(57)【要約】【課題】侵食された土砂の輸送先や、堆積土砂の供給源などの詳細な情報を得ることを可能とする河川水理実験装置を提供する。【解決手段】移動床部１０の湾曲状移動床部１０ｃが、着色砂埋設領域２０を有することにより、湾曲状移動床部１０ｃが侵食により削られて流出した場合には、それ以外の河床材料である珪砂と目視により珪砂の色の違いで識別することができる。【選択図】図８
2009275362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川における侵食を解析するために用いられる河川水理実験装置であって、
横断面形状が所定の河床形状に成形された通水路(10)と、
前記通水路(10)の上流側に配置され、前記通水路(10)に水を供給するための貯水槽(100)と、
前記通水路(10)の下流に配置される沈砂槽(200)と、を備え、
前記通水路(10)は、
砂により所定の河床形状に成形された移動床部(10b,10c,10d)を含み、
前記移動床部(10b,10c,10d)は、周りとは異なる色の砂からなる着色砂埋設領域(20,21,22,23,24,25)を有する、河川水理実験装置。
【請求項２】
前記河床形状は、底面(11)、この底面(11)の両側から斜め上方に延びる斜面(12a、12b)、および、この斜面(12a、12b)の上端から水平方向に延びる上面（13a,13b)によって規定され、
前記通水路(10)は、
前記貯水槽(100)に連結し、直線状に延びる直線状固定床部(10a)と、
前記直線状固定床部(10a)から直線状に設けられ、前記移動床部を構成する第１直線状移動床部(10b)と、
前記第１直線状移動床部(10b)から湾曲状に設けられ、前記移動床部を構成する湾曲状移動床部(10c)と、
前記湾曲状移動床部(10c)から直線状に設けられるとともに前記沈砂槽(200)に連結し、前記移動床部を構成する第２直線状移動床部(10d)と、
を含む、請求項１に記載の河川水理実験装置。
【請求項３】
前記着色砂埋設領域(20,21,22,23,24,25)は、前記湾曲状移動床部(10c)に設けられる、請求項２に記載の河川水理実験装置。
【請求項４】
前記着色砂埋設領域(20,21,22,23,24,25)は、外側に位置する前記斜面（12b)に露出するように設けられる、請求項３に記載の河川水理実験装置。
【請求項５】
前記着色砂埋設領域(21,22,23,24,25)は、第１着色砂埋設領域と第２着色砂埋設領域とを含む、請求項１から４のいずれかに記載の河川水理実験装置。
【請求項６】
前記第１着色砂埋設領域と前記第２着色砂埋設領域とは、前記通水路(10)の流れ方向に沿って併設される、請求項５に記載の河川水理実験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、河川における侵食を解析するために用いられる河川水理実験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
経済的な土砂移動制御手法を確立するため、単一湾曲部を有する河川をモデル化し、水理実験により流速や水位の条件と、側岸侵食を表現する数値モデルを検証するためには、水理実験装置を用いた様々なデータの収集・解析が必要である。このような、水理実験装置として、下記特許文献１に開示されるものが挙げられる。
【特許文献１】特開２００２−３５６８３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の水理実験装置においては、測定の前後における河床形状の変化、河床内の土量の変化を知ることは可能である。しかし、河床形状の変化の前後において、河床内に堆積した土砂が、上流側から輸送されてきた土砂か、近辺の側壁等が削られたことにより発生した土砂なのか等について、侵食された土砂の輸送先や、堆積土砂の供給源などの詳細な情報を得ることはできなかった。そのため、河床の地形変化を生じさせる原因や、その影響範囲を特定することができない課題があった。
【０００４】
