥タンク１２内で泥水を作製し（Ｓ２４）、この泥水の濁度を排泥タンク１２内の第１の濁度計２８により測定する（Ｓ３５）。
【0073】
上記濁度測定結果に基づいて排泥タンク１２内の泥水の濁度を調整する場合（Ｓ３６）、攪拌装置２０の電動モータ２９による排泥タンク１２の回転速度と鉛直移動装置２３による攪拌部２１の下方への移動速度とを制御装置４１により制御することで、泥水の濁度を調整できる。
【0074】
次に、制御装置４１は、入力された、第１の濁度計２８による排泥タンク１２内の泥水の測定濁度情報と、ダム下流の河川における許容濁度情報と、ダムの放流量（ｍ3／秒）情報とに基づいてダム下流への泥水の供給量（ｍ3／秒）を決定する（Ｓ３７）。なお、許容濁度は、生息する魚類や植物への影響を考慮し、河川毎に決定される。
【0075】
以上のようにして、ダム下流への泥水の単位時間当たりの供給量を各入力情報に基づいて制御装置４１により自動的に決定できる。これにより、シルト粘土分を適切な濃度で含む泥水を作製でき、ダム下流に供給しても、下流の河川で許容濁度を超えることがなく、河川への悪影響が生じない。
【0076】
次に、泥水のダム下流への供給後における泥水の供給量調整および濁度調整について図１０を参照して説明する。
【0077】
ダム放流量Ｑが所定範囲内であるか否かを判断し（Ｓ４０）、所定範囲内であれば（Ｑ１＜Ｑ、または、Ｑ＞Ｑ２（図４参照））、上述のようにして決定された供給量で排泥タンク１２から泥水を泥水ポンプ３７を作動させ泥水供給管３６を通してダム下流５へ供給する（Ｓ２８（図３））。このとき、制御装置４１は、泥水制御バルブ３８を制御することで、ダム下流への泥水の供給量が決定された供給量となるように泥水の流量を調整する。
【0078】
上記判断工程Ｓ４０および上記泥水供給工程Ｓ２８は、図３の工程Ｓ２７～Ｓ３０に対応し、ダム放流量Ｑが所定量Ｑ２以下となると（Ｓ３０）、泥水のダム下流５への供給を停止する（Ｓ３１）。
【0079】
【0080】
上記測定された測定濁度情報およびその時点でのダムの放流量情報により、制御装置４１は、図９の工程Ｓ３７と同様にして泥水の供給量を再度決定し、その結果、泥水の供給量を増減すると判断した場合（Ｓ４２）、給水制御バルブ３５を制御し、排泥タンク１２への給水量を調整する（Ｓ４３）。
【0081】
次に、図５の流量計４０により泥水供給管３６を流れる泥水の流量を測定する（Ｓ４４）。かかる測定流量情報に基づいて制御装置４１は、泥水の供給量を微調整すると判断した場合（Ｓ４５）、泥水制御バルブ３８を制御し、ダム下流への泥水の供給量を調整する（Ｓ４６）。
【0082】
一方、泥水の濁度測定工程Ｓ４１からの測定濁度情報に基づいて制御装置４１は、泥水の濁度を増減すると判断した場合（Ｓ４７）、図５～図７の攪拌装置２０の電動モータ２９と鉛直移動装置２３とを制御し、シルト粘土分の攪拌量を増減することで泥水の濁度を調整する（Ｓ４８）。この濁度の調整された泥水がダム下流へ供給される。
【0083】
以上のように、本実施形態によれば、排泥タンク内の泥水の濁度とダム放流量との関係から、泥水のダム下流への供給量を自動で制御できるダム堆積物下流還元システムを実現できる。また、分級後のシルト粘土分の下流供給による河川への悪影響が生じないように、泥水の供給時期と供給量とを制御することができる。
【0084】
すなわち、図３，図４のように泥水のダム下流への供給時期を制御することで、泥水を適切な供給時期にダム下流へ供給できる。また、泥水のダム下流への供給中における泥水の供給量調整および濁度調整がダム下流へ供給される泥水の濁度測定と流量測定とに基づいて行われることで、図４のようなダムの放流量（ｍ3／秒）の増加・減少に合わせて泥水の供給量を増加・減少させても、図９の工程Ｓ３７と同様にして泥水の供給量（ｍ3/秒）を決定することで、シルト粘土分を含む泥水を適切な濃度にでき、ダム下流に供給しても、下流の河川で許容濁度を超えることがなく、河川への悪影響が生じない。
【0085】
なお、泥水供給量の増減判断工程（Ｓ４２）と泥水濁度の増減判断工程（Ｓ４７）とは、泥水供給量の決定工程（図９の工程Ｓ３７）と同様にして下流の河川で許容濁度を超えることがないように行われる。
【0086】
本実施形態のダム堆積物下流還元システムによれば、洪水発生を判断し、排泥タンク１２内で泥水を作製し、ダム放流量が所定値Ｑ１に達すると、泥水をダム下流へ供給し、所定値Ｑ２以下になると、泥水の供給を停止し、その泥水の供給の間、泥水により下流の河川で許容濁度を超えることがないように泥水の供給量がダムの放流量に合わせて決定され、これらの各工程が自動制御でき、遠隔操作も可能である。
