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JP5116627B2 - Sedimentation amount determination support method and sedimentation amount determination support device - Google Patents
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JP5116627B2 - Sedimentation amount determination support method and sedimentation amount determination support device - Google Patents

Sedimentation amount determination support method and sedimentation amount determination support device Download PDF

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JP5116627B2 JP2008265474A JP2008265474A JP5116627B2 JP 5116627 B2 JP5116627 B2 JP 5116627B2 JP 2008265474 A JP2008265474 A JP 2008265474A JP 2008265474 A JP2008265474 A JP 2008265474A JP 5116627 B2 JP5116627 B2 JP 5116627B2
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Description

本発明は、ダムの上流側から下流側へ置砂をする際に、置砂量を決定するのを支援する方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for assisting in determining the amount of sand when placing sand from the upstream side to the downstream side of a dam.

水力発電所のダムや堰堤(えんてい)では、上流から流れて来た土砂を堰き止めているため、ダム等の下流への土砂供給量が低下し、海岸線の減少やアーマー化(河床の構成材料が大きな石や礫だけになる状態)等の問題が発生している。   At dams and dams at hydroelectric power stations, the sediment flowing from the upstream is blocked, so the amount of sediment supplied to the downstream of the dam, etc. decreases, and the coastline is reduced and armored (the composition of the riverbed) The problem is that the material is only large stones and gravel.

このような問題の対策として、ダム等で堰き止めた土砂を下流側へ移設して、洪水が起きたときに下流へ土砂を還元する置砂(図6参照)が行われることがある。置砂には、下流へ土砂を自然に供給できる、離れた土捨場までの運搬費(コスト)を削減できる等の利点がある。なお、非特許文献1は、置砂(文献上は、置き砂)について記載されている。
“酒匂川と相模川で土砂管理計画策定へ 県(7/7)”、[online]、2006/7/7、建通新聞社神奈川、[平成20年8月1日検索]、インターネット<URL: http://www.kentsu.co.jp/kanagawa/news/p01797.html>
As a countermeasure against such a problem, there is a case in which earth and sand dammed by a dam or the like is moved downstream, and sand is placed to return the earth and sand downstream when a flood occurs (see FIG. 6). Sedimentation has advantages such as being able to naturally supply sediment to the downstream, and reducing transportation costs (costs) to a remote disposal site. Note that Non-Patent Document 1 describes sand placement (on the literature, sand placement).
“Prefecture (7/7) to Sediment River and Sagami River in Sakai River” (7/7), [Online], 7/7/2006, Kanagawa, [Search on August 1, 2008], Internet <URL : http://www.kentsu.co.jp/kanagawa/news/p01797.html>

しかしながら、従来、どの程度の土砂をダム等の下流側に置けばよいのかを決定する方法について十分な検討が行われていなかった。例えば、置砂の量が多すぎた場合、下流に土砂が残るため、周辺の環境への負荷(例えば、生態系や景観への影響)が懸念される。一方、置砂の量が少なすぎた場合、上記のような海岸線の減少やアーマー化等の問題が解決できない。   However, in the past, sufficient studies have not been made on how to determine how much earth and sand should be placed downstream of a dam or the like. For example, when the amount of sand is too much, earth and sand remain downstream, so there is a concern about the load on the surrounding environment (for example, the impact on the ecosystem and landscape). On the other hand, when the amount of sand is too small, the above-mentioned problems such as coastline reduction and armoring cannot be solved.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、水力発電所のダムにおける適切な置砂量を決定することにある。   This invention is made | formed in view of the said subject, The main objective is to determine the suitable amount of sand placement in the dam of a hydroelectric power station.

