土木学会論文集B1(水工学) Vol.75, No.2, I_1441-I_1446, 2019.

流木捕捉施設における流木の挙動に関する数値解析加藤 一夫1・サムナー 圭希2・三浦 忠昭3・菅野 貴詳4・
千葉 喜一5・井上 卓也6・清水 康行7
1正会員 株式会社 水工リサーチ 業務部（〒062-0933 北海道札幌市豊平区平岸3条3丁目2-7）
E-mail: k-kato@suiko-r.co.jp
2正会員 株式会社 水工リサーチ 業務部（〒062-0933 北海道札幌市豊平区平岸3条3丁目2-7）
E-mail: t-sumner@suiko-r.co.jp
3非会員 岩手県県土整備部河川課（〒020-8570 岩手県盛岡市内丸10-1）
E-mail: tad-miura@pref.iwate.jp
4非会員 岩手県沿岸広域振興局土木部（〒027-0501 岩手県下閉伊郡岩泉町岩泉字松橋24-3）
E-mail: t-kanno@pref.iwate.jp
5正会員 サンエスコンサルタント 株式会社 技術部（〒028-3621 岩手県紫波郡矢巾町広宮沢11-506-2）
E-mail: k-chiba@sss-c.jp
6正会員 博(工) 寒地土木研究所 寒地河川チーム（〒062-8602 北海道札幌市豊平区平岸1条3丁目1-34）
E-mail: inoue-t@ceri.go.jp
7フェロー 博(工) 北海道大学工学研究院教授（〒060-0813 北海道札幌市北区北13条西8丁目）
E-mail: yasu@eng.hokudai.ac.jp

各地で異常豪雨に伴う河川災害が頻発し，山地崩壊とともに流出した流木群や渓岸侵食から流出した流木群が，橋脚や欄干で堰き止められて橋梁被害が生じたり，氾濫水とともに低内地に流入した流木群によって氾濫被害を増大させたりしている．岩手県小本川では平成28年8月の台風第10号豪雨を契機として，市街地の流木被害を軽減させるために山間地の河道湾曲部を利用した流木捕捉施設を計画し，水理模型実験により3次元的な流木の挙動を把握し効率的に流木を取り込める設計諸元を設定している．この水理模型実験でみられた3次元的な流木の挙動を解析するために準3次元流れの計算モデルに個別要素法を用いた流木モデルを組み込んだ数値解析モデルを適用し，水深平均流速と底面流速を使い分けることで水理模型実験で確認された複雑な流木の挙動を表現できることを明らかにした．

Key Words : driftwood capturing facility，driftwood behavior，hydraulic flume experiment，quasi three-dimensional numerical model，driftwood model

害などを招いた．この豪雨災害を契機として，小本川では山間地の河道湾曲部を利用して下流の流木被害の軽減を図るために流木捕捉施設を整備する計画が立案され4），
水理模型実験により流木の挙動を把握し効率的に流木を取り込める捕捉施設の設計諸元を設定している5）．
この報告5）によると，水理模型実験で用いた比重1.1の模擬流木は，河道湾曲部の3次元的な流況（第一種二次流）によって，上層を流れる流木は外岸側に向って流れ，下層に潜り込んで流れる流木は内岸側に向って移動するなど複雑な挙動を示すことが指摘されている．
本研究では，水理模型実験でみられた3次元的な流木の挙動を解明するために準3次元流れの計算モデルに個別要素法を用いた流木モデルを組み込んだ数値解析モデ

１．はじめに
近年各地で異常豪雨に伴う河川災害が頻発し，山地崩壊とともに流出した流木群や渓岸侵食から流出した流木群が橋脚や欄干で堰き止められて橋梁被害が生じたり，氾濫水とともに低内地に流入した流木群によって洪水氾濫が拡大し家屋の流失や損傷などの被害を増大させたりしている事例が頻繁にみられる1), 2) ,3)．
平成28年8月に東北地方の東部を襲った台風第10号による豪雨により，岩手県小本川では橋脚に堰き止められた流木群により橋梁被災や水位堰上げによる氾濫被害が拡大し，市街地へ流入した流木群は建物の流失や損傷被1

