関東森林研究速 報72-1(2021)

流木混じりの土石流に対する立木の効果を検討する水路実験岡田康彦 1 ・長井斎 2 ・玉井幸治 1
１ 国立研究開発法人森林研究・整備機構森林総合研究所
２ 株式会社建設技術研究所
要旨：立木が発揮する防災機能の内，流木混じりの土石流に対する効果を検討するため，模型水路を用いた実験を実施した。全長 2.75m の流走域で加速させた飽和土砂を，15 度および 10 度斜面上に設置した立木に衝突させてその際の挙動を調べた。立木の転倒および流出に関しては，流木（実寸大で長さ 7.5m）の枝/根の有無の影響はほとんど認められなかった。他方，条件として与えた流木の捕捉率については，枝/根がある場合に著しく増大するケースが認められ，流木の効果を定量化する場合，枝や根を与えた効果検証が重要であることがわかった。
キーワード：流木，水路実験，転倒抵抗モーメント

Flume experiments to mobilise driftwood/debris upon standing treesYasuhiko OKADA1, Hitoshi NAGAI2, Koji TAMAI1
Forestry and Forest Products Research Institute. Tsukuba Ibaraki 305-8687 1
CTI Eng. Co., Ltd. Tsukuba Ibaraki 300-2651 2

し，これに水 2.55×10-2m3 をゆっくりと供給して飽和さ

Ⅰ はじめに毎年のように集中豪雨が発生し，そのたびに斜面崩壊せてから一気に流下させた。

や土石流に伴う被害が生じている。森林は山地を保全し

２．流木 既往研究(２)では丸棒（直径 10mm，長さ土砂災害の軽減に寄与しており国民の期待も大きいが，375mm）を流木としていたが，枝として直径 1.5mm，長甚大な流木被害が発生することもあり，森林が果たす防さ 100mm のナイロン 16 本，根として直径 1.0mm，長さ災的機能の定量的な解明は重要課題の一つである。

50mm のナイロン 8本を丸棒に放射状に均等に付加して，急勾配の森林斜面では，崩壊が発生すると樹木は流木実物の形状により近い条件を与えた。
枝や根については，となり被害を及ぼす因子となる。他方，山腹を流下して本数や形状の複雑さ，表面摩擦力など多くの項目がありくる流木混じりの土石流に対して，立木は抵抗体として正確な再現は容易ではないが，ナイロン自体の曲げ剛性機能する。しかし，土石流に巻き込まれて転倒，流出すは実物の５倍程度の大きさである。

れば，流木となり下流域の被災増大につながるケースも

３．水路実験 縮尺 1/20 の水路模型は，流走域の全長2.75m（実寸大では 55.0m），堆積域は同 2.42ｍ（同 48.4m）あり，その評価は容易ではない。
立木単体が土石流に対して発揮する抵抗特性は，現地で与えた。流走域 2.75m は，上流側から勾配 30 度（幅斜面における引き倒し実験を通じ胸高直径と転倒抵抗モ0.15m，長さ 1.55m），勾配 20 度（幅 0.15m，長さ 0.80m），ーメントの関係が整理されている(１)。しかし，流木混じ勾配 15 度（幅 0.15m，長さ 0.40m）を連結してあり，最りの土石流を森林が捕捉する機能を解明するためには，上端部に止水ゲートを設けその背後に供試体を作製した。

複数の立木との相互作用を調べる必要があり，種々の本

この流走域中，勾配 15 度の部分では，高さ 0.01ｍ，長さ数密度，胸高直径（従って転倒抵抗モーメント）を与え0.01m，幅 0.15m の瓦桟を 0.1m 間隔で設置して粗度調整た条件での実証的な実験実施が必要である。本稿では，を行うと共に 4.0×10-3m3 の砂を水路底面に敷き詰めた。