上記課題を解決するために、本発明は、水力発電所のダムの上流側から下流側へ移設する土砂である置砂の量を決定する際に用いられる置砂量決定支援方法であって、流れの基礎式としての質量保存則の離散式、流れの基礎式としての運動量保存則の運動方程式及び掃流砂量に関する芦田道上式の各式を表す計算式データと、前記置砂の量を含む、当該ダム及び下流の地形条件データと、前記置砂を下流へ流すべき出水に係る流量の時間的変化を示す出水パターンデータと、を記憶した記憶部を備えるコンピュータが、前記出水の開始から終了までの間の、所定の時刻ごとに、(1)〜(5)の各ステップを実行し、
(1)前記出水パターンデータから、前記出水の流量を取得するステップ
(2)前記質量保存則の離散式を適用することにより、前記流量から、前記ダムから下流への各位置における流水の断面積及び水深を計算するステップ
(3)前記運動量保存則の運動方程式を適用することにより、前記地形条件データ及び前記断面積から、前記各位置における流水の流量及び流速を計算するステップ
(4)前記芦田道上式を適用することにより、前記地形条件データ及び前記流速から、前記各位置における土砂の移動量を計算するステップ
(5)前記土砂の移動量から、前記各位置における河床高さを計算するステップ
さらに前記出水の終了時の前記各位置における河床高さを表示するステップを実行することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is a settling amount determination support method used when determining the amount of settling sand that is earth and sand to be transferred from the upstream side to the downstream side of a dam of a hydroelectric power plant, Includes formula data representing each equation of Michigami Kamata's equation regarding the equation of motion of the conservation equation of mass as the basic equation of flow, the equation of motion of the conservation equation of momentum as the basic equation of flow and the amount of scavenging sand, and the amount of the settling sand A computer having a storage unit storing the dam and downstream terrain condition data and water discharge pattern data indicating a temporal change in flow rate relating to the water to flow downstream from the settling sand, and ends from the start of the water discharge Steps (1) to (5) are executed at predetermined time intervals until
(1) A step of obtaining the flow rate of the water discharge from the water discharge pattern data (2) A cross-sectional area of the water flow at each position downstream from the dam by applying the discrete formula of the law of conservation of mass. And (3) calculating the flow rate and flow velocity of the flowing water at each position from the topographic condition data and the cross-sectional area by applying the equation of motion of the momentum conservation law. A step of calculating the amount of sediment movement at each position from the topographic condition data and the flow velocity by applying the Michigami formula (5) a step of calculating the bed height at each position from the amount of sediment movement Further, the step of displaying the river bed height at each position at the end of the water discharge is performed.

この方法によれば、置砂量ごとに、出水によって移動した土砂の様子が分かるので、異なる置砂量に係る土砂が移動した後の状況を参照、評価することによって、適切な置砂量を決定することができる。   According to this method, since the state of the earth and sand moved by the flooding can be understood for each amount of sand set, an appropriate amount of sand set can be determined by referring to and evaluating the situation after the earth and sand related to the different amount of sand set. Can be determined.

また、本発明は、置砂量決定支援方法であって、前記コンピュータが、前記所定の時刻ごとに、前記各位置における河床高さを計算した後に、当該河床高さを表示することを特徴とする。
この方法によれば、所定の時刻ごとに、各位置における河床高さを表示するので、出水によって土砂が移動する途中の様子を把握することができる。
Further, the present invention is a method for determining the amount of sand placed, wherein the computer displays the river bed height after calculating the river bed height at each position at each predetermined time. To do.
According to this method, the riverbed height at each position is displayed at each predetermined time, so that it is possible to grasp the state in which the earth and sand are moving due to flooding.

なお、本発明は、置砂量決定支援装置を含む。その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。   Note that the present invention includes a set amount determination support device. In addition, the problems disclosed in the present application and the solutions thereof will be clarified by the column of the best mode for carrying out the invention and the drawings.

本発明によれば、水力発電所のダムにおける適切な置砂量を決定することができる。   According to the present invention, it is possible to determine an appropriate amount of sand set in a dam of a hydroelectric power plant.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明の実施の形態に係る置砂量決定支援装置は、置砂量を含む水力発電所のダム及び河川(下流)の地形条件のデータ及び1年に1回発生するような出水のデータを取得し、置砂が下流に運ばれていく様子をシミュレーションし、出力するものである。これによれば、異なる置砂量に係る土砂移動のシミュレーションの結果を参照、評価することにより、適切な置砂量を決定することができる。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. The sedimentation amount determination support device according to the embodiment of the present invention provides data on terrain conditions of dams and rivers (downstream) of hydroelectric power plants including the amount of sedimentation and data on water discharge that occurs once a year. It is acquired, and the state that the sand is carried downstream is simulated and output. According to this, an appropriate amount of sand can be determined by referring to and evaluating the result of the simulation of sediment movement related to different amounts of sand.