I_1441

ル6）を適用し，流木捕捉施設における流木の挙動を明らかにする．

２．流木捕捉施設と既往実験の概要(1) 流木捕捉施設の概要
流木捕捉施設は，河口から33.9km～34.075km区間に設置するもので，山間地の湾曲部外岸にあたる現河道を流木捕捉池として利用し内岸側に新河道を設ける計画である（図-1）．捕捉池と新河道を仕切るために越流部（流木流入口）を設けた囲繞堤を設置し，平常時は新河道を主流とし，洪水時にのみ流木と洪水流を流入口から捕捉池エリアに導流し，下流端に設けるスリット構造の捕捉工で流木のみを捕捉する施設である（図-2）．
著者ら5）は，寒地土木研究所に模型縮尺1/50の実験水路を製作し，最大限流木を捕捉できる施設諸元を水理実
験より設定している．実験水路規模は現地の河道延長700m，平均川幅75m，河床勾配は1/100である．河道部は，現地河道が岩盤であるためモルタルの固定床とした．
流木の投入量は，災害時の発生流木量1,500m3（実体積）より算出し，流木長6mの場合3,600本を，立木の平均長12mの場合は1,800本を上流側から一定間隔で投入した．模擬流木の直径は0.3mで枝を持たない円柱とし，現地調査で多くを占めていた広葉樹の平均比重1.17）になるように調整した．
実験流量は，1/30年超過確率流量680m3/sと1/10年確率流量469.7m3/sの2種，流木長は6mと12mの2種を組み合わせた4ケースの流木捕捉実験を実施した．

新河道

捕捉池

図-1 流木捕捉施設設置予定箇所の航空写真（2016年9月）

図-2 水理模型実験で設定した流木捕捉施設形状
捕捉池(2) 水理模型実験で確認された流木の挙動
4ケースの実験の内，計算の比較対象とする流木長6m，流量680m3/sの流木の挙動について述べる．実験当初は，湾曲部の第一種二次流により，上層の外岸側に向かう流新河道れが流木を捕捉池側へ導流することが期待されたが，比重1.1の模擬流木を実験に用いたところ，下層に潜り込んで内岸側（流入口の反対側）へ移動する流木が多く確
図-3 第一種二次流により上層の流木は外岸(捕捉池側)に認された（図-3）．このため，流入口の開口部は二次流向かって流れ，下層に潜り込んだ流木は内岸(新河道側)の影響が及びにくい湾曲上流部に設置することで流木の3/s，流木長L=6m）に向って流れる様子（流量Q=680m
捕捉率が向上し，最終的には図-2に示す施設形状が設定できた．
図-4には図-2の施設形状で実験した時の(a)捕捉池を斜め上流から撮影した動画と(b)捕捉池の上方より垂直撮影した動画を10分毎にキャプチャーした静止画である．
これによると，捕捉施設における流木の運動，堆積形態は捕捉池内と捕捉工周辺に分かれる．流木は流れの主流に沿って流下し，流入口より捕捉池内に進入する．捕捉池内では，主流が外岸に寄ることで内岸側に止水域が生じ，そこに流木が滞留し徐々に沈降・堆積する．また主流に沿って捕捉池下流端の捕捉工周辺まで流下する流木は，幾重にも重なって捕捉され高さ4mのスリット天端に到達した．この時の流木捕捉率は87.5％（全投入量
図-4 流木の挙動と堆積過程（流量 Q=680m3/s，流木長 L=6m） 3,600本のうち3,149本を捕捉）で実験中最大であった．
流入口