水路実験（縮尺は 1/20）で得られた結果の内，流木捕捉

流走域より下流に位置する堆積域 2.42m は，勾配 15 度と立木転倒および流出について報告する。

（長さ 0.91m），勾配 10 度（長さ 1.51m）を連結してあり，この部分に立木を所定の密度で設置する仕様とした。

Ⅱ 材料と方法

実験は，流走域の下端部を土砂が通過する時を初期条件

１．供試砂 川砂を洗って粒度調整した試料を供試砂として，土石流フロント部の波高および流速が概ねとした（平均粒径 D50 は 0.6mm，均等係数 Uc は 3.4，曲0.07m（実寸大では 1.4m），1.1m/s（同 4.9m/s）になるよ

率係数 Uc’は 0.66）。実験１回につき 2.0×10-2m3 を使用うに調整して実施した。なお，流木は，土砂が流走域の－175 －（受理日 2020 年 12 月 29 日）

表-1. 水路実験の諸元
流木長(m)

立木直径(m)

立木本
数密度(本/ha)Ex-A

7.50.121,0000.113

枝/根の有無無Ex-B

7.50.121,8000.203

無Ex-C

7.50.122,7000.305

無Ex-D

7.50.20

1,0000.314

無Ex-E

7.50.20

1,8000.565

無Ex-F

7.50.30

1,0000.707

無Ex-G

7.50.121,0000.113

有Ex-H

7.50.121,8000.203

有Ex-I

7.50.122,7000.305

有Ex-J

7.50.20

1,0000.314

有Ex-K

7.50.20

1,8000.565

有Ex-L

7.50.30

1,0000.707

有立木面
積率(%)

図-1. 立木面積率と流木捕捉率の関係

15 度勾配部を通過する際に上方から根が下流側を向くように置くように落下させて与えた。立木を設置した堆積域中，15 度勾配部の幅は，上流側が 0.6m，下流側が1.2m で，10 度勾配部は幅 1.2m で一定である。
現地引き倒し実験で導出した最大抵抗モーメントに対

図-2. 立木面積率と立木の転倒/流出率の関係

し，立木の設置条件に関する予備実験を実施して，フルード則に従って強度を発揮するように粘土材料と根入れおよび 0.30m まで太くなると，流木の枝/根の有無にかか深さを決定した。立木の胸高直径(m)は，実寸大では 0.12，わらず，立木面積率に依らずに転倒/流出率は 20%程度以0.20，0.30 とし，立木本数密度(本/ha)を 2,700，1,800，1,000下の小さな値に収束する結果が得られた（図-2）。他方，とした（表-1）。

直径が 0.12m の場合は強度が不足し，太い立木に比べて発生率が高まる結果が得られた。ばらつきが大きいもの

Ⅲ 結果と考察の，本数密度が大きく，従って沢山の立木が位置してい通常，林分は本数密度を用いて検討されるが，本数が同じでも立木が太くなれば一定面積内に占める立木の面積が大きくなり，その影響を考慮するため，合計 12 条件の実験結果を立木面積率により評価を試みる。

る場合は，より立木の転倒/流出が発生することが示唆された。
立木の転倒/流出については，流木の枝/根の有無の影
響はあまり認められなかったが，流木の捕捉については与えた流木の本数に対して立木により捕捉された百分枝/根の影響が大きかった。流木混じりの土石流の捕捉に率を流木捕捉率として整理すると，いずれの実験でも立関する実証実験においては，枝/根を考慮した流木を検討

木面積率が大きくなると捕捉される率も高まる傾向が認材料にして研究を進めることが極めて重要であることがめられた（図-1）。ただし，枝/根無しの実験では，概ね単わかった。

調増加した一方，枝/根有りの実験については，立木本数密が 1,000 本/ha の場合，捕捉率が他条件と較べて低下す引用文献る傾向が認められた。
特に立木直径が 0.12m および 0.20m(１) Y OKADA（2019）Measuring the critical turning momentの Ex-G および Ex-J では，枝/根無しの結果と同等程度まof the Japanese cedar (Cryptomeria japonica) in situ. JFRで捕捉率が下がる結果となった。流木の捕捉には立木間

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隔の影響が寄与し，1,000 本/ha では間隔が大き過ぎるこ(２) 岡田康彦・長井斎・玉井幸治（2020）立木による土とが示唆された。

砂と流木の捕捉効果を検討する水路実験．関東森林研究

立木の転倒もしくは流出に着目すると，直径が 0.20m－71(1):185-186

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