≪装置及びデータの構成≫
図1は、置砂量決定支援装置1のハードウェア構成及び記憶部15のデータ構成を示す図である。図1(a)は、置砂量決定支援装置1のハードウェア構成を示す。置砂量決定支援装置1は、通信部11、表示部12、入力部13、処理部14及び記憶部15を備える。通信部11は、ネットワークを介して他の装置とIP通信を行う部分であり、例えば、NIC(Network Interface Card)等によって実現される。表示部12は、処理部14からの指示によりデータを表示する部分であり、例えば、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)等によって実現される。入力部13は、オペレータがデータ(例えば、地形条件や出水パターンのデータ)を入力する部分であり、例えば、キーボードやマウス等によって実現される。処理部14は、各部間のデータの受け渡しを行うととともに、置砂量決定支援装置1全体の制御を行うものであり、CPU(Central Processing Unit)が所定のメモリに格納されたプログラムを実行することによって実現される。記憶部15は、処理部14からデータを記憶したり、記憶したデータを読み出したりするものであり、例えば、フラッシュメモリやハードディスク装置等の不揮発性記憶装置によって実現される。記憶部15は、置砂量を含む水力発電所のダムや河川の地形条件のデータ、置砂をダムから下流まで流すべき出水に係る流量の時間的変化を示す出水パターンのデータ、質量保存則の連続式、運動量保存則の運動方程式及び芦田道上式のデータを予め記憶する。
<< Device and data configuration >>
FIG. 1 is a diagram illustrating a hardware configuration of the sand placement determination support device 1 and a data configuration of the storage unit 15. FIG. 1A shows a hardware configuration of the sand placement determination support device 1. The sand placement determination support device 1 includes a communication unit 11, a display unit 12, an input unit 13, a processing unit 14, and a storage unit 15. The communication unit 11 is a part that performs IP communication with other devices via a network, and is realized by, for example, a NIC (Network Interface Card) or the like. The display unit 12 is a part that displays data according to an instruction from the processing unit 14, and is realized by, for example, a liquid crystal display (LCD). The input unit 13 is a part where an operator inputs data (for example, data on terrain conditions and water discharge patterns), and is realized by, for example, a keyboard or a mouse. The processing unit 14 transfers data between the units and controls the entire sand placement determination support device 1. A CPU (Central Processing Unit) executes a program stored in a predetermined memory. Is realized. The storage unit 15 stores data from the processing unit 14 and reads the stored data, and is realized by, for example, a nonvolatile storage device such as a flash memory or a hard disk device. The storage unit 15 includes data on topographic conditions of hydroelectric power plant dams and rivers including the amount of sedimentation, data on water discharge patterns indicating temporal changes in the amount of water discharged from the dam to the downstream, and mass conservation laws The data of the continuous equation, the equation of motion of the momentum conservation law and the Michigami Hamada equation are stored in advance.

なお、置砂量決定支援装置1は、スタンドアロンの装置(PC(Personal Computer)等)であってもよいし、複数の端末とネットワークを介して通信可能となっている装置(サーバ等)であってもよい。スタンドアロンの装置である場合には、通信部11を備える必要はない。複数の端末と通信可能な場合には、端末から地形条件や出水パターンのデータを受信するようにしてもよい。   The sand placement determination support device 1 may be a stand-alone device (PC (Personal Computer) or the like), or a device (server or the like) that can communicate with a plurality of terminals via a network. May be. In the case of a stand-alone device, it is not necessary to provide the communication unit 11. When communication with a plurality of terminals is possible, data on topographic conditions and water discharge patterns may be received from the terminals.

図1(b)は、記憶部15に格納されるデータの構成を示す。記憶部15には、計算式データ15A、地形条件データ15B及び出水パターンデータ15Cが予め格納される。計算式データ15Aは、シミュレーションで用いられる計算式のデータであり、流れの基礎式としての質量保存則の連続式と離散式、流れの基礎式としての運動量保存則の運動方程式及び掃流砂量に関する芦田道上式がある。地形条件データ15Bは、ダム及び河川の地形に関するデータであり、置砂量を含む川床の高さ、河川幅、ダム高さ、河床材料の平均粒径等がある。出水パターンデータ15Cは、置砂を下流へ流すべき出水に係る流量の時間的変化を示すデータである。   FIG. 1B shows the configuration of data stored in the storage unit 15. In the storage unit 15, calculation formula data 15A, terrain condition data 15B, and flood pattern data 15C are stored in advance. The calculation formula data 15A is data of a calculation formula used in the simulation. The calculation formula data 15A relates to a continuous equation and a discrete formula of the law of conservation of mass as the basic formula of the flow, a motion equation of the law of conservation of momentum as the basic formula of the flow, and the amount of scavenging sand There is Michigami Kamata ceremony. The terrain condition data 15B is data relating to the terrain of the dam and the river, and includes the height of the riverbed including the amount of sand, the river width, the dam height, the average particle size of the riverbed material, and the like. The water discharge pattern data 15 </ b> C is data indicating a temporal change in the flow rate related to the water discharged to flow the set sand downstream.