【0087】
【0088】
図１１のように、攪拌装置５０は、無人化バックホウタイプにより構成され、排泥タンク内を水平移動可能な移動部５１と、移動部５１から延びたアーム５２と、アーム５２の先端に設けられ略水平方向に延びる回転軸を中心に電動モータ等の回転駆動手段により回転する攪拌部５３と、を備え、排泥タンク内に設けられたレール５０ａ～５０ｃ上を移動部５１が走行しながら攪拌部５３が回転することで排泥タンク内のシルト粘土分６を表面から削りとって攪拌する。
【0089】
攪拌装置５０は、図８と同様の制御システムにより制御され、移動部５１の走行速度と攪拌部５３の回転速度とを制御することでシルト粘土分６の攪拌量を調整し、泥水の濁度を調整できる。
【0090】
なお、図１１の場合、排泥タンクの周囲の構成は、図５と同様であるが、排泥タンクは自転しないので、配管３１，３２，３４，泥水供給管３６は排泥タンクに直接接続するように構成してもよい。また、攪拌装置５０は複数台設置するように構成できる。
【0091】
以上のように本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。たとえば、図３では、洪水時に、排泥タンク１２に給水を開始してから（Ｓ２２）、シルト粘土分を攪拌した（Ｓ２３）が、本発明はこれに限定されず、給水と攪拌とをほぼ同時に開始してもよく、また、攪拌を開始してから、給水を行うようにしてもよい。
【0092】
また、図１の分級装置１１では、浚渫された堆積物を粒径0.075mm以下のシルト粘土分と粒径0.075mm径を超えた砂とに分級したが、本発明はこれに限定されず、たとえば、粒径0.075mm以下のシルト粘土分と粒径0.075mm径を超えた砂礫とに分級するようにしてもよい。この場合、砂礫は、ダムによって相違するが、砂（粒径0.075～2mm）と細礫（粒径2～19mm）とであってよく、さらに祖礫（粒径19mm越）を含んでもよい。
【0093】
また、図５，図６の排泥タンク１２と攪拌部２１との相対回転の構成は、排泥タンク１２を自転させるようにしたが、これに限定されず、排泥タンク１２に対し攪拌部２１を支持軸２２とともに回転させるように構成してもよい。
【0094】
【0095】
また、図５の泥水供給管３６の泥水制御バルブ３８の直前に泥水の濁度の安定化を図るために泥水の貯留槽を設置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0096】
本発明のダム堆積物下流還元方法およびシステムによれば、ダムの貯水容量の維持のため貯水池を浚渫し、その堆積物に含まれるシルト粘土分をダムの下流に供給しても下流の河川へ悪影響を及ぼすことがないので、河川の濁水化や河川環境悪化等の問題を未然に防止できる。
【符号の説明】
【0097】
１ ダム
２ 貯水池
３ 堆積物
４ 上流
５ ダム下流
６ シルト粘土分
１０ ダム堆積物下流還元システム
１１ 分級装置
１２ 排泥タンク
１３ 濁水処理装置
１４ 水中ポンプ
１９ ダム下流置土
２０ 攪拌装置
２１ 攪拌部
２１ａ～２１ｈ 攪拌棒
２６ａ～２６ｈ 排土板
２２ 支持軸
２３ 鉛直移動装置
２４ 水平回転装置
２７ ジェットノズル
２８ 第１の濁度計
２９ 電動モータ
３５ 給水制御バルブ
３６ 泥水供給管
３８ 泥水制御バルブ
３９ 第２の濁度計
４０ 流量計
４１ 制御装置
５０ 攪拌装置
５１ 移動部
５２ アーム
５３ 攪拌部
ＪＷ 噴流水
Ｑ ダム放流量
２ 貯水池
３ 堆積物
４ 上流
５ ダム下流
６ シルト粘土分
１０ ダム堆積物下流還元システム
１１ 分級装置
１２ 排泥タンク
１３ 濁水処理装置
１４ 水中ポンプ
１９ ダム下流置土
２０ 攪拌装置
２１ 攪拌部
２１ａ～２１ｈ 攪拌棒
２６ａ～２６ｈ 排土板
２２ 支持軸
２３ 鉛直移動装置
２４ 水平回転装置
２７ ジェットノズル
２８ 第１の濁度計
２９ 電動モータ
３５ 給水制御バルブ
３６ 泥水供給管
３８ 泥水制御バルブ
３９ 第２の濁度計
４０ 流量計
４１ 制御装置
５０ 攪拌装置
５１ 移動部
５２ アーム
５３ 攪拌部
ＪＷ 噴流水
Ｑ ダム放流量
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】