土砂動態学―山から深海底までの流砂・漂砂・生態系―
松島 亘志・成瀬 元・横川 美和編著・東 良慶・今泉 文寿・佐々 真志・田島 芳満・知花 武佳著
https://www.kyoritsu-pub.co.jp/bookdetail/9784320047358

i

まえがき

〜土砂動態学とは〜

我々が住む地球という天体の中で，物質はものはプレート境界から地球深部に沈み込み，様々な形態で循環している．よく知られた大高温・高圧状態でマグマとなり，あるいはマグ気循環システムでは，太陽からの熱によって大マに接触して変成岩となる．さらに，マグマが気が暖められ，上昇することによって流れが発火山噴火で噴出し，急冷・固化して火山岩とな生し，様々な季節風や低・高気圧，台風などのり，山地部の地表を形成する．あるいは，プレ複雑な気象が現れる．また，水循環システムでートテクトニクスの力で地盤が押されて隆起は，雲の形成と降雨により水が高所に運ばれ，し，山地を形成する場合もある．このような多それが重力の作用によって徐々に低い場所（=様な物質循環を，本書では広い意味で「土砂循海）に流れていくが，その途中で地層に浸み込環」と呼ぶ．

んで地下水となり，海に流れ着くのに長い年月

本書では，そのような移動形態のうち，特にがかかる場合もある．また，その水循環の過程粒子状の「土砂」として移動する部分，すなわで，流水は岩や土を削り，運搬して，堆積させちプレートテクトニクスによる移動以外の移ることで地形を変化させる．すなわち，地盤を動形態に焦点を当て，これを「土砂動態」と呼構成する岩や土などの固体物質もまた，形を変ぶ．土砂動態は，プレート運動よりも時間スケえながら移動，循環している．

ールが短く，また地盤のより浅い部分の運動でこれら地盤を形成する物質は，その状態によって岩石，土，土壌，土砂など，様々な名称であり，後述するように我々の生活に直結している現象である．

呼ばれるが，地盤表面で，重力や流水によって他の物質循環現象と比べて，土砂動態は，定移動する場合には，大小様々な粒として存在量的な議論がいまだほとんどなされていない．

している．本書ではそれらの粒子状の地盤材

これは，大気や水は，流体であり，扱い方（数料を総称して「土砂（英語では sediment）」と学で記述する方法）が比較的確立しているのに呼ぶ．土砂は，山地での風化や侵食によって生対して，土砂は，土粒子や土粒子の集まりとし成され，重力による斜面崩壊や川の流れによって移動するが，その力学法則がいまだによくわて移動・運搬される．そして，平野部や海底でかっていないことが原因として挙げられる，ま堆積し，その後，長い期間の続成作用によってた，多くの場合，雨や河川などの水の流れに影堆積岩として固まる．固まった岩石は，プレー響されて移動するため，土粒子と水の両方のトテクトニクスによって徐々に移動し，ある動きを考えなければならないことも，問題を土砂動態学―山から深海底までの流砂・漂砂・生態系―
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ii まえがきむずかしくしている原因の 1 つである．また，「土砂動態学」が，我々の生活といかに関わ現象の時間スケールが，プレート運動よりはっているかを，いくつかの例を挙げて説明しよ

短いものの，人間の生活時間スケールに比べう．

るとずっと長い（侵食・堆積地形の変化は数十⑴ 構造物を安全に建設する年，数百年以上のスケール）ことも，影響して我々は地面の上で生活しており，住居や工場いる．すなわち，日単位で変化する気象などにやオフィスビル，あるいは川の氾濫を防ぐ堤防比べて，観測データが絶対的に不足している．

やダムなど，様々な人工構造物を地面の上に造定量的な議論ができない，ということは，っている．しかし，それらの構造物をいかに強「数値」として予測できない，ということであ固に造っても，それを支える地盤が弱いと，沈り，我々の生活を改善するための「農学」や下したり，すべったりして構造物が役に立た「工学」に利用できない，ということを意味す

なくなるどころか，急激な破壊は人命をも脅かる．

す．構造物を造るための鉄鋼やコンクリートはそこで，このような未解明の課題を解決しよ

人工の材料であり，その品質を管理することがうとする学問分野，すなわち，「地球表層の未できるが，地盤は自然の材料であり，場所や深固結地盤材料である土砂の移動形態メカニズムさによってその性質が大きく変化している．しを明らかにしようとする学問」としての「土砂たがって，構造物を造る前に，その地盤を掘削動態学 (sediment dynamics)」が，本書のテーして，いろいろな深さから試料を採取し，圧縮マである．

