固定化砂州での掘削路開削による洪水撹乱の誘発と樹林化抑制対策に関する研究（その２）

平成23年7月23日
松田浩一・須藤達美・内堀寿美男・大島秀則
清水義彦・藤堂正樹
1論文要旨
1. 近年、礫床河川の多くでは外力変化に伴う横断面内の比高差の拡大により、治水・環境上の問題が生じている。
2. 上記のような課題に対して、本研究は自然の営力により、河川環境の改善、維持管理頻度の低減等を徐々に図る河道管理方策を検討している。
3. その手法は、冠水頻度の小さい固定砂州内に掘削した水路（掘削路）により、中小洪水を利用して、砂州内部で洪水撹乱を誘発させ、上記課題解消を図るものである。
4. 本論文は、利根川水系渡良瀬川をフィールドとして、実河川に施工された掘削路による洪水の挙動をモニタリングすると共に、数値解析により掘削路がもたらす効果を検証し、中間的な報告としてとりまとめたものである。

2

渡良瀬川の河道の固定化

公園・高水敷整備
頭首工

掘削路とは・冠水頻度が小さい固定砂州内に掘削した水路・冠水頻度を上げ、中小洪水で固定砂州内の自然撹乱の誘発を促す。
・現在直線的な水路が多いが、撹乱を誘発するもので、この形状が河道として完成形というわけではない。

4

掘削路の事例（利根川水系渡良瀬川）
昭和橋下流

平成19年11月

平成21年7月

昭和橋

5

掘削路に期待する効果①土砂供給効果（砂州比高差軽減、河道内土砂の再移動、礫床の再生）
固定砂州内に洪水を呼び込むことで土砂の撹乱を誘発し、固定していた砂州の細粒分を下流低水路に供給。

②再樹林化抑制効果
固定砂州を撹乱し、植生基盤を破壊することで、樹林化が防止・抑制される。

③水衝部の流速低減、深掘れ軽減効果
掘削路が副水路（セカンダリーチャンネル）として、洪水流を主水路から分担することで、主水路水衝部の流速が低減する。また、主水路の流速低減を図ることで深掘れが軽減される。

④新たな水辺環境の創出効果
掘削路設置により、常時でも新たな水辺環境が形成され、魚類を始めとした生物の生息環境が創出される。
6

掘削路設置の目的
河道の固定化に起因する水衝部の発生や樹林化といった課題に対して、・掘削路を設置することによりそれらの課題を「緩和」
・護岸や水制などの対策施設の規模の「縮小」・維持管理頻度の「軽減」を目指す
将来的には、・掘削路を起因として、河道固定化、低水路水衝部（みお筋屈曲部）の緩和・解消
・固定砂州の解消＝下流への土砂供給による比高差の軽減、深掘れ部の緩和、解消「健全な河川」を目指すもの

7

掘削路による洪水撹乱の状況 桐生大橋地点における洪水観測

降雨量(mm/hr)

・掘削路を設けた砂州における洪水時の流況や洪水前後の砂州の変化、掘削路の形状、撹乱効果把握を目的とした洪水観測を実施。
・平成21年8月10日の台風9号による豪雨により発生した出水は、桐生大橋上流高津戸ダム地点で480m33/s、桐生大橋地点で530m33/s程度であり、平
均年最大流量（約590m33/s)よりもやや小さい洪水であった。
0510152025303540草木ダム 降雨量600
高津戸ダム放流量
478

400
300
200
100

日

8/12 00:00

8/11 21:00

8/11 18:00

8/11 15:00

8/11 12:00

8/11 09:00

8/11 06:00

8/11 03:00

8/11 00:00

8/10 21:00

8/10 18:00

8/10 15:00

8/10 12:00

8/10 09:00

8/10 06:00

8/10 03:00

8/9 21:00

8/10 00:00

8/9 18:00

8/9 15:00

8/9 12:00

8/9 09:00

8/9 06:00

8/9 03:00

0
8/9 00:00

流量(m3/s)

500

時

H21.8洪水ハイエト・ハイドロ

8

掘削路による洪水撹乱の状況 桐生大橋地点における洪水観測

桐生大橋下流

桐生大橋上流桐生大橋掘削路9

2009.8.10AM（ピーク時） 桐生大橋
掘削路流速は、最大3.2m/s（本川3.8m/s)（PIVおよび電波流速計）
本川

掘削路により固定砂州内に洪水を呼び込む掘削路

10

2009.8.10PM 桐生大橋下流

11

2009.8.11AM 桐生大橋下流

冠水もしくは流水が弱ければ河床の撹乱はほとんどない（草本の抵抗）12掘削路による洪水撹乱の状況 桐生大橋地点における洪水観測・掘削路により固定砂州内に流れを誘導することで、平均年最大流量以下の小規模洪水でも、掘削路内の細粒分を流下させるには十分な掃流力が発生し、河岸部は侵食され掘削路幅が広がった．