上層の流れ下層の流れ

2I_1442図-5 個別要素の円柱に働く力

𝑢𝑢𝑁𝑁0 = −𝑢𝑢𝑥𝑥0 sin 𝜑𝜑𝑖𝑖 + 𝑢𝑢𝑦𝑦0 cos 𝜑𝜑𝑖𝑖
(7)(8)
𝑢𝑢𝑁𝑁1 = −𝑢𝑢𝑥𝑥1 sin 𝜑𝜑𝑖𝑖 + 𝑢𝑢𝑦𝑦1 cos 𝜑𝜑𝑖𝑖
円柱が角速度𝜔𝜔𝑖𝑖 で回転している場合，円柱両端における円柱回転起因の移動速度を𝑣𝑣𝑝𝑝𝑝𝑝 とすると，

３．流木モデル
本研究は，個々の流木をラグランジュ的に追跡する個別要素法8),9)を用い，流木を円柱体として表現して計算を行う．流木に作用する力は，流体から受ける力であり，流木間作用力はこのモデルでは考慮していない．個別要素(i)に関する運動基礎式を以下に示す．
𝑚𝑚′ 𝑖𝑖𝑑𝑑𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑑𝑑𝑑𝑑12222𝑙𝑙𝑣𝑣𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝜔𝜔𝑖𝑖 2𝑖𝑖

したがって，円柱の回転を考慮した円柱に両端に働く力
𝑓𝑓0 ，𝑓𝑓1 （図-5）は，次式より求める．

= 𝐹𝐹𝑥𝑥𝑖𝑖 + 𝜌𝜌𝐶𝐶𝐷𝐷 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑖𝑖 ��𝑢𝑢 − 𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝 � + �𝑣𝑣 − 𝑣𝑣𝑝𝑝𝑝𝑝 � �𝑢𝑢 − 𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝 � (1)2𝑑𝑑𝑣𝑣
1𝑚𝑚′ 𝑖𝑖 𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝐹𝐹𝑦𝑦𝑖𝑖 + 𝜌𝜌𝐶𝐶𝐷𝐷 𝐴𝐴𝐴𝐴𝑖𝑖 ��𝑢𝑢 − 𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝 �𝑑𝑑𝑑𝑑2𝑚𝑚′𝑖𝑖 = 𝜌𝜌 � + 𝐶𝐶𝑚𝑚 � 𝑉𝑉𝑖𝑖𝜋𝜋𝜌𝜌𝑉𝑉𝑖𝑖 = 𝑑𝑑𝑖𝑖2 𝑙𝑙𝑖𝑖
4A𝑥𝑥𝑖𝑖 = 𝑙𝑙𝑖𝑖 𝑑𝑑𝑖𝑖 sin 𝜑𝜑𝑖𝑖 , A𝑦𝑦𝑖𝑖 = 𝑙𝑙𝑖𝑖 𝑑𝑑𝑖𝑖 cos 𝜑𝜑𝑖𝑖

1(11)𝑓𝑓1 = 𝜌𝜌𝐶𝐶𝑟𝑟 𝑑𝑑𝑖𝑖 �𝑢𝑢𝑁𝑁1 ＋𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝 ��𝑢𝑢𝑁𝑁1 + 𝑣𝑣𝑝𝑝𝑝𝑝 �2

ここに，𝐶𝐶𝑟𝑟 ：回転運動への抵抗係数(=1)である．
円柱に直交にする方向の力𝐹𝐹𝑤𝑤 は式(12)より求める．
12

𝐹𝐹𝑤𝑤 = (𝑓𝑓1 + 𝑓𝑓0 )𝑙𝑙𝑖𝑖(𝑓𝑓 +2𝑓𝑓 )𝑙𝑙

101 𝑖𝑖𝑥𝑥𝑔𝑔 = 3(𝑓𝑓− 2 𝑙𝑙𝑖𝑖+𝑓𝑓 )01(12)(13)

