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　　　　筒井建伍名古屋工業大学大学院　岩切辰郎名古屋工業大学大学院　中西祐貴名古屋工業大学大学院　冨永晃宏

はじめに 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

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

雨水直接排水量1%

庄内川導水3%

ポンプ排水量7%

雨水吐越流水量30%

中川運河導水11%

二次処理水量45%

一次処理水量3%

雨水直接排水量1%

庄内川導水3%

ポンプ排水量7%

雨水吐越流水量30%

中川運河導水11%

二次処理水量45%

一次処理水量3%流入水量の水源別割合（試

算）

現地観測の方法 流量の計測

採水

15分または 30分間隔で計測

BOD濃度

SS濃度

猿投橋

観測場所140ｍ

観測日の降雨形態2009/10/2 2009/10/17 2009/10/26 2009/11/1 2009/11/11

総降雨量 [mm] 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

観測日

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[mm/ hr]降水量

1 12

4

23

4

6

21 1

0

[mm/ hr]降水量

0

10

20

30

40

50

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

SS[m

g/l]

[hr]時刻

SS[mg/ l]

0

0.5

1

1.5

2

Q[m̂

3/s]

流量

Q[m̂ 3/ s]流量

2 50

流量， SS共に大きな変化なし

雨水吐越流による汚濁負荷発生

観測結果 (10月 2日 )　　流量とＢＯＤ

0

5

10

15

BO

D[m

g/l]

BOD[mg/ l]

[mm/ hr]降水量

1 12

4

23

4

6

21 1

0

[mm/ hr]降水量

0

0.5

1

1.5

2

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Q[m̂

3/s]

流量

[hr]時刻

Q[m̂ 3/ s]流量

2 15

雨水吐越流による汚濁負荷

発生

[mm/ hr]降水量

3

8

11

16

18

3 3 3 3 3

1 1

0

[mm/ hr]降水量

0

10

20

30

40

50

SS[m

g/l]

SS[mg/ l]

0

0.5

1

1.5

2

1 4 7 10 13 16

Q[m̂

3/s]

流量

[hr]時刻

Q[m̂ 3/ s]流量

502

観測結果 (11月 11日 )　　流量とＳＳ

10 月 2日同様にSS濃度が約 40mg/l まで上昇

　　流量変化に追随

観測結果 (11月 11日 )　　流量とＢＯＤ

[mm/ hr]降水量

3

8

11

16

18

3 3 3 3 3

1 1

0

[mm/ hr]降水量

0

0.5

1

1.5

2

1 4 7 10 13 16

Q[m̂

3/s]

流量

[hr]時刻

Q[m̂ 3/ s]流量

0

5

10

15

BO

D[m

g/l]

BOD[mg/ l]

2 15

ＢＯＤ濃度は流量減少とともに上昇

観測結果 (11 月 11日 ) 　ＢＯＤフラックス =流量×濃度

[mm/ hr]降水量

3

8

11

16

18

3 3 3 3 3

1

0

[mm/ hr]降水量

0

5

10

15

BO

D[g

/s]

負荷量

BOD [g/ s]負荷量

0

0.5

1

1.5

2

1 4 7 10 13 16

Q[m̂

3/s]

流量

[hr]時刻

Q[m̂ 3/ s]流量

2 15

ＢＯＤフラックスでは減少

観測結果 (10月 26日 )　　流量とＳＳ

0

0.5

1

1.5

2

0 3 6 9 12 15 18

Q[m̂

3/s]

流量

[hr]時刻

Q[m̂ 3/ s]流量

0

10

20

30

40

50

SS[m

g/l]

SS[mg/ l]

[mm/ hr]降水量0

21 1

21

3

1 1 1 1

0

[mm/ hr]降水量

502

SS濃度が若干上昇

観測結果 (10月 26日 )　　流量とＢＯＤ

0

0.5

1

1.5

2

0 3 6 9 12 15 18

Q[m̂

3/s]

流量

[hr]時刻

Q[m̂ 3/ s]流量

0

5

10

15

BO

D[m

g/l]

BOD[mg/ l]

[mm/ hr]降水量0

21 1

21

3

1 1 1 1

0

[mm/ hr]降水量

152

ＢＯＤはほとんど変化なし

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 )

管渠水理計算 (完全サンヴナン法 )

0

x

Q

t

A 0cos11

0

2

fSSx

h

A

Q

xgAt

Q

gA

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．

降水量－湿潤損失－凹地損失

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

06:00:002-10-2009

09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:0015.10

15.20

15.30

15.40

15.50

15.60

15.70

15.80

15.90Time Series ƒm [ƒh …ˆÊ (1002.PRF)� � ƒm [ƒh …ˆÊ� �

J10350

解析結果　（ 10月 2日降雨， 11月 11日降雨 )

18:00:0010-11-2009

21:00:00 00:00:0011-11-2009

03:00:00 06:00:00 09:00:00 12:00:00 15:00:0015.10

15.20

15.30

15.40

15.50

15.60

15.70

15.80

15.90Time Series ƒm [ƒh …ˆÊ (111011.PRF)� � ƒm [ƒh …ˆÊ� �

J10350

堰の最上部

大規模な雨水吐越流が発生

水位

[m]

水位

[m]

時刻 [hr]

時刻 [hr]

堰を越え雨水吐越流した流量を現地観測と合わせた

1 1 2 4 2 3 4 62 1 1

38 11

16 18

3 3 3 3 3 1 1

１０月２日

１１月１１日

貯留施設の効果 (大規模貯留施設一ヶ所 )