したがって、本発明の目的は、侵食された土砂の輸送先や、堆積土砂の供給源などの詳細な情報を得ることを可能とする河川水理実験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に基づいた河川水理実験装置においては、河川における侵食を解析するために用いられる河川水理実験装置であって、横断面形状が所定の河床形状に成形された通水路と、上記通水路の上流側に配置され、上記通水路に水を供給するための貯水槽と、上記通水路の下流に配置される沈砂槽とを備えている。
【０００６】
また、上記通水路は、砂により所定の河床形状に成形された移動床部を含み、上記移動床部は、周りとは異なる色の砂からなる着色砂埋設領域を有している。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に基づいた河川水理実験装置によれば、移動床部が着色砂埋設領域を有することにより、移動床部が侵食により削られて流出した場合には、周りの砂との色の違いで、流出した砂であるかどうかの違いを識別することが可能となる。その結果、通水路への通水前後の着色砂の分布の差異から、土砂の移動方向や範囲・量を分析することにより、河川内の土砂の供給源や輸送先、移動量などの情報を得ることができる。
【０００８】
さらに、色の異なる２以上の着色砂を用いた場合には、各着色砂埋設領域から供給された土砂の影響範囲について、より詳細な情報を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、この発明に基づいた実施の形態における、河川における侵食を解析するために用いられる河川水理実験装置１０００について、図１から図６を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態における河川水理実験装置１０００の構成を示す全体平面図であり、図２は、本実施の形態における河川水理実験装置１０００の横断面図である。なお、図中の矢印は、水の流れる方向を示している。
【００１０】
また、図３は、この河川水理実験装置１０００の通水路を構成する移動床部に用いられる砂（珪砂３Ｌ号）の粒度分布を示す図である。また、図４は、この河川水理実験装置１０００の寸法の実物換算値と模型値との関係を示す図である。さらに、図５は、この河川水理実験装置１０００の湾曲状移動床部１０ｃの部分拡大平面図であり、図６は、図５中のＶＩ線矢視断面図である。
【００１１】
この河川水理実験装置１０００は、図１に示すように、横断面形状が所定の河床形状に成形された通水路１０と、この通水路１０の上流側に配置され、通水路１０に水を供給するための貯水槽１００と、この通水路１０の下流に配置される沈砂槽２００とを備えている。沈砂槽２００の下流には、水位調整ゲート３００および循環水路４００が設けられている。
【００１２】
通水路１０は、貯水槽１００に連結し、直線状に延びる直線状固定床部１０ａと、この直線状河床部１０ａから直線状に設けられ、移動床部を構成する第１直線状移動床部１０ｂと、この第１直線状移動床部１０ｂから湾曲状に設けられ、移動床部を構成する湾曲状移動床部１０ｃと、この湾曲状移動床部１０ｃから直線状に設けられるとともに沈砂槽２００に連結し、移動床部を構成する第２直線状移動床部１０ｄとを含んでいる。
【００１３】
直線状固定床部１０ａの直線長さは約４０００ｍｍ、第１直線状移動床部１０ｂの直線長さは約２０００ｍｍ、湾曲状移動床部１０ｃの曲率半径Ｒは約２０００ｍｍ、第２直線状移動床部１０ｄの直線長さは約３０００ｍｍである。湾曲状移動床部１０ｃにより通水路１０は、９０°方向転換している。
【００１４】
直線状固定床部１０ａおよび移動床部１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの横断面形状（図１中Ａ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面）を図２に示す。まず、通水路１０の河床形状は、底面（低水路)１１と、この底面１１の両側から斜め上方に延びる斜面（側岸)１２ａ，１２ｂ、および、この斜面１２ａ，１２ｂの上端から水平方向に延びる上面（高水敷)１３ａ，１３ｂによって規定されている。
【００１５】
直線状固定床部１０ａの横断面形状は、底面１１の幅（Ｂ）が約１０００ｍｍ、斜面（側岸)１２ａ，１２ｂの高さ（Ｈ）が約１０ｍｍ、斜面（側岸)１２ａ，１２ｂの傾斜角度（α）が４０°、上面１３ａと上面１３ｂとの間隔（Ｓ）が約１２３８ｍｍである。直線状固定床部１０ａの表面は、モルタルにより仕上げられている。