しやすさや，すべりやすさを実験によって確認

この学問は，大きな枠組みでは「地球科学」しておく必要がある．という理学の学問分野の一部であると考えられ地盤の性質が場所や深さによって異なるのる．特に，「地質学」，「地形学」，「堆積学」なは，地盤がどのように形成されたかに関係しどと関わりが深い．ている．たとえば川の近くの地盤は，大雨によ一方，工学の既存の学問分野の中では，力る川の氾濫で堆積した土砂からできており，比学（手法）を基準としたものでは，土の力学較的新しい地盤である．そのような地盤の中を扱う「土質力学」，水の流れを扱う「流体力でも，山から流れ出た土砂が堆積した扇状地学」「水理学」をベースに，「砂防工学」，「地盤では，比較的粒径の大きな砂や礫が堆積し，も工学」，「河川工学」，「海岸工学」などの「土木っと下流の海に近い場所では，より細かい粘土工学」の複数分野にまたがった分野として位置などが堆積している．いったん，堆積した土砂づけられる．の上に，新しい土砂が堆積すると，下の土砂はこれらの既存の学問分野に対して，「土砂動上の土砂の重みで圧縮されて硬くなる．また，態学」では，「土砂」の運動という力学現象の堆積した土砂の隙間を地下水が流れると，長解明を中心課題に据えて，現在の定性的な理解い年月をかけて，カルシウムなどの成分が析出から，定量的な評価に向かう足がかりとするこして，土砂の粒子どうしを固着する．これによとを目的としている．また，土砂の流れは山地っても地盤は年月とともに硬くなっていく．しから深海までつながっていることから，それらたがって，このような土砂の移動現象をよりよを俯瞰し，統一的に記載することを目指していく理解できれば，どのあたりの地盤がどのようる．

な性質を持っているか，ある程度推定ができる土砂動態学―山から深海底までの流砂・漂砂・生態系―
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まえがきiii

ようになる．さらに，これらの情報を定量化で区分（その場所が地質的にどのように形成されきれば，構造物を建てるときに役立つ情報となたか，表 0.1）を基礎として数値化している4)る．

が，土砂動態学の知見は，この精度の向上に役現在のビッグデータ社会において，日本の国立つことが期待される．

土の地盤物性データをデータベース化しようとする動きも始まっている．国土交通省の Ku-

niJiban1) や，防災科学技術研究所が中心とな

表 0.1 微地形区分3，4)
微地形分類コード

微地形区分

1

山地ってまとめられた統合化地下構造データベー

2

山麓地

ス (Geo-Station)2) などはその例である．これ

3

丘陵

らの情報は，過去の様々な建設工事の際に取得4火山地したデータであり，現状では空間的な偏りが大

5

火山山麓地

きく，解像度は十分でない．しかし，これらの6

火山性丘陵情報と，土砂動態学研究で得られた地盤の形成

7

岩石台地プロセスの知見を相補的に用いれば，データベ8

砂礫質台地ースの精度は大きく向上すると考えられる．

9

ローム台地

⑵ 斜面災害の危険度を予測する

10

谷底低地

山がちな国土を持つ日本では，毎年のように

11

扇状地

地震や大雨による土砂災害が発生しているが，

12

自然堤防

これも土砂移動現象の一形態である．雨水がど

13

後背湿地のように流れて集積するか，それがどのように14旧河道

土砂を動かすのか，というメカニズムが明らか

15

三角州・海岸低地になれば，毎年のように発生する土砂災害のリ

16

砂州・砂礫州

スク軽減に役立つ．2000 年に制定された土砂

17

砂丘災害防止法（正式名称「土砂災害警戒区域等に18砂州・砂丘間低地おける土砂災害防止対策の推進に関する法律」
）

19

干拓地

により，各自治体において土砂災害の恐れのあ

20

埋立地る区域を指定し，様々なソフト対策に役立てる

21

磯・岩礁

22

河原23

河道

24

湖沼

ことが試みられているが，この危険区域をより合理的に決定するためにも，土砂移動のメカニズム解明は重要な課題である．
⑶ 地震動の強さを予測する
将来想定される地震に対して，日本の各地がどの程度揺れるかを予測する「全国地震動予測地図」が防災科学技術研究所のホームペー3)

出典 http://www.j-shis.bosai.go.jp/map/JSHIS2/

data/DOC/DataFileRule/Z-RULES.pdf の表 3 3⑷ 環境・生態系を守るそれぞれの山地から，毎年どのくらいの土砂ジ (J-SHIS) より公開されている．その予測が生産され，流出するのかは，前述の土砂災害には，地震断層から伝播してきた地震動が，表リスクとも関連して，土砂動態学の重要な研究