：貯留施設

集水面積 100m2当たり 4m3貯留

貯留量： 14567m3

貯留施設の効果 (大規模貯留施設一ヶ所 )

06:00:002-10-2009

09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:0015.10

15.20

15.30

15.40

15.50

15.60

15.70

15.80

15.90TS iŽžŒn—ñ j ƒm [ƒh …ˆÊ (1002+.PRF)� � � � ƒm [ƒh …ˆÊ� �

J10350

貯留施設あり

06:00:002-10-2009

09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:0015.10

15.20

15.30

15.40

15.50

15.60

15.70

15.80

15.90Time Series ƒm [ƒh …ˆÊ (1002.PRF)� � ƒm [ƒh …ˆÊ� �

J10350

貯留施設なし

全体的な水位の低下

雨水吐越流は発生しなくなる

水位

[m]

水位

[m]

時刻 [hr]

時刻 [hr]

堰の最上部

各戸貯留の効果－各ノードに初期貯留を分散

06:00:002-10-2009

09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:0015.10

15.20

15.30

15.40

15.50

15.60

15.70

15.80

15.90Time Series ƒm [ƒh …ˆÊ (1002.PRF)� � ƒm [ƒh …ˆÊ� �

J10350

06:00:002-10-2009

09:00:00 12:00:00 15:00:00 18:00:00 21:00:0015.10

15.20

15.30

15.40

15.50

15.60

15.70

15.80

15.90TS iŽžŒn—ñ j ƒm [ƒh …ˆÊ (1002+.PRF)� � � � ƒm [ƒh …ˆÊ� �

J10350

水位の上昇を遅らせる効果がある

貯留施設なし

一人当たりの貯留量は4200リットル

水位

[m]

水位

[m]

時刻 [hr]

時刻 [hr]

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感潮河川の特徴　　　　　　　　　　塩水遡上現象の発生塩水遡上現象の発生密度流の発生密度流の発生

水環境に　水環境に　多大な影響多大な影響

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堀川の水質変動の把握

数値解析数値解析濁質傾向・流動の再現水質改善の可能性の検討

景雲橋

新州崎橋岩井橋

城北橋中土戸橋

鷹匠橋

五条橋中橋

新州崎橋

城北橋中土戸橋

鷹匠橋

景雲橋

新州崎橋岩井橋

城北橋中土戸橋

鷹匠橋

五条橋中橋

新州崎橋

城北橋中土戸橋

鷹匠橋

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

DOと塩分の関係DOと塩分の関係(鷹匠橋)

0

4

8

12

11月6 日0:00

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

11月12 日0:00

日付

DO

(mg/

l)0

5

10

15

20

25

30

塩分(P

SU)

DO塩分猿投橋

(13.63km)

感潮域

庄内川

名古屋港

猿投橋(13.63km)

感潮域

庄内川

名古屋港

上流の鷹匠橋での観測

鷹匠橋

濁質の傾向 (上げ潮時 )

( )濁度と潮位の関係 中橋

0

50

100

150

200

11 23 月 日0:00

11 24 月 日0:00

11 25 月 日0:00

11 26 月 日0:00

11 27 月 日0:00

11 28 月 日0:00

11 29 月 日0:00

日付

(NTU)

濁度

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

(m)

潮位

濁度潮位

濁度と塩分の関係(中橋)

0

50

100

150

200

11月23 日0:00

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(N

TU)

0

5

10

15

20

25

30

塩分(P

SU)

濁度塩分

潮位差が大きい程，上昇

塩分に伴い濁度も上昇

塩水楔の先端が通過する影響

濁質の鉛直分布計測猿投橋(13.63km)

感潮域

庄内川

名古屋港

猿投橋(13.63km)

感潮域

庄内川

名古屋港

五条橋堀川中流域

特に水質 ,悪臭などが問題となっている

濁質の傾向 (下げ潮～干潮 )

( )２００９年５月２６日ＳＳグラフ五条橋大潮

0

20

40

60

80

100

120

9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30

時間（h）mg/

lＳＳ（

）

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

潮位（m）

ＳＳ（表層）ＳＳ（底層）潮位

２００９年５月２６日 五条橋(大潮)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30時間(h)

濁度（N

TU）

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.59:00

潮位

(m)

濁度（表層）濁度（底層）潮位(m)

潮位差の大きい場合

水深の低くなる時間帯に濁質が上昇

SS濃度

濁度

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

10000m地点

0m地点

数値シミュレーションによる検討計算区間計算区間 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

感潮区間猿投橋(0m)

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

縦断分布に関する検証縦断分布に関する検証

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

565200 572400 579600 586800 594000 601200 608400 615600 622800 630000 637200 644400 651600

time(h)

tide

leve

l(T.P

.m)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

塩分

主流速 濁質

鉛直分布に関する検証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)

Case02Case02

Case01Case01

塩分濃度縦断分布 ( 満潮 )

通常時通常時

塩分濃度縦断分布 (干潮 )

Case02Case02

Case01Case01

通常時通常時

主流速u　縦断分布 (下げ潮 )

Case02Case02

Case01Case01

通常時通常時

主流速u 　縦断分布 (上げ潮 )

Case02Case02

Case01Case01

通常時通常時

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)

通常時通常時

Case03Case03

塩分濃度縦断分布 ( 満潮 )

通常時通常時

Case03Case03

主流速u　縦断分布 (上げ潮 )

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