スイスおよび日本の排砂バイパストンネルの摩耗損傷の水理学的分析および対策提案

世界で排砂バイパストンネル技術をリードする国はスイスと日本である．本研究では，日本の代表事例である新宮川旭ダムを対象に，流下した大量の砂礫によるトンネル底面内の摩耗損傷の状況および運用実績データを用いて，以下の課題に取り組んだ．１）摩耗予測式の精度向上：砂礫の衝突による摩耗損傷メカニズムの解明には、トンネル内高速流の流れ構造を明らかにすることが重要である．ここでポイントとなるのは，トンネルの縦断・平面線形，設計流速，流入する砂礫の粒度分布（平均粒径，最大粒径），岩質（石英の含有率など），土砂流下量，年間平均運用回数・日数などである．そこで、スイスでのAuel研究員の成果と旭ダムの運用データを組み合わせて、摩耗損傷の予測式の精度向上を行った．２）トンネルによる貯水池の長寿命化の定量的評価：日本の歴史的なバイパストンネルである神戸の布引五本松ダムや旭ダムの事例をもとに，バイパストンネルがいかにダム貯水池の長寿命化に貢献したかを示すためのダイヤグラムを提示した．また，トンネルから下流河道に供給される土砂が下流河道にどのような環境的な変化をもたらすのかを，スイスおよび日本の建設年代の異なる排砂バイパストンネルを有する複数のダムを対象に検討した結果，排砂バイパスによる土砂供給が明確に下流河道の河床材料および生物群集を変化させること，また，運用開始からの年数が経るとともにその影響が大きくなること，一方で，運用からかなり早期にその効果が発揮されることが明らかとなった．３）トンネル床面の摩耗損傷による運用管理面での許容範囲レベルの確認：トンネル床面の摩耗損傷が，運用管理面でどこまで許容されるかを，トンネル内部の水理構造から明らかにするために，京都大学桂キャンパスにおける水理実験施設を用いて基礎的な水理実験を実施し，その水理特性の変化を検討した．

世界で排砂バイパストンネル技術をリードする国はスイスと日本である．本研究では，日本の代表事例である新宮川旭ダムを対象に，流下した大量の砂礫によるトンネル底面内の摩耗損傷の状況および運用実績データを用いて，以下の課題に取り組んだ．１）摩耗予測式の精度向上：砂礫の衝突による摩耗損傷メカニズムの解明には、トンネル内高速流の流れ構造を明らかにすることが重要である．ここでポイントとなるのは，トンネルの縦断・平面線形，設計流速，流入する砂礫の粒度分布（平均粒径，最大粒径），岩質（石英の含有率など），土砂流下量，年間平均運用回数・日数などである．そこで、スイスでのAuel研究員の成果と旭ダムの運用データを組み合わせて、摩耗損傷の予測式の精度向上を行った．２）トンネルによる貯水池の長寿命化の定量的評価：日本の歴史的なバイパストンネルである神戸の布引五本松ダムや旭ダムの事例をもとに，バイパストンネルがいかにダム貯水池の長寿命化に貢献したかを示すためのダイヤグラムを提示した．また，トンネルから下流河道に供給される土砂が下流河道にどのような環境的な変化をもたらすのかを，スイスおよび日本の建設年代の異なる排砂バイパストンネルを有する複数のダムを対象に検討した結果，排砂バイパスによる土砂供給が明確に下流河道の河床材料および生物群集を変化させること，また，運用開始からの年数が経るとともにその影響が大きくなること，一方で，運用からかなり早期にその効果が発揮されることが明らかとなった．３）トンネル床面の摩耗損傷による運用管理面での許容範囲レベルの確認：トンネル床面の摩耗損傷が，運用管理面でどこまで許容されるかを，トンネル内部の水理構造から明らかにするために，京都大学桂キャンパスにおける水理実験施設を用いて基礎的な水理実験を実施し，その水理特性の変化を検討した．