2022年度河川技術に関するシンポジウム

3次元河道設計ツールを用いた治水・環境の一体的検討の試行～雲出川直轄区間を例として～
TRIAL OF INTEGRATED STUDY ON FLOOD MANAGEMENT AND
ENVIRONMENT BY USING 3-D RIVER CHANNEL DESIGN TOOL~ CASE STUDY OF KUMOZU RIVER ~周月霞1・吉武央気2・東海林太郎3・森下祐4・小河健一郎5・
堀江隆生6・関谷雄大6・中村洋平6・河野誉仁7・林田寿文8

2022年6月16～17日

1正会員 博士（工学） パシフィックコンサルタンツ㈱ (PCKK) 河川部
2正会員 工修 PCKK 河川部 つくば技術研究センター
3非会員 PCKK 河川部
4非会員 博士（学術） PCKK 中部国土基盤事業部
5非会員 博士（工学） PCKK 中部国土基盤事業部
6非会員 国土交通省中部地方整備局三重河川国道事務所
7正会員 博士（工学） （国研）土木研究所水環境研究グループ自然共生研究センター
8正会員 博士（環境科学） （国研）土木研究所水環境研究グループ自然共生研究センター

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目次

2

1. 検討の背景
2. 3次元河道設計の解析モデルの構築

3. 3次元ツール（Nays2DH）を用いた治水評価
4. 3次元ツール（EvaTRiP）を用いた環境評価

5. 大河川に3次元河道設計ツールを適用する際の留意点
及び課題
6. 結論

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◼1.検討の背景
従来

治水
（主）

環境（補）

現在

治水
（主）

環境（主）

3本検討

治水・環境を一連の定量的な予測・評価
大河川における適用例がないため，大河川への有効性や留意点，課題を確認することが望まれる．

3 次元河道設計ツール（以降，3 次元ツール）とは，清水ら5)が開発した洪水時の治水安全度を定量評価できる iRIC - Nays2DH および土木研究所が開発した河川環境を定量評価できる EvaTRiP ( Pro ) のツール群の総称である．

本検討の目的河川である三重県雲出川の直轄区間を対象に，・3 次元ツールを用いて治水・環境の一体的検討を試行し，現地調査や既往研究結果と比較してその有効性を確認
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・3 次元ツールを活用する際の留意点及び課題を抽出◼2. 3次元河道設計の解析モデルの構築

中村川

標高（T.P.m）①第一段階の整備
暫定対応河道：5.2k - 9.2kの河道掘削②第二段階の整備
整備計画河道：暫定対応河道
時点の河道掘削に追加して9.2k-11.0k を 掘 削 し ， 10.1k11.0k に位置する小堤を撤去

波瀬川

129630HWL-50

暫定対応河道掘削範囲
現況河道

50

150250350
左岸からの距離（m）

450

20
小堤撤去かつ河道掘削
16HWL128整備計画河道掘削範囲
4 10.6 k
現況河道
0-150-5050
150250350450左岸からの距離（m）

解析区間，暫定対応・整備計画河道の横断面

Input(Nays2DH)

変平
動面
解２
析次
モ元デ河
ル床・河道地形、植生分布
・上流端流量、下流端水位

Output検討手順
Nays2DH を用いて平面 2 次元河床変動解析を行い，その解析結果の水深・流速等のデータを河川環境評価モデル EvaTRiP ( Pro )に入力し環境評価を行う．

・水深、流速・河床変動 (堆積、洗掘)

Input②設計河道の掘削断面や樹木伐採等の改変状況を設定し，治水，環境へ与える影響を定量評価(EvaTRiP( Pro))①河床変動解析モデル及び環境評価モデルの妥当性を検証

評
価河モ川
デ環境
ル・瀬淵評価用閾値（変数応答ツールで設定）

評価項目・瀬淵分布・アユ産卵場分布・植生生息範囲

検討手順

流速(m/s)0.90.5

河道掘削

8.4 k

解析条件の設定（環境評価）

雲出橋
水位・流量
笠松頭首工 観測所

小野江
頭首工

標高（T.P.m）

対象区間河道掘削が段階的に計画されて，アユ生息環境の整備・保全に留意する必要がある．

12Ｋ

検討対象：一級河川雲出川の5.2～12k（勾配約1/1100, 代表
粒径約34mm）

解析範囲（約5.2k～12.0k）
流向 左岸河床整正 右岸高水 左岸高水敷掘削
敷掘削

河道
管理事
業
（河道計画・樹木伐採等）

治水
面への影
響を検討

早瀬瀬

0.8

早瀬：
瀬：
淵：
湛水域

淵

湛水域
1.5

水深(m)

h < 0.8m & 0.9m/s < v
h < 0.8m & 0.5m/s < v < 0.9m/s
h > 1.5m & v < 0.5m/s
0.8m < h < 1.5m & v < 0.5m/s

・アユ産卵場評価用閾値（福井ら）
雲出川アユ生息水深範囲：0.12～0.30
雲出川アユ生息流速範囲：0.35～1.30
1.21.0
水深_福井ら
0.8
流速_福井ら
0.6
0.4
0.2
0.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
水深（m）・流速（m/s）