≪装置の処理≫
図2は、置砂量決定支援装置1によるシミュレーション処理を示すフローチャートである。本処理は、1つの置砂量に係る土砂移動のシミュレーションを行うものであり、オペレータは、置砂量決定支援装置1を用いて、異なる置砂量のシミュレーションの結果を参照、評価することによって、適切な置砂量を決定する。
≪Device processing≫
FIG. 2 is a flowchart showing a simulation process by the sand placement determination support device 1. This process performs a simulation of earth and sand movement related to one set amount of sand, and the operator refers to and evaluates the result of the simulation of a different set amount of sand using the set amount of sand determination support device 1. Determine the appropriate amount of sand.

まず、置砂量決定支援装置1は、通信部11や入力部13を介して、置砂量を含む地形条件のデータを取得する(S201)。地形条件のデータには、河川幅B、河川の縦断高さH、土砂(河床材料)の平均粒径d、ダムの高さ、粗度係数等がある。河川の縦断高さHは、流れの方向の位置xにおける河床高さの分布H(x)であり、置砂によって高くなった河床を含むものとする。取得した地形条件のデータは、記憶部15の地形条件データ15Bに記憶される。   First, the sand placement determination support device 1 acquires data on the terrain condition including the sand placement amount via the communication unit 11 and the input unit 13 (S201). The terrain condition data includes river width B, river height H, average particle size d of earth and sand (bed material), dam height, roughness coefficient, and the like. The longitudinal height H of the river is a distribution H (x) of the river bed height at the position x in the flow direction, and includes the river bed that has been raised by the sand placement. The acquired terrain condition data is stored in the terrain condition data 15B of the storage unit 15.

次に、置砂量決定支援装置1は、通信部11や入力部13を介して、1年に1回程度発生することが想定される出水のパターンのデータを取得する(S202)。出水とは、水力発電所のダムから下流に流れ出る水であり、自然の洪水や強制的なダムの開放によるものがある。図3は、出水パターンの一例を示すグラフである。横軸に経過時間[hour]をとり、縦軸に流量[m/s]をとっており、流量の時間的変化を示すものになっている。取得した出水パターンのデータは、記憶部15の出水パターンデータ15Cに記憶される。 Next, the sand placement determination support device 1 acquires data of a water discharge pattern that is expected to occur about once a year via the communication unit 11 and the input unit 13 (S202). Flooding is water that flows downstream from a dam of a hydroelectric power plant, and is caused by natural flooding or forced dam opening. FIG. 3 is a graph showing an example of a water discharge pattern. The elapsed time [hour] is taken on the horizontal axis, and the flow rate [m 3 / s] is taken on the vertical axis, showing the temporal change of the flow rate. The acquired water discharge pattern data is stored in the water discharge pattern data 15 </ b> C of the storage unit 15.

そして、置砂量決定支援装置1は、時刻tを初期設定する(S203)。時刻tは、次から実行されるS204〜S208の計算処理(時刻tにおける河床の形状を特定する処理)において基準となる時刻であり、初期値としては、例えば、出水の開始時刻(0hour)が設定される。   Then, the sand placement determination support device 1 initializes the time t (S203). The time t is a reference time in the calculation processing (processing for specifying the shape of the river bed at the time t) to be executed next from S204 to S208. As an initial value, for example, the start time (0hour) of water discharge is set. Is set.


まず、置砂量決定支援装置1は、記憶部15の出水パターンデータ15Cから、時刻t−Δtにおける流量Qn−1を取得する(S204)。nは、時刻tに関する添え字であり、n−1は、時刻t−Δtに関する添え字である。

First, the sand placement determination support device 1 acquires the flow rate Q n−1 at time t−Δt from the water discharge pattern data 15C of the storage unit 15 (S204). n is a subscript relating to time t, and n−1 is a subscript relating to time t−Δt.

次に、置砂量決定支援装置1は、計算式データ15Aの質量保存則の連続式により、時刻t、各位置xにおける流水の断面積A、水深hを求める(S205)。以下に示す式1が質量保存則の連続式であるが、数値計算を行うために、その式を断面積Aに関して離散化したもの(離散式)が式2である。そして、式3に示すように、式2で求められた断面積Aを河川幅B(地形条件)で除すると、水深hを求めることができる。

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Next, the sand placement determination support device 1 obtains the cross-sectional area An and the water depth h at the time t and each position x by the continuous equation of the mass conservation law of the calculation formula data 15A (S205). Expression 1 shown below is a continuous expression of the law of conservation of mass, and Expression 2 is obtained by discretizing the expression with respect to the cross-sectional area A (discrete expression) in order to perform numerical calculation. Then, as shown in Equation 3, when dividing the sectional area A n determined by Equation 2 river width B (terrain conditions), it can be determined depth h.
Figure 0005116627
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続いて、置砂量決定支援装置1は、計算式データ15Aの運動量保存則の運動方程式により、時刻t、各位置xにおける流水の流量Q、流速uを求める(S206)。以下に示す式4が、運動量保存則の運動方程式である。ここで、gは重力加速度を示す。zは、水位(鉛直方向の高さ)を示す。τbxは、単位面積あたりの、流れの方向の抵抗力(掃流力)を示す。ρは、水の密度を示す。Rは、径深(=断面積/潤辺)を示すが、水深hとしてもよい。そして、式5に示すように、流量Qを水深h及び河川幅Bで除することによって、流速uが求められる。