【００１６】
移動床部１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの横断面形状は、底面１１の幅（Ｂ）が約１０００ｍｍ、斜面（側岸)１２ａ，１２ｂの高さ（Ｈ）が約１０ｍｍ、斜面（側岸)１２ａ，１２ｂの傾斜角度（α）が４０°、上面１３ａと上面１３ｂとの間隔（Ｓ）が約１２３８ｍｍである。移動床部１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは、砂により成形されている。
【００１７】
この砂の一例としては、図３に示す粒度分布を示す珪砂３Ｌ号（粒径ｄ５０＝１．８６ｍｍ、ｄｍ＝１．８３ｍｍ、日鐵商事株式会社製）を用いた。なお、砂の単位体積重量は、１．４５ｇ／ｃｍ３〜１．５８ｇ／ｃｍ３程度である。また、砂の堆積厚さは、流水の浸食によっても全てが流されない十分な堆積厚さとした。
【００１８】
再び、図１を参照して、図中のＮｏ．２〜Ｎｏ．１８に示す丸印箇所は、水位計測位置を示し、河床の鉛直方向成分をレーザ式変位計で計測する。
【００１９】
上述した河川水理実験装置１０００の数値は、模型値での寸法であり、図４（Ｂ）に示すように、想定する実物の１／５０縮尺で造られている。実物換算値は、図４（Ａ）に示すようになる。なお、通水路１０における河床勾配は、１／８０である。
【００２０】
さらに、本実施の形態における河川水理実験装置１０００は、図５に示すように、湾曲状移動床部１０ｃの外側の斜面１２ｂ側に、周りとは異なる色（赤色）の砂からなる着色砂埋設領域２０が設けられている。この着色砂埋設領域２０は、図６の断面図に示すように、外側に位置する斜面１２ｂにおいて露出するように埋設され、上面１３ｂでの幅（Ｗ）は、約２００ｍｍ程度ある。また、円弧の位置は、第２直線状移動床部１０ｄとの連結部から４５°（α１）の位置から、約１５°（α２）の幅で設けられている（これは、後述の図１２および図１３に示すケース１の条件に相当する）。
【００２１】
上記構成からなる河川水理実験装置１０００を用いて、河川浸食水理実験を行なった場合を、図７および図８に示す。図７および図８は、河川浸食水理実験経過を示す、第１および第２平面図である。なお、河川水理実験装置１０００における珪砂３Ｌ号は、全体として白色であり、着色砂埋設領域２０には、赤色に着色した珪砂を用いた。通水路１０への流量は、図４（Ｂ）に示すように、流量０．００８５ｍ３／ｓ、等流水深１６ｍｍ、給砂量３００ｃｍ３／ｍｉｎである。
【００２２】
実験開始から４分後には、図７に示すように、着色砂埋設領域２０が侵食されながら水の流れに沿って輸送される状態２０ａが観測できるとともに、斜面（側岸)１２ｂが侵食されて、上面１３ｂの位置が後退した領域１３ｃが観測できた。
【００２３】
実験開始から８分後には、図８に示すように、さらに着色砂埋設領域２０が侵食されながら水の流れに沿って下流にまで輸送される状態２０ａが観測できるとともに、斜面（側岸)１２ｂが大きく侵食されて、上面１３ｂの位置がさらに後退した領域１３ｃが観測できた。
【００２４】
このように、本実施の形態における河川水理実験装置１０００によれば、移動床部の湾曲状移動床部１０ｃが着色砂埋設領域２０を有することにより、湾曲状移動床部１０ｃが侵食により削られて流出した場合には、それ以外の河床材料である珪砂と目視により珪砂の色の違いで識別することができる。
【００２５】
その結果、通水路１０への通水前後の着色砂の分布の差異から、土砂の移動方向や範囲・量を分析することにより、河川内の土砂の供給源や輸送先、移動量などの情報を得ることができる。
【００２６】
なお、上記河川水理実験装置１０００においては、湾曲状移動床部１０ｃに着色砂埋設領域２０を一箇所設ける場合について説明しているが、図９に示すように、それぞれ異なる色の第１着色（たとえば赤色）砂埋設領域２１、第２着色（たとえば青色）砂埋設領域２２、および、第３着色（たとえば黄色）砂埋設領域２３を、通水路１０の流れ方向に沿って併設されることも可能である。なお、図９は、湾曲状移動床部１０ｃの他の実施の形態を示す部分拡大平面図である。これにより、各着色砂埋設領域から供給された土砂の影響範囲についてより詳細な情報も得ることが可能となる。
【００２７】