ここに，𝑥𝑥𝑔𝑔 ：円柱の重心位置から円柱中心までの距離である．個別要素に作用する回転モーメント𝑀𝑀𝑖𝑖 と円柱の個別要素の慣性モーメント𝐼𝐼𝑖𝑖 は以下の式より求める．
𝑀𝑀𝑖𝑖 = 𝐹𝐹𝑤𝑤 𝑥𝑥𝑔𝑔
(14)

(3)

𝑑𝑑 2𝑙𝑙 2𝐼𝐼𝑖𝑖 = � 4𝑖𝑖 + 12𝑖𝑖 � 𝑚𝑚𝑖𝑖

ここに，𝜔𝜔𝑝𝑝𝑝𝑝 ：個別要素の回転速度，𝑀𝑀𝑖𝑖 ：個別要素に作用する回転モーメントである．
また付加質量を考慮した円柱の質量 𝑚𝑚′𝑖𝑖 は以下の式(4)である．
𝜎𝜎(10)

2

ここに，𝑥𝑥 , 𝑦𝑦：直交平面座標軸，𝑡𝑡：時間，𝜌𝜌：流体の密度，𝐴𝐴𝐴𝐴𝑖𝑖 , 𝐴𝐴𝑦𝑦𝑖𝑖 ：円柱の投影面積，𝐶𝐶𝐷𝐷 ：形状抵抗係数，𝑢𝑢 , 𝑣𝑣：流下方向と横断方向の流速，𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝 , 𝑣𝑣𝑝𝑝𝑝𝑝 ：個別要素の流下方向と横断方向の移動速度である．𝐶𝐶𝐷𝐷 は形状抵抗係数であり，本研究では円柱の形状で計算を行うため値は1とした．個別要素に作用する𝑥𝑥 , 𝑦𝑦方向の力である𝐹𝐹𝐹𝐹𝑖𝑖と𝐹𝐹𝐹𝐹𝑖𝑖 は，流木間作用力が考慮されていないため，それぞれ0である．
回転運動の運動方程式は式(3)より表わされる．
𝑑𝑑𝜔𝜔1𝑓𝑓0 = 𝜌𝜌𝐶𝐶𝑟𝑟 𝑑𝑑𝑖𝑖 �𝑢𝑢𝑁𝑁0 − 𝑢𝑢𝑝𝑝𝑝𝑝 ��𝑢𝑢𝑁𝑁0 − 𝑣𝑣𝑝𝑝𝑝𝑝 �+ �𝑣𝑣 − 𝑣𝑣𝑝𝑝𝑝𝑝 � �𝑣𝑣 − 𝑣𝑣𝑝𝑝𝑝𝑝 � (2)𝐼𝐼𝑖𝑖 𝑑𝑑𝑑𝑑𝑝𝑝𝑝𝑝 = 𝑀𝑀𝑖𝑖

(9)

𝜋𝜋
4

𝑚𝑚𝑖𝑖 = 𝑑𝑑𝑖𝑖2 𝑙𝑙𝑖𝑖 𝜎𝜎(15)(16)

ここに，𝑚𝑚𝑖𝑖 ：円柱の質量である．以上より，流木の回転速度は以下の式（17）より得られる．

(4)𝑑𝑑𝜔𝜔𝑝𝑝𝑝𝑝

(5)

𝑑𝑑𝑑𝑑

(6)

=𝑀𝑀𝑖𝑖
𝐼𝐼𝑖𝑖

=

(𝑓𝑓 +2𝑓𝑓1 )𝑙𝑙𝑖𝑖 11(𝑓𝑓 +𝑓𝑓 )𝑙𝑙 � 0− 𝑙𝑙 �
2 1 0 𝑖𝑖 3(𝑓𝑓0 +𝑓𝑓1 ) 2 𝑖𝑖
22𝑑𝑑𝑙𝑙 𝜋𝜋� 𝑖𝑖 + 𝑖𝑖 � 𝑑𝑑𝑖𝑖2 𝑙𝑙𝑖𝑖 𝜎𝜎
4 12 4(17)流れのモデルは，水深方向に平均された以下の平面二次元浅水方程式10)を用いる．