Figure 0005116627
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Subsequently, the sand placement amount determination support device 1 obtains the flow rate Q and the flow velocity u of the flowing water at each position x at time t, based on the motion equation of the momentum conservation rule of the calculation formula data 15A (S206). Equation 4 shown below is an equation of motion of the momentum conservation law. Here, g represents a gravitational acceleration. z s indicates a water level (vertical height). τ bx represents a resistance force (sweeping force) in a flow direction per unit area. ρ represents the density of water. R represents the depth of the diameter (= cross-sectional area / junction), but may be the water depth h. Then, as shown in Equation 5, the flow velocity u is obtained by dividing the flow rate Q by the water depth h and the river width B.
Figure 0005116627
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そして、置砂量決定支援装置1は、流速u及び粒径d(地形条件)に基づいて、時刻t、各位置xにおける土砂の移動量qsiを計算する(S207)。詳細には、まず、式6により、流速uから摩擦速度u*を求める。ここで、iは、エネルギー勾配を示し、流速uに比例する。その比例係数をkとする。次に、岩垣の式と呼ばれる式7により、粒径dから限界摩擦速度u*cを求める。そして、計算式データ15Aの芦田道上式と呼ばれる式8により、摩擦速度u*及び限界摩擦速度u*cから土砂の移動量qsiを算出する。ここで、sは砂粒の水中比重であり、gは重力加速度である。なお、芦田道上式については、例えば、「水理公式集[平成11年版]」(社団法人土木学会 平成11年11月25日発行)のP.163・式(2−4.32)を参照のこと。

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Then, the sand placement determination support device 1 calculates the movement amount q si of the earth and sand at each position x at time t based on the flow velocity u and the particle size d (terrain condition) (S207). Specifically, first, the frictional velocity u * is obtained from the flow velocity u by Equation 6. Here, i represents an energy gradient and is proportional to the flow velocity u. Let the proportionality coefficient be k. Next, the critical friction speed u * c is obtained from the particle diameter d by Expression 7 called Iwaki's Expression. Then, the movement amount q si of the earth and sand is calculated from the friction speed u * and the limit friction speed u * c by Expression 8 called the Kamata Michigami Expression of the calculation expression data 15A. Here, s is the specific gravity of sand particles in water, and g is the gravitational acceleration. As for the Michigami Iwata ceremony, see, for example, P. of “Hydraulic Official Collection [1999 Edition]” (issued on November 25, 1999, Japan Society of Civil Engineers). 163 Refer to formula (2-4.32).
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さらに、置砂量決定支援装置1は、土砂の移動量qsiに基づいて、時刻t+Δt、各位置xにおける河床高さHを計算する(S208)。S207で求めた時刻t、各位置xにおける土砂の移動量qsiは、Δt後に位置xから位置x+Δxへ当該量qsiの土砂が移動することを意味する。従って、Δt後の位置xにおいては、位置x+Δxへ出て行く土砂があり、一方、位置x−Δxから入って来る土砂もあると考えられる。その土砂の移動量qsiを差し引きした値を河川幅B及びΔxで除して、現在の河床高さH(地形条件)に反映することによって、時刻t+Δtにおける河床高さHを求める。この計算を各位置xについて行うことによって、時刻t+Δtにおける河床高さの分布H(x)が得られ、記憶部15に記憶される。 Furthermore, the sand placement determination support device 1 calculates the river bed height H at each time x at time t + Δt based on the movement amount q si of the sediment (S208). S207 in determined time t, the movement amount q si of sediment at each position x means that sediment of the amount q si moves from position x after Δt to a position x + [Delta] x. Therefore, at position x after Δt, there is earth and sand going out to position x + Δx, while there is earth and sand coming in from position x−Δx. The value obtained by subtracting the movement amount q si of the earth and sand is divided by the river width B and Δx and reflected in the current river bed height H (terrain condition), thereby obtaining the river bed height H at time t + Δt. By performing this calculation for each position x, a riverbed height distribution H (x) at time t + Δt is obtained and stored in the storage unit 15.

