雨水吐越流が都市河川・堀川 に与える影響について 名古屋工業大学 名古屋工業大学大学院 名古屋工業大学大学院 名古屋工業大学大学院 筒井建伍 岩切辰郎 中西祐貴 冨永晃宏 中川運河導水 庄内川導水 11% 3% はじめに 雨水直接排水量 1% 堀川が汚濁している要因 合流式下水道からの雨天時未処理水 の流入が多くを占める 二次処理水量 45% 雨水吐越流水量 30% ポンプ排水量 一次処理水量 3% 7% 流入水量の水源別割合（試算） 雨水吐越流の実態を観察し，河川への影響を調査 堀川上流の猿投橋付近で現地観測を実施 モデル流域において流出量をシミュレーション 流出解析ソフト『MOUSE』を用いて解析 現地観測の方法 140ｍ 観測場所 流量の計測 採水 猿投橋 BOD濃度 SS濃度 15分または30分間隔で計測 観測日の降雨形態 観測日 総降雨量 [mm] 2009/10/2 2009/10/17 2009/10/26 2009/11/1 2009/11/11 27 4 14 11 99 降雨開始時刻 10/2/6:00 10/7/12:00 10/26/1:00 11/1/14:00 11/10/19:00 降雨終了時刻 10/2/19:00 10/7/17:00 10/26/15:00 11/1/19:00 11/11/14:00 降雨継続時間 [hr] 14 6 15 6 21 平均降雨強度 [mm/hr] 1.93 0.67 0.93 1.83 4.71 最高降雨強度 [mm/hr] 6.0 1.0 3.0 4.0 18.0 先行晴天日数 [日] 1 8 8 5 8 雨水吐越流発生 降雨データ 観測場所から約2.64km離れた尾張県民事務所から提供 観測結果(10月2日) 流量とＳＳ 降水量[mm/hr] 1 1 2 4 1.5 流量Q[m^3/s] 2 3 0 2 1 40 4 雨水吐越流に よる汚濁負荷 発生 6 流量，SS共に 大きな変化なし 1 1 50 50 30 20 0.5 10 0 0 4 6 8 流量Q[m^3/s] 10 12 14 時刻[hr] SS[mg/l] 16 18 20 降水量[mm/hr] 22 SS[mg/l] 2 観測結果(10月2日) 降水量[mm/hr] 22 1 1 2 2 3 4 1.5 0 2 1 15 15 1 4 10 6 BOD[mg/l] 流量Q[m^3/s] 流量とＢＯＤ 雨水吐越流によ る汚濁負荷発生 1 5 0.5 0 0 4 6 8 流量Q[m^3/s] 10 12 14 時刻[hr] BOD[mg/l] 16 18 20 降水量[mm/hr] 22 流量とＳＳ 降水量[mm/hr] 2 0 1 3 3 3 3 3 1 3 40 流量Q[m^3/s] 1.5 10月2日同様にSS濃度 が約40mg/lまで上昇 8 1 11 50 50 30 20 流量変化に追随 0.5 10 16 18 0 0 1 4 7 10 13 時刻[hr] 流量Q[m^3/s] SS[mg/l] 降水量[mm/hr] 16 SS[mg/l] 観測結果(11月11日) 観測結果(11月11日) 流量とＢＯＤ 降水量[mm/hr] 2 0 1 3 3 3 3 3 15 15 1 3 10 ＢＯＤ濃度は流量 減少とともに上昇 8 1 BOD[mg/l] 流量Q[m^3/s] 1.5 11 5 0.5 16 18 0 0 1 4 7 10 13 時刻[hr] 流量Q[m^3/s] BOD[mg/l] 降水量[mm/hr] 16 観測結果(11月11日) ＢＯＤフラックス=流量×濃度 降水量[mm/hr] 2 0 15 15 1 3 3 3 3 3 3 10 ＢＯＤフラックス では減少 8 1 11 5 0.5 16 18 0 0 1 4 7 10 13 時刻[hr] 流量Q[m^3/s] BOD負荷量[g/s] 降水量[mm/hr] 16 BOD負荷量[g/s] 流量Q[m^3/s] 1.5 観測結果(10月26日) 0 降水量[mm/hr] 2 1 1 2 1 1 1 0 1 1 3 40 1.5 流量Q[m^3/s] 50 30 1 20 SS濃度が若干上昇 0.5 10 0 0 0 3 流量Q[m^3/s] 6 9 時刻[hr] SS[mg/l] 12 15 降水量[mm/hr] 18 SS[mg/l] 2 流量とＳＳ 観測結果(10月26日) 2 0 流量とＢＯＤ 降水量[mm/hr] 2 1 1 2 1 1 1 0 1 15 1 3 ＢＯＤはほとんど 変化なし 1 10 BOD[mg/l] 流量Q[m^3/s] 1.5 5 0.5 0 0 0 3 流量Q[m^3/s] 6 9 時刻[hr] BOD[mg/l] 12 15 降水量[mm/hr] 18 現地観測のまとめ 6mm/hrの降雨で雨水吐越流は発生したと考えられる ＳＳは流量に比例した変化を示し，最大濃度は降雨の 強さによらず同程度であった ＢＯＤは降雨によって異なる変化を示したが，さらに観 測が必要である 3mm/hr程度の降雨ではSS濃度が上昇する程度で， ＢＯＤの増加は観測されなかった 1～2mm/hrの降雨では流量がほとんど変化せず，水 質も変化が見られなかった 流出解析ソフト（MOUSE）による流出解析 表面流出計算(kinematic wave法) 降水量－湿潤損失－凹地損失 流域を長方形断面と河道の 組合せと見なし，管路に 流入する流量を計算して いる． 