ここに， 𝜎𝜎：流木の密度，𝐶𝐶𝑚𝑚 ：付加質量係数(=0.5)，
𝑉𝑉𝑖𝑖 ：円柱の体積，𝑑𝑑𝑖𝑖 ：個別要素の円柱の底面の直径，𝑙𝑙𝑖𝑖 ：個別要素の円柱の長さ，円柱𝑥𝑥軸の交差角度：𝜑𝜑𝑖𝑖 である．
円柱両端の変数を0,1の添え字を付けて表す．円柱両端の𝑥𝑥 , 𝑦𝑦方向の流速成分を𝑢𝑢𝑥𝑥0 , 𝑢𝑢𝑦𝑦0 , 𝑢𝑢𝑥𝑥1 , 𝑢𝑢𝑦𝑦1 とすると，円柱両端における流速の円柱長軸に直交する方向成分（図-5）𝑢𝑢𝑁𝑁0 と𝑢𝑢𝑁𝑁1 は次式より求める．

����ℎ�ℎ𝜕𝜕ℎ𝜕𝜕𝑢𝑢
𝜕𝜕𝑢𝑢
++=0̃
𝜕𝜕𝑡𝑡
𝜕𝜕𝑥𝑥�
𝜕𝜕𝑦𝑦���√𝑢𝑢
�2 +𝑣𝑣� 2����𝑢𝑢𝜕𝜕𝑢𝑢𝜕𝜕𝑢𝑢𝜕𝜕𝑢𝑢𝜕𝜕ℎ𝜕𝜕𝜂𝜂
+𝑢𝑢
�+𝑣𝑣�
=−𝑔𝑔−𝑔𝑔−𝐶𝐶𝑓𝑓�̃𝜕𝜕𝑡𝑡
𝜕𝜕𝑥𝑥�
𝜕𝜕𝑦𝑦�
𝜕𝜕𝑥𝑥�
ℎ𝜕𝜕𝑥𝑥�
�
�2 +𝑣𝑣� 2
�𝑣𝑣�√𝑢𝑢
𝜕𝜕𝑣𝑣�
𝜕𝜕𝑣𝑣�
𝜕𝜕𝑣𝑣�
𝜕𝜕ℎ𝜕𝜕𝜂𝜂
+𝑢𝑢
�+𝑣𝑣
�
=−𝑔𝑔
−𝑔𝑔
−
𝐶𝐶𝑓𝑓
�
𝜕𝜕𝑡𝑡̃
𝜕𝜕𝑥𝑥�
𝜕𝜕𝑦𝑦�
𝜕𝜕𝑦𝑦�
ℎ𝜕𝜕𝑦𝑦�

3(18)
(19)
(20)

ここに，ℎ� ：水深，𝑢𝑢,� 𝑣𝑣�：𝑥𝑥,� 𝑦𝑦�方向の水深平均流速，ℎ� ：I_1443

case1では投入した流木はすべて流入口の左岸側に寄って流れ，そのまま捕捉池外岸に沿って流下した（図-9(a)）．水深平均流速ベクトル図（図-6）を見ると，流入口付近の流れは河道から捕捉池に向って直線的に流入していることが分かる．河道中央から投入（case2）
した流木は，囲繞堤の上流先端部にぶつかって新河道と捕捉池に分岐するものと，流れに沿ってそのまま捕捉池に流入する流木が存在した（図-9(b)）．右岸側から投入した流木（case3）は，流入口付近まで流下するものの新河道側の囲繞堤に沿って移動した（図-9(c)）．このことから，水深平均流速による流況下においては，河道の右岸側に寄って流下してくる流木は流入口に到達しないためほとんど捕捉されないことになる．