数値上は大きくないが、細粒分が流され、大粒径での礫床が形成された景観となった。
13

掘削路による洪水撹乱の状況 桐生大橋地点における洪水観測
・掘削路中間部で河床高が最大30cm程度低下。
・掘削路中間部で河床高が最大30cm程度低下。
・その下流で侵食された土砂が堆積している状況を確認。
・その下流で侵食された土砂が堆積している状況を確認。

14

掘削路による洪水撹乱の状況 桐生大橋地点における洪水観測

写真-５ 出水前後の桐生大橋掘削路

平成21.8月洪水前後での掘削路の状況

15

掘削路による洪水撹乱の状況 桐生大橋地点における洪水観測50.2k

掘削路上流 50.2k

114

標高 (m)

113

・掘削路内では・掘削路内ではやや蛇行しながら侵食が発生

112
111
110

洪水前

109

洪水後

108
110

120

130

140

150

横断距離 (m)

50.0k

110

掘削路中流 50.0k

標高 (m)

109

・最下流部では、・最下流部では、堆積により河床が上昇

108
107
106

洪水前

105

洪水後

104
150

160

170
横断距離 (m)180

190

掘削路下流 49.8k49.8k

108

標高 (m)

107
106
105
104

洪水前

103

洪水後

102
210

220

230

240

250

横断距離 (m)16

掘削路による洪水撹乱の状況 桐生大橋地点における洪水観測・掘削路内の粒径は、上流部、中流部、下流部とも全て粗粒化
・細粒分については、下流本川へ流下・代表粒径 洪水前d60＝25～55mm
60→洪水後d＝50～85mm→洪水後d60
60

出水前（平成21年5月）
100mm以下が多い

（％ ）

90

通 過 質 量 百 分 率

100

70

A-1(49.6k)洪水前
A-2(50.0k)洪水前
A-3(50.4k)洪水前
A-1(49.6k)洪水後
A-2(50.0k)洪水後
A-3(50.4k)洪水後

8060
50

出水前（平成21年8月）
100mm以上が増える

4030
201000.1110
粒

径100（mm）

1000

17掘削路の継続的な撹乱効果の検証～河床変動解析による～・下図は、平面二次元河床変動解析により平成21年8月洪水をモデル洪水として複数回与え、掘削路の継続的な撹乱効果を検証したものである。
複数回与え、掘削路の継続的な撹乱効果を検証したものである。
・掘削路が設置されていない場合は河床変動がほとんどない状態であるのに対して、掘削路設置後は1洪水後だけでなく、2洪水後以降でも掘削路は横断方向に徐々に侵食され、拡幅傾向が続く結果となった。
・掘削路河床高は堆積する傾向となったが、１ｍ程度河床が上昇したところで堆積傾向は小さくなっている。
・侵食量と堆積量では侵食量の方が大きいため、掘削路により侵食された土砂・侵食量と堆積量では侵食量の方が大きいため、掘削路により侵食された土砂の多くは下流低水路に流下したと判断される。の多くは下流低水路に流下したと判断される。
113.0

標高（YP.m)

112.0

初期河床高

ピーク流量時水位

河床高（第1洪水終了後）

河床高（第2洪水終了後）

河床高（第3洪水終了後）

111.0
110.0
109.0
108.0
107.0
100110120

130140横断距離(m)

150

160

170

複数洪水を受けた場合の掘削路横断比較図（50.2k）

18018

掘削路が副水路して機能することによる流速低減効果
・平面二次元流況解析で、掘削路設置前後で流速変化について検討・複数洪水を受けて撹乱により拡幅した掘削路において、近年最大の平成19年9月洪水（845m33/s 確率1/3～1/5）による流速低減効果を検証した結果、低水路部の広い範囲で-0.20～-0.50m/s程度の流速低減効果が確認された。

流速分布図 掘削路拡大後

流速差分図 掘削路拡大後

19

まとめと今後の課題① ある一定規模の洪水があっても固定化していた砂州が、掘削路を設置することで、平均年最大流量以下の小規模洪水であっても、砂州内が撹乱され、掘削路内の侵食、下流への土砂移動が発生する。すなわち、掘削路という撹乱誘発機能をわずかに与えるだけで、自然の営力により、砂州の比高差の軽減、再樹林化の抑制等が期待できる可能性が高いことを示した。
② 掘削路は、1度の洪水だけでなく次の洪水においても撹乱を続け、さらなる砂州内の侵食、下流への土砂移動が発生する。これは河道内の礫床の再生、再樹林化抑制等につながる効果である。
③ 上記効果以外に、掘削路が副水路（セカンダリーチャンネル）の機能を発揮して、主流部の流速低減効果に寄与できる可能性がある。
④ 上記のような点から、本研究の自然の営力（ダイナミズム）を利用した砂州の部分掘削（掘削路）による河道撹乱手法は、今後、河道設計技術の一手法として有効であると思われる。
⑤ 今後、現地での中小規模洪水の繰り返しによる挙動、および大出水時に対する挙動について、モニタリングを継続していくことが必要である。
20