Transcript 雨水吐越流が都市河川・ 堀川の水質に与える影響

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


t x
gA t gA x  A 
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
TSiŽžŒn—ñj 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
TSiŽžŒn—ñj 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
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塩分
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塩分
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塩分
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主流速
濁質
縦断分布に関する検証
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塩分
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濁質
縦断分布に関する検証
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塩分
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主流速
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縦断分布に関する検証
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塩分
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主流速
濁質
縦断分布に関する検証
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塩分
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主流速
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濁質
縦断分布に関する検証
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塩分
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主流速
濁質
縦断分布に関する検証
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塩分
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主流速
濁質
縦断分布に関する検証
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塩分
time(h)
主流速
濁質
縦断分布に関する検証
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塩分
time(h)
主流速
濁質
縦断分布に関する検証
0
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塩分
time(h)
主流速
濁質
縦断分布に関する検証
0
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tide level(T.P.m)
8.5
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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