管渠水理計算(完全サンヴナン法) 2 1 Q 1 Q h A Q cos S0 S f 0 0 gA t gA x A x t x 対象流域のモデル化 堀川へ流入 この堰を越えた場合を雨水吐越流と見なす 解析結果 （10月2日降雨，11月11日降雨) 15.90 15.80 １０月２日Time Series ƒm[ƒh…ˆÊ (1002.PRF) 1 1 2 4 2 3 4 6 15.70 水位[m] 2 1 ƒm [ƒh …ˆÊ J10350 1 15.60 堰を越え雨水吐越流し た流量を現地観測 と合わせた 15.50 15.40 15.30 15.20 15.10 15.90 15.80 水位[m] 15.70 06:00:00 2-10-2009 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 時刻[hr] Time Series ƒm[ƒh…ˆÊ (111011.PRF) １１月１１日 3 8 11 3 3 3 3 3 1 1 ƒm[ƒh…ˆÊ J10350 16 18 15.60 大規模な雨水吐越流 が発生 15.50 15.40 15.30 15.20 15.10 18:00:00 21:00:00 10-11-2009 00:00:00 03:00:00 11-11-2009 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:00 時刻[hr] 堰の最上部 貯留施設の効果(大規模貯留施設一ヶ所) 貯留量：14567m3 ：貯留施設 集水面積100m2当たり4m3貯留 貯留施設の効果(大規模貯留施設一ヶ所) ƒm[ƒh…ˆÊ J10350 Time Series ƒm[ƒh…ˆÊ (1002.PRF) 15.90 15.80 水位[m] 15.70 15.60 貯留施設なし 15.50 15.40 15.30 15.20 15.10 06:00:00 2-10-2009 水位[m] 15.70 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 時刻[hr] ƒm[ƒh…ˆÊ J10350 TSiŽžŒn—ñj ƒm[ƒh…ˆÊ (1002+.PRF) 15.90 15.80 09:00:00 全体的な水位の低下 貯留施設あり 15.60 15.50 15.40 15.30 15.20 15.10 06:00:00 2-10-2009 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 時刻[hr] 雨水吐越流は発生しなくなる 堰の最上部 各戸貯留の効果－各ノードに初期貯留を分散 ƒm[ƒh…ˆÊ J10350 Time Series ƒm[ƒh…ˆÊ (1002.PRF) 15.90 15.80 水位[m] 15.70 15.60 貯留施設なし 15.50 15.40 15.30 15.20 15.10 06:00:00 2-10-2009 09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:00 時刻[hr] ƒm[ƒh…ˆÊ J10350 TSiŽžŒn—ñj ƒm[ƒh…ˆÊ (1002+.PRF) 15.90 15.80 水位の上昇を遅らせ る効果がある 水位[m] 15.70 15.60 15.50 15.40 15.30 15.20 15.10 06:00:00 2-10-2009 09:00:00 12:00:00 時刻[hr] 15:00:00 18:00:00 21:00:00 一人当たりの貯留量は 4200リットル 堰の最上部 流出シミュレーションのまとめ 限定された範囲と条件ではあるが，雨水吐越流を 再現することができた 貯留施設の雨水吐越流抑制効果が確認された 比較データが少なく，モデル化範囲が限定されてい るなど，問題点はまだまだ多い 効果を定量化するにはさらにモデル地区の観測を 強化する必要がある 感潮河川・堀川における水質変動と 流動制御による改善策に関する研究 名古屋工業大学大学院 岩切辰郎 名古屋工業大学大学院 冨永晃宏 はじめに 感潮河川の特徴 塩水遡上現象の発生 密度流の発生 水環境に 多大な影響 水質浄化策を立案する為には複雑な流動 による水質変動を把握することが重要 本研究の目的 現地観測 堀川の水質変動の把握 数値解析 濁質傾向・流動の再現 水質改善の可能性の検討 堀川における水質変動現地観測 計測箇所及び計測方法 計測方法 ⅰ)底層水質の長期定点観測 ⅱ）濁質の鉛直分布計測 計測項目 ・pH ・DO ・SS濃度 ・濁度 ・塩分 ・流速 城北橋 中土戸橋 鷹匠橋 中橋 景雲橋 五条橋 新州崎橋 岩井橋 