阿賀野川の阿賀野川の河口地形変動が河口地形変動が塩水遡上に塩水遡上に与える影響
える影響

1. はじめに

水工学研究室

伊藤亜矢子

指導教員

細山田得三

2．塩水くさび
塩水くさび

河口に於ける１つの問題として，塩水の遡上

河口は海岸と河川が接する場所であり，潮汐が挙げられる．河口は海水と淡水が交わる場所と河川流が互いに影響している．そのため，海であり，両者の密度差によって流動が複雑とな

水面の上昇によって海水が河川内に遡上する塩る．塩水遡上は，海水の密度差によって，河川水遡上が発生する．淡水と塩水では塩水の方がを海水が河床上を遡上する現象である．海水が密度が大きいため，塩水が淡水の下に入り込む．

上流まで達し，農業用水や工業用水の取水地点

この様子を河川横断面から見ると，楔形に塩水まで到達すると，農作物や様々な製造物に損害が入り込んでいるため塩水くさびと呼ばれる．

を与える．アメリカのミシシッピ川では 200km

河口水位は海岸の潮位によって定まる．海水はも塩水遡上が発生した記録が残っている．塩水

満潮の潮位が高い時に河川内に侵入してくるた遡上を防止する方法は幾つかある．現在，実用め，潮位変動は塩水遡上を考える上で考慮すべされていのは河口に水門を設け、海水を河口でき要因の１つである．その他の要因として，河遮断する方法である．これにより，飲料水，工川流量の減少，河口開口幅の増大，河道の浚渫業用水，農地の灌漑用水等の安定した取水を可や河床低下が挙げられる．淡水と塩水の混合形

能としている．河口砂州は，自然の水門とみな態は，弱混合型，緩混合型，強混合型の 3 つにす事ができ，塩水遡上を阻止するものとして機分けられる．一般に図 1 に示す弱混合型は，潮能している．既往の研究では，塩水遡上に関す位変動が小さい日本海側の河川に多い．淡水とる研究が多くなされている．河川の水理諸量，海水の混合を促すような働きが弱く，鉛直方向

河口地形，気象，潮汐等との関連性についてはに淡塩層の状態となる．内部の境界面は作用す

多くの知見が得られてきた．これまでに不等流るせん断力によって傾きが生じる，これが塩水の塩水遡上については多くの知見が得られていくさびである．淡塩層の境界は明瞭であり，塩るが，非定流の塩水遡上を対象とした例はあま

分濃度の鉛直分布は境界で急変する．

りなく，詳細な挙動については明確ではない．
また，近年では環境破壊による地球温暖化の影響が表面化してきた．温暖化により地球の平海水

淡水

均気温が上昇し北極，南極の氷が溶け出してきた．これにより，平均海面が上昇し河川への海水流入が容易に起こると考えることができる．
近い将来，塩水遡上は深刻な問題になると考え河床られる．

図1

1弱混合型

3. 研究目的
河口砂州は塩水遡上を阻止する機能を果たしているため、砂州の形状が塩水遡上にどの様に影響するのかは重要であるといえる．本研
究では，阿賀野川河口部の地形変動に着目し，数値シミュレーションにより，砂州の有無が塩水遡上に及ぼす影響を定量的に把握する事を目的とする．
4. 研究方法

写真 2

H17 年 10 月阿賀野川河口砂州の状態

写真 3

H18 年 10 月阿賀野川河口砂州の状態

Ｈ16 年に 7.13 水害が起きた際、大規模な砂州のフラッシュが起きた．写真 1 は阿賀野川河口におけるフラッシュ後の写真であり、時間の経過に伴い、写真 2，3 の様に徐々に砂州が形成されていく．
写真 2 の H17 年は、写真 3 の H18 年よりも砂州が発達していないため，海水が河川へ流入しやすいと考えられる．そこで，H17 年と H18年の塩分，流量，水位，水温等の計測結果を元に、砂州の形状の違いが塩水遡上にどの様に影響しているのかを考察した．また，より詳細な検討を行うために 1 次元数値モデルで数値シミュレーションを行い，非定流の塩水5. 阿賀野川河口データ
阿賀野川河口データのデータの解析遡上の動態を算出した．

写真 4 は塩分計設置状況である．塩分計はＥＬを基準としてＥＬから上に 0.4ｍ(以下「塩分計上」)，下に-0.6ｍ(以下「塩分計中」)，その下に-1.20ｍ(以下「塩分計下」)の 3 箇所に設置した．
センサー設置標高 EL は 0.296m である．

図-2 はＨ17 年、図-3 はＨ18 年の塩分と河口流量の関係である．ここでは 3 箇所の塩分計の平均を用いた。いずれのグラフからも流量が減少する時期に塩分量は増加し，流量が増加する時期に塩分量が減少していることが分かった．これより，塩分と河川流量は密接
写真 1な関係といえる．