河床高さHの計算が終わったところで、置砂量決定支援装置1は、基準となる時刻tにΔtを加算する(S209)。そして、新たな時刻tが、S202で取得した出水パターンの終了時刻より後か否かを判定する(S210)。この終了時刻は、ダムにおいて出水が終了する時刻そのものでもよいし、その出水が下流に届く時刻であってもよい。終了時刻より後でなければ(S210のN)、S204に戻って新たな時刻tに関する計算処理を行う。   When the calculation of the river bed height H is finished, the sand placement determination support device 1 adds Δt to the reference time t (S209). Then, it is determined whether or not the new time t is after the end time of the water discharge pattern acquired in S202 (S210). This end time may be the time when the water discharge ends in the dam, or the time when the water discharge reaches the downstream. If it is not after the end time (N in S210), the process returns to S204 to perform a calculation process for a new time t.

終了時刻より後であれば(S210のY)、置砂量決定支援装置1は、出水の開始から終了までの一連の計算処理を終了し、最終的な河床高さの分布H(x)を表示部12に表示する(S211)。これにより、1つの置砂量に係る土砂移動のシミュレーションが終了したことになる。なお、S208で河床高さHを計算する度に、表示部12に表示することにより、オペレータは土砂が出水により移動する途中の様子を見ることができる。   If it is after the end time (Y in S210), the sand placement determination support device 1 ends the series of calculation processes from the start to the end of the water discharge, and obtains the final river bed height distribution H (x). It is displayed on the display unit 12 (S211). As a result, the simulation of earth and sand movement related to one amount of sand is completed. In addition, whenever it calculates the riverbed height H in S208, it displays on the display part 12, and the operator can see the state in the middle of earth and sand moving by flooding.

図4は、置砂量が600mの場合の土砂移動のシミュレーション結果を示す図である。図4(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれt=0hour、2hour、5hour、10hourにおける土砂の様子を示す。各グラフにおいて、横軸にダムから下流への距離[m]をとり、縦軸にダムの上流側の河床からの高さ[m]をとる。図4(d)によれば、出水の終了したt=10hourにおいても、ダムから下流へ150m付近に土砂が盛り上がっていることが分かる。従って、600mという置砂量は、多すぎると考えられる。 FIG. 4 is a diagram showing a simulation result of earth and sand movement when the amount of sand placed is 600 m 3 . FIGS. 4A, 4B, 4C, and 4D show the state of earth and sand at t = 0 hour, 2 hour, 5 hour, and 10 hour, respectively. In each graph, the horizontal axis indicates the distance [m] from the dam to the downstream, and the vertical axis indicates the height [m] from the river bed upstream of the dam. According to FIG. 4 (d), it can be seen that even at t = 10hour when the water discharge is completed, the earth and sand are rising about 150 m downstream from the dam. Therefore, it is considered that the amount of sand set at 600 m 3 is too large.

図5は、置砂量が450mの場合の土砂移動のシミュレーション結果を示す図である。図5(a)、(b)、(c)、(d)は、それぞれt=0hour、2hour、5hour、10hourにおける土砂の様子を示す。図5(d)によれば、出水の終了したt=10hourにおいては、ダムから下流へ150〜200m付近に土砂が散らばっていることが分かる。従って、450mという置砂量は、適切であると考えられる。 FIG. 5 is a diagram showing a simulation result of earth and sand movement when the amount of sand placed is 450 m 3 . 5A, 5B, 5C, and 5D show the state of earth and sand at t = 0 hour, 2 hour, 5 hour, and 10 hour, respectively. According to FIG. 5 (d), it can be seen that at t = 10hour when the water discharge is completed, earth and sand are scattered around 150 to 200 m downstream from the dam. Therefore, the amount of sand set at 450 m 3 is considered appropriate.

以上のように、オペレータは、異なる置砂量に係るシミュレーションの結果を参照、評価して、適切な置砂量を決定することができる。   As described above, the operator can determine and determine an appropriate amount of sand by referring to and evaluating the results of simulations relating to different amounts of sand.

以上本発明の実施の形態について説明したが、図1に示す置砂量決定支援装置1内の各部を機能させるために、処理部14で実行されるプログラムをコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録し、その記録したプログラムをコンピュータに読み込ませ、実行させることにより、本発明の実施の形態に係る置砂量決定支援装置が実現されるものとする。なお、プログラムをインターネット等のネットワーク経由でコンピュータに提供してもよいし、プログラムが書き込まれた半導体チップ等をコンピュータに組み込んでもよい。   Although the embodiment of the present invention has been described above, the program executed by the processing unit 14 is recorded on a computer-readable recording medium in order to make each unit in the sand placement determination support device 1 shown in FIG. 1 function. The recorded program is read into a computer and executed to implement the sand placement determination support device according to the embodiment of the present invention. Note that the program may be provided to the computer via a network such as the Internet, or a semiconductor chip or the like in which the program is written may be incorporated in the computer.