河床高，𝑔𝑔：重力加速度，Cf：抵抗係数である．
対象とする流木は比重1.1と水よりも重く，既往実験
では捕捉池内の2次流により内岸側に向う流れと，外岸側の主流に沿って捕捉工まで流下する流木の挙動を確認しており，この現象を解明するには3次元的な数値モデルが必要である．そこで，上述の水深平均流速𝑉𝑉� から局所的な流線の曲率半径𝑟𝑟̃ を次式で求め，平衡状態の2次流を仮定したEngelund11)モデルにより，河床底面付近の流速を準3次元モデルで計算した．ただし，本モデルは鉛直方向の流木の輸送を考慮していないため，底面に潜った流木が再浮上するような動きは考慮出来ない．
1𝑟𝑟̃

1𝜕𝜕𝑣𝑣�

�𝜕𝜕𝑢𝑢

𝜕𝜕𝑣𝑣�

�𝜕𝜕𝑢𝑢

= 𝑉𝑉� 3 × �𝑢𝑢� �𝑢𝑢� 𝜕𝜕𝑥𝑥� − 𝑣𝑣� 𝜕𝜕𝑥𝑥�� + 𝑣𝑣� �𝑢𝑢� 𝜕𝜕𝑦𝑦� − 𝑣𝑣� 𝜕𝜕𝑦𝑦���(21)表-1 実験ケース

４．数値解析
(1) 計算条件
上述したとおり実験では湾曲部では上層と下層において，また，捕捉池内では内岸側と主流に沿って流下する2通りの流木の挙動を確認した．そこで水深平均流速（図-6）と底面流速（図-7）のいずれかを用いて流木の挙動を解析することとした．なお流木は水深が流木の直径以下になった時，また流下方向の流速が0m/sになった時に停止するとした．計算格子は縦断方向に約5m，横断方向約2mに設定した．捕捉工は水を通さない障害物セルに設定し，間隔は計算格子の制約上6～15mに設定した．なお流木は捕捉工の隙間は通過し，捕捉工に接触する流木は停止するものとした．
流量は680m3/sの定常流とし，流木の直径は0.3m，流木長は6mとした．投入位置の違いによる流木の挙動の影響を考察するために水深平均流速の条件下で3ケース（case1～3），底面流速で3ケース（case4～6），また流況の違いによる捕捉池内の流木の挙動を考察するために2ケース（case7,case8）の計算を実施した（表-1）．
流入点を上流端とすると，一つ目の湾曲の影響を受け，分岐部上流付近では，多くの流木が同じ場所を流れてしまい，そこ以外の場所における流木の挙動を確認出来なくなる．そこで，図-8に示すように分岐部上流の横断方
向3地点に投入部を設け，様々なポジションの流木の挙動を感度分析的に確認することにした．流木は実験時に投入した流木量と同等に16秒に4本を一定間隔で600秒投入した．
(2) 計算結果a) 流入口（分岐部）付近の流木の挙動（case1～case6）
表-1に各ケースの捕捉池に流入した流木の割合（流入率）を示す．水深平均流速の条件下で計算した流木の流入率は，左岸から投入したcase1で100%，河道中央から投入したcase2で86.5%とほとんどの流木は捕捉池に流入した．しかし右岸側から投入したcase3では0%であった．
4I_1444

case
case1
case2
case3
case4
case5
case6
case7
case8

投入位置
左岸側
河道中央
右岸側
左岸側
河道中央
右岸側
流入口中央
流入口中央

計算流速
水深平均
水深平均
水深平均
底面
底面
底面
水深平均
底面

流入率(％)
100.0
86.5
0.0
0.0
0.0
0.0
－
－10(m/s)

水深平均流速(m/s)

図-6 水深平均流速ベクトル図10(m/s)

底面流速(m/s)

図-7 底面流速ベクトル図

Case1-6

捕捉工
スリット●流木投入位置

河床高(m)