適正値

検討対象

4

生息場物理環境評価法 ( PHABSIM ) を採用
環境面への影響を検討

雲出川では，アユ産卵場生息評価モデルに使われる水深・流速の適正性曲線の検討が過去になされていないため，雲出川現況のアユ生息物理条件に近い福井らによって提案された評価
閾値を採用
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◼2. 3次元河道設計の解析モデルの構築

5

解析条件の設定（環境）解析ケースの設定

・植生流失評価（田中ら）

解析ケース：河道 3 条件×流量 2 条件の 6 ケース
河道3ケース：現況河道，設計河道（暫定対応および整備計画）
流量2ケース：整備計画流量，平均年最大流量

河床移動パラメータ（WOI）により評価

Wash-Out Index
𝑾𝑶𝑰 = 𝝉∗𝟗𝟎 /𝝉∗𝒄𝟗𝟎

ケース名𝜏∗90：90%粒径の無次元掃流力

流量ケース

CASE_I-1

𝜏∗𝑐90 ：90%粒径の無次元限界掃流力

流失

現況河道

平均年

CASE_I-2

整備計画流量CASE_Ⅱ-2
CASE_Ⅱ-3

1020

整備計画

30
40時間（Hour）

50

平均年最大流量ハイドロ

平水流量
60

流量（m3/s）

流量（m3/s）

0

暫定対応

設計河道

整備計画流量：大きい出水；
平均年最大流量×10回：中長期的に河床安定整備計画流量ハイドロ

5000
4000
3000
2000
1000
0

整備計画

現況河道

CASE_Ⅱ-1

解析流量の設定

暫定対応

設計河道

最大流量

CASE_I-3

河道ケース70※アユ産卵場評価に使われる平水時（知花ら）の流況は，計算水位が安定するまで平水流量を設定

2000
1600
1200
800
4000平水流量0100

植生流失評価時

200300400
時間（Hour）

500

600

700

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アユ産卵場・瀬淵評価時

◼3. 3次元ツール（Nays2DH）を用いた治水評価
・水理解析モデルの妥当性検証

定量的な評価2017年10月台風21号の洪水(ピーク流量2,462m3/s)を対象に実施

連続洗掘

121110987
河口からの距離(km)65・現況河道・設計河道の治水評価結果
現況河道と比して，暫定対応河道では水位が最大0.8 m低下、整備計画河道では水位が最大1.6m低下
16 小野江標高（T.P.m）

現況
暫定対応
小野江頭首工から下流端までは縦断平頭首工
HWL
整備計画
14均で12 0.2 m 程度の差異であるため
笠松頭首工

10整備計画掘削区間

86121110暫定対応掘削区間

987
河口から距離(km)65

堆積高さ (m)

河道拡幅により流速が低減されると考えられる

笠松頭首工

6

CASE_I-2 -1 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1

堆積増加

0.4
0.3
0.20.10

堆積高さ (m)標高（T.P.m）

二極化が改善小野江頭首工8

CASE_I-1 -1 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1

河床変動量

H29洪水左岸
H29洪水右岸
観測所_水位
簡易水位計_水位

10

連続洗掘→洗掘・堆積不連続

洗掘・堆積の不連続分布

解析水位
16
平均で0.2 m 程度の差異であるため
12洗掘低減洗掘僅か低減河床変動量

格子分割や粗小野江頭首工から下度係数の設定
流端までは縦断平均で 0.2m程度の差異は適切である
小野江頭首工から下流端までは縦断
14洗掘→堆積

60.3

河床変動量

CASE_I-3 -1 -0.6 -0.2 0.2 0.6 1

平均年最大流量における河床変動量

CASE_I-1 CASE_I-2 CASE_I-3

平均年最大流量ケース

CASE_II-1

CASE_II-2

CASE_II-3

0.2
0.1

06k-7k

7k-8k

平均
年最大と整備計画
流量
同じ
変動
傾向

8k-9k 9k-10k 10k-11k11k-12k

整備計画流量ケース

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◼4. 3次元ツール（ EvaTRiP (Pro)）を用いた環境評価

7・環境評価の閾値の妥当性検証
瀬淵分布とアユ産卵場分布について
環境評価結果（分布位置）は，既往調査結果の分布（位置）とほぼ一致
アユ産卵場の分布位置は瀬の分布と一致し、アユ産卵場が瀬に分布することを既往検討（福井ら、角哲也ら）で指摘された瀬面積(千m2)

解析結果が現地調査及び既往研究成果と一致しているため、環境評価モデルは妥当性である
10.0
7.5
5.0
2.50.0

解析

6k-7k

11k

現地調査

支川合流（地形改変しやすい）がある 7.3 k付
近では，現況と乖離する傾向であった。今後現地地形の確認などから再考察していきたい。
現況河道における瀬淵評価用閾値の妥当性検証