層地盤でどの程度増幅するかの情報を，微地形対象である．実はこの土砂生産・流出は山地の土砂動態学―山から深海底までの流砂・漂砂・生態系―
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iv まえがき

植生とも密接に関連していることが，最近のいては，土壌に含まれる栄養分といった化学的研究で徐々に明らかになってきている（詳細視点のほか，地盤の硬さや水はけなどの物理的．逆に，土砂動態の観測結果は第 4 章を参照）

性質や，微生物などの生物学的な面が複合的にが，森林の保全を行う上での重要な基礎情報と絡み合っている．そして，長期の土砂動態は，もなる．

文明の長期の持続的な発展を考える上で不可欠

高度成長期の水不足・電力不足で，日本各地にダムが建設されたが，これによって河川の生な視点である．
⑹ エネルギー・資源を探る

態系が分断され，周辺の自然環境に影響を与え河口や沿岸に堆積した土砂は，波の作用でていることが指摘されている．また，ダムは水徐々に深い方へ流れ，ついには深海へと流れだけでなく土砂の下流への流出も制限するた

込む．近年の地球深部探査船「ちきゅう」など

め，下流への土砂供給が減少し，干潟や河口周の観測により，今まで未知だった海底での土砂辺の砂浜が減少する，海底地形が変化して潮の動態が徐々に明らかになってきている．このよ流れが変わったり，台風の高潮や津波の高さがうな土砂の移動は，その後のプレートテクトニ影響を受ける，等の長期的な影響が現れる．こクスによるさらなる沈み込み時の地震挙動など

れらの影響を軽減するために，ダムが一時的なにも影響を及ぼすが，より注目されている応用人工洪水を発生させるフラッシュ放流なども行

分野は，深海の利用と環境保全である．石油やわれているが，この操作の有効性の検証や効果

各種鉱物資源，特に近年注目されているメタン的な運用法についても，土砂動態学の知見が役ハイドレートやレアアースなどの海底資源分布に立つ可能性がある．

は，長期間の土砂動態が深く関わっており，こ河川の流量が上流のダムによって制限されるのメカニズム解明は，資源探査の効率化につなと，中州などの植生が発達し，洪水時にそれががるものである．また，そういった海洋開発に抵抗となって水深が上昇して堤防の決壊につおいては，海底地すべり・海底土石流などの急ながる可能性もある．このように，土砂動態と激な土砂移動現象による災害にも配慮する必要

生態系の長期的な変化は，防災にも様々な影響がある．これらは，深海の環境・生態系にも密を及ぼす．こういった観点から，環境や生態系接に関連している．に関わる様々な長期問題を長期防災と位置づけ

以上を見てもわかるとおり，「土砂動態学」て，斜面災害などの短期的な防災と一体で考えは，既存の様々な分野にまたがった学問である必要がある．

り，これまでは，それぞれの分野において，関⑸ 農地を守る係する事柄について別々に研究されてきた．そ古代文明が，肥沃な土壌が広がる場所で発達のような焦点を絞った議論が重要であるのと同したという考え方は古くからあるが，近年，人様に，分野をまたいだ，広い視点での議論を行

類の歴史を土壌の変化と関連づけてより詳細にい，知識の共有化を図ることも重要である．そ5)

議論する提案がなされている ．そこでの基本のような目的で，公益社団法人土木学会におい的な考え方は，肥沃な土壌を酷使することによて，地盤工学委員会「土砂動態学」小委員会がって土壌が瘦せ，結果的にそこにある国家は衰組織され，様々な分野の研究者が集まって，統退していく，というものであり，農業の面から一的な見方を議論した．そこでまず問題となっの土壌管理の重要性を指摘している．農業におたのは，用語や概念の不統一であった．これら

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まえがきv

は，分野間の相互理解の妨げになり，これを解は，山地における土砂移動形態としての，斜面消するために多くの研究紹介とそれらに対する崩壊や土石流について解説し，土砂生産，下流議論が必要であった．そのうえで，それぞれのへの土砂供給や植生との関連を解説している．

分野での土砂動態の取り扱い方を比較すると，5 章「河川流域の地質と河床構造・生態系」

土粒子個々の運動に着目する立場，土粒子の集では，主に山地に近い渓流河川の河床構造の形合体としての運動に着目する立場，流体の運成メカニズム，侵食や堆積によって形成される動に付随する運動として土砂動態を記述する