以上説明した本発明の実施の形態によれば、置砂量決定支援装置1は、置砂量ごとに、出水によって移動した土砂の様子を表示部12に表示するので、オペレータは、異なる置砂量に係る土砂が移動した後の状況を参照、評価することによって、適切な置砂量を決定することができる。また、置砂量決定支援装置1が、出水の開始から終了までの所定の時刻ごとに、各位置における河床高さを表示部12に表示することで、オペレータは、出水によって土砂が移動する途中の様子を見ることができる。   According to the embodiment of the present invention described above, the set amount determination support device 1 displays the state of the earth and sand moved by the flooding on the display unit 12 for each set amount of sand. An appropriate amount of sand can be determined by referring to and evaluating the situation after the amount of earth and sand has moved. Moreover, the operator can display the height of the riverbed at each position on the display unit 12 at a predetermined time from the start to the end of the water discharge, so that the operator can move the earth and sand by the water discharge. You can see the situation.

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。   Although the best mode for carrying out the present invention has been described above, the above embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention and is not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and equivalents thereof are also included in the present invention.

置砂量決定支援装置1のハードウェア構成及び記憶部15のデータ構成を示す図であり、(a)は置砂量決定支援装置1のハードウェア構成を示し、(b)は記憶部15に格納されるデータの構成を示す。It is a figure which shows the hardware constitutions of the amount setting support apparatus 1 and the data structure of the memory | storage part 15, (a) shows the hardware constitutions of the amount setting support apparatus 1 and (b) is the memory | storage part 15. The structure of stored data is shown. 置砂量決定支援装置1によるシミュレーション処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the simulation process by the sand placement amount determination assistance apparatus. 出水パターンの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of a flood pattern. 置砂量が600mの場合の土砂移動のシミュレーション結果を示す図であり、(a)はt=0hour、(b)はt=2hour、(c)はt=5hour、(d)はt=10hourにおける土砂の様子を示す。置砂weight is a diagram showing a simulation result of sediment transport in the case of 600m 3, (a) is t = 0hour, (b) is t = 2hour, (c) is t = 5hour, (d) is t = The state of earth and sand at 10 hours is shown. 置砂量が450mの場合の土砂移動のシミュレーション結果を示す図であり、(a)はt=0hour、(b)はt=2hour、(c)はt=5hour、(d)はt=10hourにおける土砂の様子を示す。It is a figure which shows the simulation result of the earth and sand movement in case the amount of sedimentation is 450 m < 3 >, (a) is t = 0hour, (b) is t = 2hour, (c) is t = 5hour, (d) is t = The state of earth and sand at 10 hours is shown. 置砂の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of laying sand.

符号の説明Explanation of symbols

1 置砂量決定支援装置
14 処理部
15 記憶部
15A 計算式データ
15B 地形条件データ
15C 出水パターンデータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sedimentation amount determination support apparatus 14 Processing part 15 Storage part 15A Calculation formula data 15B Topographic condition data 15C Flooding pattern data

Claims (4)