7k-8k

10k

8k-9k 9k-10k 10k-11k 11k-12k

5k
9k

6k
8k
小野江
頭首工
7k
瀬 （※瀬、淵はH20、H25、H30
笠松
頭首工
淵 水国調査結果）
調査と不一致
調査と一致

初期
現況河道

淵11k

瀬早瀬

瀬淵評価用閾値の妥当性検証

5k

10k

9k

水国（魚類調査）
アユ産卵場調査
水国（環境情報基図）
水辺調査（魚類調査地点）

調査と一致

初期現況
河道低8k

6k

調査と不一致

アユ産卵場可能性
高アユ産卵場評価用閾値の妥当性検証
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◼4. 3次元ツール（ EvaTRiP (Pro)）を用いた環境評価
・現況河道・設計河道の河川環境評価結果

瀬淵評価/アユ産卵場評価

アユ産卵場は瀬に位置している；アユ産卵場の面積は瀬の面積とほぼ同じ傾向。この結果は既往研究で指摘された土砂が堆積した瀬がアユの産卵に適している結果と一致

堆積エリアの拡大，水深の低下，流速の増大に伴い，瀬が増加

10k
6k

8k

11k

5k

CASE_I-1

範囲創出箇所

範囲拡大箇所

9k

6k

8k

11k

範囲拡大箇所

CASE_I-2

瀬CASEI-1
20

早瀬

CASEI-2

CASE_I-3

CASEI-3

瀬淵評価結果1510506k-7k

7k-8k

8k-9k 9k-10k 10k-11k11k-12k

低アユ産卵場面積(千m2)淵5k

CASE_I-1
CASE_I-1

範囲創出箇所

CASE_I-2

瀬の面積(千m2)

3 次元ツール
で，治水評価結果から環境変動要因を一連の流れで分析できるため，効率的に治水・環境評価が可能

EvaTRiP ( Pro ) で設定したアユ産卵場の評価方法及び閾値は河道計画で定量的な評価に活用できる

9k

10k

820

アユ産卵場可能性
高CASEI-1
CASEI-2

CASE_I-3
CASEI-3

アユ産卵場評価結果

151050
6k-7k

7k-8k

8k-9k
9k-10k
10k-11k11k-12k
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◼4. 3次元ツール（ EvaTRiP (Pro)）を用いた環境評価
・現況河道・設計河道の河川環境評価結果 植生流失評価
10k

5k9k

小野江頭首工8k

自然裸地
木本類 草本類 自然裸地樹木
開放水面 他の分布

植生流失可能性
低高6k
笠松
頭首工

CASE_I-1

CASE_II-1
開放水面・自然裸地
平均年最大流量において流失エリア

割合（%）

割合（%）

50403020100100806040
200

6k-7k 7k-8k 8k-9k 9k-10k 10k-11k 11k-12k
樹木・人工利用地
整備計画流量において流失しにくいエリア

6k-7k

7k-8k

8k-9k 9k-10k 10k-11k11k-12k

平均年最大流量での植生流失範囲は環境基図の開放水面と自然裸地の総分布と概ね一致
整備計画流量における植生非流失範囲は木本類および人工利用地の総分布と概ね一致

河道内植生の維持管理に必要な植生の流失範囲と流量規模の対応関係の把握に3次元ツールが適用可能
水理解析結果を直接用いて環境評価が効率的にできるため，気候変動を含めて様々な出水規模で，樹林化リスクを効率的に評価できることを期待
植生流失面積(千m2)11k300

CASEI-1

CASEI-2

CASEI-3200
100

06k-7k 7k-8k 8k-9k 9k-10k 10k-11k 11k-12k
整備計画流量ケースの植生評価結果
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9◼５．留意点及び課題◼6．まとめ10・留意点・課題
・大河川の場合，200 m 程度間隔の定期横断測量データは微地形を十分に表現できず，瀬淵分布やアユ産卵場分布等の評価精度に影響する恐れがある．評価精度を確保するためには，水面下を含む河床微地形を反映したデータ(e.g. ALB)の取得が望ましい。
・従来法で精度の信頼度が十分でない可能性があり，現地調査結果に合わせて設定した環境評価閾値は，現地実態を十分に反映できていない可能性がある．今後，精度の高い調査データの取得(e.g. 環境DNA技術)を期待できる。
・EvaTRiP ( Pro ) で植生流失の評価は河床材料の90%粒径が移動するか否かを示す指標WOIを採用したが，植生種類によって移動限界粒径で表される掃流力が異なる．植生種類を考慮した流失指標を設定することが望ましい。
・中長期河道管理の視点から，植生消長を取り入れた流況，土砂動態解析を望ましい。

・まとめ雲出川において検討した結果は現地調査や既往検討の結果とほぼ一致したので、3次元ツールは，治水・環境の一連検討に有効治水面の評価：ピーク時の水位低下・澪筋二極化の低減を適切に評価できることを確認

環境面の評価：各河川の環境特徴を反映した閾値の設定で，定量的な評価に活用
3 次元ツールは，出水による植生の流失範囲・流失量を効率的に把握できることから，大河川における効果的な樹木維持管理計画を策定可能
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