囲繞堤

Case7-8図-8 流木の投入位置

流木投入位置
流木の挙動

水深(m)

(c) case3(b) case2(a) case1
左岸側から投入河道中央から投入

右岸側から投入

図-9 実験開始5分後の水深平均流速流下時の流木の挙動
流木投入位置
流木の挙動

水深(m)

(b) case5
河道中央から投入(a) case4
左岸側から投入(c) case6
右岸側から投入

図-10 実験開始5分後の底面流速流下時の流木の挙動

水深(m)(a) case7
水深平均流速(b) case8
底面流速● 流木投入位置← 流木の挙動(c) 実験結果

図-11 実験開始10分後の捕捉池内の流木の挙動

一方，底面流速の条件下での流木は投入位置に係らずケースとし，流木投入位置は捕捉池流入口の中央に設定
捕捉池には流入しなかった（表-1）．ただし投入位置にした（図-11）．
よって新河道を流れる流木の挙動は異なる結果となった． 捕捉池に流入した流木は，水深平均流速と底面流速で左岸から投入した流木（case4）は新河道全体を流れ下異なる挙動を示した．水深平均流速を流れる流木は，捕流部外岸を通って流下した（図-10(a)）．これは河道中捉池外岸側を流下し下流端の捕捉工まで到達し停止した央から投入したcase5も同様であった（図-10(b)）．し（図-11(a)）．
かし右岸から投入したcase6の流木は，新河道の内岸側
一方，底面流速を流れる流木は，2次流によって捕捉に沿って流れ滞留・堆積する流木が確認できた（図池の内岸に向かって流下し囲繞堤周辺に堆積した（図10(c)）．底面流速ベクトル図（図-7）からわかるよう11(b)）．また囲繞堤の下流部に流下した流木は渦流にに内岸側の流速が遅く河岸付近では止水域となっている
よって上流まで戻され囲繞堤付近に堆積した．捕捉池内
ことから流木は滞留・堆積した．この現象は水理実験での流入部付近の底面流速の流れが内岸側に向いているこも確認されている（図-3参照）．既往実験における流木とが図-7の底面流速ベクトル図からも確認できる．
既往実験における流木の捕捉状況を見ると捕捉池下流の捕捉率が87.5%であることから，流入口上流付近を流端のスリット部と囲繞堤周辺の2か所に集中して堆積しれる流木は，主に河道中央から左岸側の水深平均流速のていた（図-11(c)）．すなわち水深平均流速を流れる流影響を多く受けて捕捉池に輸送されたと推察される．
木は捕捉池の外岸に沿って捕捉工に到達し堆積し，底面流速を流れる流木は2次流により内岸側の囲繞堤周辺にb) 捕捉池内の流木の挙動（case7，case8）
流下し堆積したものと推察される．
次に捕捉池内の流木の挙動について考察する．計算
ただし，このモデルでは流木同士の干渉を考慮しておケースは水深平均流速（case7）と底面流速（case8）の25I_1445

2）土木学会水工学委員会 2016年8月北海道豪雨災害調査団：2016年8月

らず，流木が堆積した後の影響は確認できない．また，スリット部に流木が堆積し閉塞される現象やそれによる水位上昇を表現できないため，さらなるモデルの改良が必要である．

北海道豪雨災害調査団緊急報告会資料，2016.
3）平成28年台風第10号水害 土木学会・地盤工学会合同調査団：平成28年台風第10号による岩手県災害調査報告書，2017.7.
4）岩手県県土整備部河川課沿岸広域振興局岩泉土木センター：第1回小本川河川整備連絡協議会「小本川河川整備計画（素案）資料4」，５．まとめ2017.4.27.