水力発電所のダムの上流側から下流側へ移設する土砂である置砂の量を決定する際に用いられる置砂量決定支援方法であって、
流れの基礎式としての質量保存則の離散式、流れの基礎式としての運動量保存則の運動方程式及び掃流砂量に関する芦田道上式の各式を表す計算式データと、
前記置砂の量を含む、当該ダム及び下流の地形条件データと、
前記置砂を下流へ流すべき出水に係る流量の時間的変化を示す出水パターンデータと、
を記憶した記憶部を備えるコンピュータは、
前記出水の開始から終了までの間の、所定の時刻ごとに、(1)〜(5)の各ステップを実行し、
(1)前記出水パターンデータから、前記出水の流量を取得するステップ
(2)前記質量保存則の離散式を適用することにより、前記流量から、前記ダムから下流への各位置における流水の断面積及び水深を計算するステップ
(3)前記運動量保存則の運動方程式を適用することにより、前記地形条件データ及び前記断面積から、前記各位置における流水の流量及び流速を計算するステップ
(4)前記芦田道上式を適用することにより、前記地形条件データ及び前記流速から、前記各位置における土砂の移動量を計算するステップ
(5)前記土砂の移動量から、前記各位置における河床高さを計算するステップ
さらに前記出水の終了時の前記各位置における河床高さを表示するステップを実行する
ことを特徴とする置砂量決定支援方法。
A method for determining the amount of sand set used when determining the amount of sand settling from the upstream side to the downstream side of a dam of a hydroelectric power plant,
Calculation formula data representing each formula of Michigami's formula for the discrete equation of the law of conservation of mass as the basic formula of the flow, the equation of motion of the law of conservation of momentum as the basic formula of the flow, and the amount of scavenging sand,
The dam and downstream terrain condition data, including the amount of sand,
Water discharge pattern data indicating a temporal change in the flow rate related to the water discharge to flow the set sand downstream,
A computer including a storage unit that stores
For each predetermined time from the start to the end of the water discharge, each step of (1) to (5) is executed,
(1) A step of obtaining the flow rate of the water discharge from the water discharge pattern data (2) A cross-sectional area of the water flow at each position downstream from the dam by applying the discrete formula of the law of conservation of mass. And (3) calculating the flow rate and flow velocity of the flowing water at each position from the topographic condition data and the cross-sectional area by applying the equation of motion of the momentum conservation law. A step of calculating the amount of sediment movement at each position from the topographic condition data and the flow velocity by applying the Michigami formula (5) a step of calculating the bed height at each position from the amount of sediment movement Furthermore, a step of displaying a river bed height at each of the positions at the end of the water discharge is executed.
請求項1に記載の置砂量決定支援方法であって、
前記コンピュータは、
前記所定の時刻ごとに、
前記各位置における河床高さを計算した後に、当該河床高さを表示する
ことを特徴とする置砂量決定支援方法。
It is a set amount determination support method of Claim 1,
The computer
For each predetermined time,
After calculating the river bed height at each position, the river bed height is displayed.
水力発電所のダムの上流側から下流側へ移設する土砂である置砂の量を決定する際に用いられる置砂量決定支援装置であって、
流れの基礎式としての質量保存則の離散式、流れの基礎式としての運動量保存則の運動方程式及び掃流砂量に関する芦田道上式の各式を表す計算式データと、
水力発電所のダムの上流側から下流側へ移設した土砂である置砂の量を含む、当該ダム及び下流の地形条件データと、
前記置砂を下流へ流すべき出水に係る流量の時間的変化を示す出水パターンデータと、
を記憶した記憶部を備え、
前記出水の開始から終了までの間の、所定の時刻ごとに、(1)〜(5)の各手段を備え、
(1)前記出水パターンデータから、前記出水の流量を取得する手段
(2)前記質量保存則の離散式を適用することにより、前記流量から、前記ダムから下流への各位置における流水の断面積及び水深を計算する手段
(3)前記運動量保存則の運動方程式を適用することにより、前記地形条件データ及び前記断面積から、前記各位置における流水の流量及び流速を計算する手段
(4)前記芦田道上式を適用することにより、前記地形条件データ及び前記流速から、前記各位置における土砂の移動量を計算する手段
(5)前記土砂の移動量から、前記各位置における河床高さを計算する手段
さらに前記出水の終了時の前記各位置における河床高さを表示する手段を備える
ことを特徴とする置砂量決定支援装置。
A settling amount determination support device used for determining the amount of settling sand that is transferred from the upstream side to the downstream side of a dam of a hydroelectric power plant,
Calculation formula data representing each formula of Michigami's formula for the discrete equation of the law of conservation of mass as the basic formula of the flow, the equation of motion of the law of conservation of momentum as the basic formula of the flow, and the amount of scavenging sand,
Terrain condition data of the dam and downstream, including the amount of sand that has been moved from upstream to downstream of the dam of the hydroelectric power station,
Water discharge pattern data indicating a temporal change in the flow rate related to the water discharge to flow the set sand downstream,
A storage unit that stores
For each predetermined time between the start and end of the water discharge, each means of (1) to (5) is provided,
(1) Means for acquiring the flow rate of the water discharge from the water discharge pattern data (2) A cross-sectional area of the water flow at each position downstream from the dam by applying the discrete formula of the law of conservation of mass. And means for calculating water depth (3) means for calculating the flow rate and flow velocity of the flowing water at each position from the topographic condition data and the cross-sectional area by applying the equation of motion of the momentum conservation law (4) the Kamata (5) Means for calculating the river bed height at each position from the amount of movement of the earth and sand from the topographic condition data and the flow velocity by applying the Michigami formula. The sand placement determination support device further comprises means for displaying a riverbed height at each position at the end of the water discharge.
請求項3に記載の置砂量決定支援装置であって、
前記所定の時刻ごとに、
前記各位置における河床高さを計算した後に、当該河床高さを表示する
ことを特徴とする置砂量決定支援装置。
A sand laying amount determination support device according to claim 3,
For each predetermined time,
After calculating the river bed height at each position, the river bed height is displayed.
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