また、図１０および図１１に示すように、湾曲状移動床部１０ｃの斜面１２ｂにおいて、通水路１０の水が流れる方向に対して交差する方向に沿って積層するように、それぞれ異なる色の第１着色（たとえば赤色）砂埋設領域２４および第２着色（たとえば青色）砂埋設領域２５を設けることも可能である（これは、後述の図１２および図１３に示すケース５の条件に相当する）。なお、図１０は、湾曲状移動床部１０ｃの他の実施の形態を示す部分拡大平面図であり、図１１は、図１０中のＸＩ線矢視断面図である。これにより、経時的な侵食作用における、各着色砂埋設領域から供給された土砂への影響範囲の情報を得ることが可能となる。
【００２８】
さらに、着色砂埋設領域は、外側の斜面１２ｂだけでなく、底面１１および内側の斜面１２ａに設ける構成の採用や、移動床部１０ｂ、１０ｃ、１０ｄに設ける構成等を様々組み合わせることも可能である。
【００２９】
たとえば、図１２および図１３に示すように、ケース１〜ケース６に示す条件の下で、縦断方向（角度範囲）と横断方向（法肩からの距離）と選択・組み合わせることにより、各着色砂埋設領域から供給された土砂への影響範囲の情報を詳細に得ることが可能となる。なお、図１３中に示す断面は、上述の図６および図１１に示す断面に相当するものである。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の実施の形態における河川水理実験装置の構成を示す全体平面図である。
【図２】この発明の実施の形態における河川水理実験装置の横断面図である。
【図３】この発明の実施の形態における河川水理実験装置の通水路を構成する移動床部に用いられる砂（珪砂３Ｌ号）の粒度分布を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態における河川水理実験装置の寸法の実物換算値と模型値との関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態における河川水理実験装置の湾曲状移動床部の部分拡大平面図である。
【図６】図５中のＶＩ線矢視断面図である。
【図７】この発明の実施の形態における河川水理実験装置を用いた河川浸食水理実験経過を示す第１平面図である。
【図８】この発明の実施の形態における河川水理実験装置を用いた河川浸食水理実験経過を示す第２平面図である。
【図９】この発明の他の実施の形態における河川水理実験装置の湾曲状移動床部の部分拡大平面図である。
【図１０】この発明の他の実施の形態における河川水理実験装置の湾曲状移動床部の部分拡大平面図である。
【図１１】図１０中のＸＩ線矢視断面図である。
【図１２】各着色砂埋設領域から供給された土砂への影響範囲の情報を得るためのケース１〜ケース６の各条件を示す図である。
【図１３】ケース１〜ケース６の着色範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  通水路、１０ａ  直線状固定床部、１０ｂ  第１直線状移動床部、１０ｃ  湾曲状移動床部、１０ｄ  第２直線状移動床部、１００  貯水槽、１１  底面（低水路)、１２ａ，１２ｂ  斜面（側岸)、１３ａ，１３ｂ  上面（高水敷)、１３ｃ  領域、２０  着色砂埋設領域、２０ａ  状態、２１，２４  第１着色砂埋設領域、２２，２５  第２着色砂埋設領域、２３  第３着色砂埋設領域、２００  沈砂槽、３００  水位調整ゲート、４００  循環水路、１０００  河川水理実験装置。
【図１】
2009275362.tif 000003
【図２】
2009275362.tif 000004
【図３】
2009275362.tif 000005
【図４】
2009275362.tif 000006
【図５】
2009275362.tif 000007
【図６】
2009275362.tif 000008
【図７】
2009275362.tif 000009
【図８】
2009275362.tif 000010
【図９】
2009275362.tif 000011
【図１０】
2009275362.tif 000012
【図１１】
2009275362.tif 000013
【図１２】
2009275362.tif 000014
【図１３】
2009275362.tif 000015