流域の地質について解説し，それらと河川生態立場，単にある領域に入ってくる土砂と出て行系との関わりについても述べている．

く土砂の収支のみに着目する立場など，様々な

6 章「沖積河川の土砂収支」では，沖積平野考え方があり，それぞれの立場を理解することを流れる河川における土砂収支，すなわち，どは多くの議論を必要とする作業であった．本書の程度の土砂がその地域に流入し，また流出しは，そのような議論を通して，委員の間で共有ているのかの観測と，それが河川地形に与える化された知見の一部を，初学者にわかりやすい影響や人間活動の影響などについて解説していようにまとめたものである．

る．また，土砂収支を定量的に扱うためのモデ本書の構成を以下にまとめる．

ル化の手法についても，具体例とともに紹介し

1 章「概論：山から海への土砂の移動と地ている．

形」では，土砂動態学の全体像を様々な地形と7 章「干潟・砂浜の生態地盤学」では，よりの関係でまとめている．本章で，山地から海へ下流の干潟や砂浜での生態系と，堆積土砂の関つながる，土砂移動の概要をつかんで，以降の係についての最近の研究成果を解説している．

章へ進む足がかりとなっている．

8 章「沿岸域における土砂の移動と海浜変2 章「堆積土砂の基礎的性質」では，土砂動形」では，海岸線に近い部分で，波浪や沿岸流態の主役である土砂の性質として，土粒子の性によって土砂がどのように移動するかのメカニ質，およびそれらの集合体としての性質を定量ズムと，それによる地形変化について解説して的に表す物性値について説明している．また，いる．

以降の章で議論される，土粒子と土砂の運動に

9 章「沿岸地盤の多相系ダイナミクス」でついての力学法則について，簡単な式と図を用は，海岸線に近い沿岸部の地盤について，特にいて説明している．

液状化と呼ばれる現象とそれが海岸構造物に及3 章「土砂の移動とベッドフォーム・堆積構造」では，土砂の移動によってどのように地ぼす影響などについて，数学的なモデル化も含めて紹介している．

形・地層が形成されるかについて，その基本的10 章「海底扇状地と土砂重力流」では，海なメカニズムと土砂の物性値との関わりについ岸付近から深海に向けて流れる重力流と呼ばれて解説している．

る流れによる土砂移動現象について解説してい4 章以降では，山地から始まり，深海に至るる．

まで，土砂の移動方向に合わせて，それぞれのこのように本書では，山地から深海までの土場所での土砂動態の詳細と，関連する応用事例

砂移動現象について，現在まで得られている理について解説している．

解を分野横断的に記述したものである．なるべ

4 章「山地における土砂生産と土砂移動」でく専門的な知識を前提としない形で解説する

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vi まえがきように心がけたが，力学的なモデル化の部分な数のコメントをいただきました．そして，共立

どは，どうしても専門的にならざるをえず，一出版の寿日出男さん，中川暢子さん，天田友理部，偏微分方程式などの記述も含まれている．

さんには，本書の企画から仕上げの編集作業まそのような部分については，巻末に補遺を設けで，懇切丁寧に導いていただきました．ここにて，なるべく本書のみで情報が完結するように記して，感謝申し上げます．

心がけた．ただし，それにも限界はあるので，最後に，読者のみなさんにとって，本書がそういった場合には，巻末の「より深く学ぶた「土砂動態」現象に興味を持つきっかけや，よめに」に記載した，材料力学，流体力学，土質り広い視野を身につけるうえでの助け，あるい力学などの他の専門書などを参照していただきは現在取り組んでいる課題の解決への指針となたい．

れば，執筆者一同，とてもうれしく思います．

各章の最後には，大学の授業で使えるような演習問題も加えたので，適宜利用していただきたい．
本書をまとめるにあたり，執筆のきっかけとなった土砂動態学小委員会の設立をサポートしていただき，また数多くの有益なアドバイスをいただいた京都大学名誉教授の関口秀雄先生に厚く御礼申し上げます．また，筑波大学構造エネルギー工学専攻地盤工学研究室，および京都大学地球惑星科学専攻地球生物圏史講座の学生さんには初稿を読んでもらい，読者目線での多参考文献
1) 国土地盤情報検索サイト KuniJiban http://www.kunijiban.pwri.go.jp/jp/
2) 防 災 科 学 技 術 研 究 所：統 合 化 地 下 構 造 デー タ ベ ー ス (Geo-Station) https://www.geostn.bosai.go.jp/（2020.3.19 参照）
3) 地 震 ハ ザ ー ド ス テ ー シ ョ ン J-SHIS http://www.j-shis.bosai.go.jp/（2020.3.19 参照）
4) 若松加寿江, 松岡昌志 (2013)，日本地震工学会
誌，35 38．
5) デイビッド・モントゴメリー (2010)，土の文明史, 築地書館．