DOと塩分の関係 庄内川 DOと塩分の関係(鷹匠橋) 猿投橋 (13.63km) 8 20 15 4 10 5 0 11月6日 0:00 0 11月7日 0:00 11月8日 0:00 11月9日 0:00 11月10日 0:00 11月11日 0:00 日付 上流の鷹匠橋での観測 名古屋港 11月12日 0:00 塩分(PSU) 感潮域 30 25 DO(mg/l) 鷹匠橋 DO 塩分 12 濁質の傾向(上げ潮時) 濁度と潮位の関係(中橋) 200 3.5 3 2.5 100 2 1.5 50 1 0.5 塩分に伴い濁 度も上昇 0 11月23日 0:00 0 11月24日 0:00 11月25日 0:00 11月26日 0:00 11月27日 0:00 11月28日 0:00 11月29日 0:00 日付 濁度と塩分の関係(中橋) 200 30 濁度 塩分 25 20 100 15 10 50 5 0 11月23日 0:00 0 11月24日 0:00 11月25日 0:00 11月26日 0:00 日付 11月27日 0:00 11月28日 0:00 11月29日 0:00 塩分(PSU) 150 濁度(NTU) 塩水楔の先端が 通過する影響 潮位(m) 150 濁度(NTU) 潮位差が大き い程，上昇 4 濁度 潮位 濁質の鉛直分布計測 庄内川 猿投橋 (13.63km) 堀川中流域 特に水質,悪臭などが 問題となっている 感潮域 五条橋 名古屋港 濁質の傾向(下げ潮～干潮) ＳＳ（表層） ＳＳ（底層） 潮位 120 100 80 1.5 1 0.5 60 40 0 20 -1 -0.5 0 潮位（ m） SS濃度 -1.5 9:30 10:30 濁度 11:30 12:30 13:30 時間（h） 14:30 15:30 16:30 ２００９年５月２６日 五条橋(大潮) 9:00 80 1.5 70 60 濁度（表層） 濁度（底層） 潮位(m) 50 1 0.5 40 30 0 -0.5 20 10 -1 0 -1.5 9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 時間(h) 14:30 15:30 16:30 潮位(m) ＳＳ（mg/l） 水深の低くなる 時間帯に濁質 が上昇 ２００９年５月２６日ＳＳグラフ 五条橋(大潮) 濁度（NTU） 潮位差の大き い場合 濁質の傾向(下げ潮～干潮) 潮位差の大き い場合 順流期間が長 くなっている 水深が小さく なると底層流 速も速くなる 底泥が巻き上げられたことで濁質が上昇 現地観測のまとめ 海水の混入によりpHやDOに影響 堀川上流まで塩水が遡上し，DO値を減少させてい る 濁質は上げ潮時と下げ潮から干潮にかけて大きく 上昇する傾向が見られた 濁質の上昇に関しては塩水楔先端の通過や流速が 影響している 数値シミュレーションによる検討 計算区間 0m地点 流入条件 上流端 ： 0.3 t/s , 6.89mg/l 名城北下水処理場： 0.7 t/s , 5.0mg/l 猿投橋 (0m) 10000m地点 感潮区間 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 縦断分布に関する検証 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 9.0 tide level(T.P.m) 8.5 8.0 7.5 7.0 565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600 塩分 time(h) 主流速 濁質 鉛直分布に関する検証 濁質 現地観測 計算結果 導水位置による検討 目的 上流域での水質改善を目的に塩水遡上を阻害する 効果が期待できるか検証する シミュレーションケース Case01:猿投橋から5.0m3/sを流入(上流端) Case02:名城下水処理場から5.0m3/sを流入 (1350m) 塩分濃度縦断分布(満潮) 通常時 Case01 Case02 塩分濃度縦断分布(干潮) 通常時 Case01 Case02 主流速u 縦断分布(下げ潮) 通常時 Case01 Case02 主流速u 縦断分布(上げ潮) 通常時 Case01 Case02 越流する堰（潜り堰）設置による検討 目的 塩水遡上を止め，水質改善の効果が期待できるか検 証する シミュレーションケース Case03:朝日橋に越流する堰を設置(2900m) 塩分濃度縦断分布(満潮) 通常時 Case03 主流速u 縦断分布(上げ潮) 通常時 Case03 おわりに 堀川中流域では潮位差の大きい場合に順流期間が 長く，下げ潮から干潮にかけて濁質が上昇しやすい 導水位置より塩水の押し下げ効果に違いが見られた． しかし，塩水を押し下げるには流入量のかなりの増 加が必要である 堰については，かえって塩水を上流に留める可能性 があるため，堰の可動化による運用が不可欠である
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