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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。