H16 年 7 月フラッシュ後の

図-4 は夏季、図-5 は秋における塩分計上と阿賀野川河口砂州の様子

河川流量のＨ17 年とＨ18 年の比較である．
Ｈ16 年の 7.13 水害でのフラッシュより，Ｈ2

17 年は，砂州は形成途中であり河口断面積が14大きい事から，Ｈ17 年方が海水は河川へ浸入

700

H１７塩分
１７塩分（塩分（ 上）H18塩分
18塩分（塩分（ 上）
H17流量
17流量
H18流量
18流量

12

して来やすいといえる．各年で河川流量が同600

10500

8400

6300

4200

2100

各年の塩分を比較した．その結果，Ｈ17 年の流量 (m3/s)

塩分 (psu)

じ値を示している箇所を丸で囲み、その時の方がＨ18 年のより塩分が高かった．これより，砂州が発達していないほうが，海水が浸入して来ると分かった．
0116116.5

図4117

117.5

118
118.5
3/1からの経過日数 (日)1190120119.5

夏季における H17 年と H18 年の比較
3500

6H １７塩分
１７塩分（塩分（上）H 18塩分
18塩分（塩分（上）H 17流量17流量
H 18流量
18流量

53000

2500
41500

流量 (m3/s)

塩分(psu)2000
3210001

写真 4500

塩分計設置状況
00150

152

154156158160162

164

3/1からの経過日数 (日)
35

6000

塩分30

図5流量

秋における H17 年と H18 年の比較

5000

25

3000
156.

流量 (m3/s)

塩分 (psu )4000
20

本研究で採用した基礎方程式は，連続式，2000

運動方程式である．

1000・ 連続式

1050030

60

90120

150

180

1 次元モデル次元モデル概要
モデル概要

0240

210

B

3/1からの経過日数(日)図2

H17 年の塩分と河川流量の関係

35


1 ∂ν
∂  p∂  αν 2 
 = − + z  − i f (2)+g ∂t ∂ x  2 g ∂x  ρg


6000

流量(1)

・ 運動方程式

塩分30∂h ∂Q+=0∂t ∂x

5000

25

ここで，B は河口幅，h は水深，t は時間，Q3流量(m /s)

塩分(psu)4000
20300015は流量，x は流れ方向の座標，g は重力加速度，v は速度，p は圧力，if は擦勾配，αはエネル

2000
10500306090120150180210

1000

ギー補正係数 ，( p / ρg ) + z はピエゾ水頭であ0る．

240

3/1からの経過日数 (日）

図3

計算に用いた格子は 1 次元のスタガードメッ

H18 年の塩分と河川流量の関係シュであり，水深と流速が互い違いに分布して3いる．このような配置の場合，流速に対する圧
淡水

力勾配の意味が明確になり，取り扱いが容易に淡水計算に用いた条件は以下の 5 通りである．地
形勾配については河口付近を取り扱うため，水位(m)なると共に計算の安定度が高くなる．

1/10000 とした．1 格子のサイズは 50m で 20026.7h

26.7h
15h15h5h

河床0h

格子とし，このため全体の計算領域は 10km と5h

河床0h10kmなる．

砂州あり
砂州無し
図 7 塩水水位の経過変化

条件 01 初期塩分分布が高い
条件 02 初期塩分分布が低い
条件 03 条件 02+河口幅 600m とする３次関数
条件 04 SET02+河口幅 800m とする３次関数
条件 05 SET04+砂州あり
7．

数値計算結果砂州あり

数値計算では、先述した 5 つの条件の下で塩砂州無し

分分布、塩水と淡水の水位、海水と淡水の流速を求めた。

図8

淡水の流速の経時変化

図 6 は横軸に境界からの距離、縦軸に経過時間を示した塩分分布の図である。塩分分布は、砂州の有無に関わらずほぼ同様な分布をしているが、砂州がある場合、砂州の位置では周りより塩水水位が高くなった。
砂州あり

図 7 は図 6 における塩分水位変化をラインで砂州なし表したものである．
図 8 は境界からの距離、縦軸に経過時間を示

図9

塩水の流速の経時変化8. 結論

した淡水の流速の図、図 9 は塩水の流速の図でデータ解析では、砂州の形成の違いで塩分ある。淡水、海水の流速については、砂州の有遡上量が変化することが分かった。

無に関わらず同様な結果となった。

それに対して数値解析では、砂州の地点で塩分水位が変化することがあったが、時間経過後の塩分水位は、砂州の有無に関わらずほぼ同じような結果となった。
このことから、阿賀野川においては砂州の砂州あり形状により塩分に差が出たものの、数値計算砂州なしの結果からは砂州の形状が塩分遡上量の違い及ぼす影響は、ほとんど見られなかったため、

図6

阿賀野川において生じた塩分の差は微小なも塩水水位の経時変化のであると考えられる。

4