本研究では，水理模型実験で確認された複雑な流木の挙動を解明するために準3次元流れの計算モデルに個別要素法を用いた流木モデルを組み込んだ数値解析モデルを適用し，水深平均流速と底面流速を使い分けることで流木の挙動を再現できることを明らかにした．また本解析手法を用いると河道内で生じている流木災害の解明や対策工設計の効率化を図る上で有用な知見が得られると考える．以下に本研究で得られた知見を示す．
流入口上流付近を流れる流木は，主に河道中央から左岸側の水深平均流速の影響を多く受けて捕捉池に輸送された．一方，底面を流れる流木は捕捉池には流入しないため，2次流が十分に発達する前の湾曲部上流側に流入口を設定する工夫が必要となる．
湾曲部に位置する捕捉池内では，水深平均流速を流れる流木は捕捉池の外岸に沿って捕捉工に到達し堆積し，底面を流れる流木は2次流により内岸側の囲繞堤周辺に流下し堆積することが分かった．このことから湾曲部における流木の挙動を把握するためには2次流の影響を考慮した計算が必要と考えられる．
参考文献

5）加藤一夫，小笠原敏紀，松林由里子，渡辺一也，三浦忠昭，菅野貴詳，山口里実，渡邊康玄，赤堀良介，千葉喜一：小本川の流木捕捉施設設計に関する水理模型実験による検討，河川技術論文集，第24 巻，pp.137-142，2018.
6）吉沢朋樹，久加朋子，清水康行，加藤一夫，サムナー圭希，今日出人：準三次元流れにおける流木の挙動に関する研究，土木学会北海道
支部 論文報告集，第75号，2019.
7）小松利光監修，山本晃一編集：流木と災害 発生から処理まで，技報堂出版株式会社 ，pp.203-225，2009．
8）清水義彦，長田健吾，高梨智子：個別要素法を用いた流木群の流動と集積に関する平面2次元数値解析，水工学論文集，第50巻，pp.787792，2006.
9）清水義彦，長田健吾：流木形状を考慮した個別要素法による橋脚周辺群の流木集積過程に関する数値実験，水工学論文集，第51巻，pp.829-834，2007.
10）岩崎理樹，清水康行，木村一郎：二次流モデルが自由砂州計算に与える影響，土木学会論文集B1（水工学），Vol.69，No.3，pp.147-163，
2013.
11）Engelund, F.：Flow and bed topography in channel bends，
Journal of Hydraulics Division ， ASCE ， Vol.100 ， HY11 ，pp.1631-1648，1974.

1）土木学会水工学委員会：2017年九州北部豪雨調査団合同調査報告，(Received May 31, 2019)2017.7.12.

(Accepted August 7, 2019)

NUMERICAL ANALYSIS ON THE BEHAVIOR OF DRIFTWOOD INDRIFTWOOD CAPTURING FACILITY
Kazuo KATO, Tamaki SUMNER, Tadaaki MIURA, Takamitu KANNO,Kiichi CHIBA, Takuya INOUE and Yasuyuki SHIMIZU
In recent years, river disasters associated with extreme heavy rainfall have frequently occurred, and driftwood thathas flowed out from landslides and bank erosion has been captured in the bridge piers, which is one factor that increases
flood damages. In Omoto River, Iwate Prefecture, the development plan of the driftwood capturing facility using achannel curving section in a mountainous area was set up for mitigating of driftwood damages in urban area taking
advantage of driftwood damages by the typhoon No. 10 heavy rain in August 2016. At present, a structural
specifications of the capturing facility that is able to capture the driftwood efficiently by grasping the behavior of thethree-dimensional driftwood by hydraulic flume experiments are set. Therefore, in order to analyze the behavior ofthree-dimensional driftwood obtained by hydraulic flume experiment, the numerical analysis was carried out by
applying a numerical calculation model incorporating a driftwood model using the discrete element method to acalculation model of quasi three-dimensional flow. Results suggest that the driftwood in the depth average entered into
the catchment reservoir, and there are two types of driftwood such as the driftwood flowing to the slit and the driftwood
deposited in the inner band of capturing facility on the bottom flow velocity.
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