平成25年度

風洞実験による道路防雪林の間引き管理に関する検討（独）土木研究所（独）土木研究所（独）土木研究所

寒地土木研究所 寒地機械技術チーム ○山﨑 貴志
寒地土木研究所 寒地機械技術チーム
住田 則行
寒地土木研究所 寒地機械技術チーム
中村 隆一

道路の吹雪対策施設の一つである道路防雪林は高い対策効果が期待でき、斜風に対しても効果的であるとされているが、間引きなどの育成管理が必要である。また、間引きを行うことにより斜風に対する防雪機能がどの程度維持されるかは明らかとなっていない。本件では、防雪機能を維持した効果的な間引き管理手法を検討するため、模型防雪林と模型雪を用いた風洞実験を行うことにより、間引きパターンや風向の違いが防雪機能に与える影響について調査を行った。その結果、間引きパターンの違いにより、風向変化に対する防雪機能の変動の傾向に違いがあることがわかった。
キーワード：道路防雪林、風洞実験、防雪機能

1. はじめに道路の吹雪対策施設の一つである道路防雪林は高い対策効果が期待でき、幅を持つ構造であることから斜風に対しても効果的であるとされている１) が、樹木の生長過程に応じた間引きなどの育成管理が必要である。しかし、それらの管理手法は確立されておらず、また、間引きを行うことにより斜風に対する防雪機能がどの程度維持されるかについても明らかとなっていない。鳥田ら２) により防風林の防風効果は林帯の投影面積に大きく影響を受けるとされており、風向垂直面に対する林帯の投影面積は間引きパターンや風向によって変化するため、防雪機能についても変化すると考えられる。
本件では、道路防雪林について防雪機能を維持した効果的な間引き管理手法を検討するため、模型防雪林と模型雪を用いた風洞実験を行うことにより、間引きパターンや風向の違いが防雪機能に与える影響について調査を行った。

田園地帯を想定した0.15３））に近似するよう風速調整装置で調整している。風速分布を図-2に示す。
模型雪には活性白土を使用し、測定洞上流のノズルから圧縮空気とともに230g/minで風洞内に供給している。
実験風速は地面からの高さ400mmにおける風速で7m/sとした。

図-1 風洞実験装置

2. 実験条件(1) 実験装置
実験には寒地土木研究所の風洞実験装置（図-1）を使用した。測定洞内の鉛直方向風速分布は、上空ほど風速が増す自然の風を模擬するため、べき法則（べき指数はTakashi Yamazaki, Noriyuki Sumita, Ryuichi Nakamura

図-2 測定洞内鉛直方向風速分布

(2) 防雪林模型
模型の縮尺は1/100とした。防雪林を構成する樹木模型の大きさは、間引きを行うタイミングの目安とされる隣接する樹木の樹冠が触れあう大きさとするため、樹冠直径を後述する苗間20mmより若干大きく設定した（図3）。
植栽配置は、樹木列数５列および３列で、それぞれ間引きを行わないもの、列間引きおよび千鳥間引きを行ったものの計６パターンとし、道路吹雪対策マニュアル１)
における標準林の植栽配置に準じて列間30mm、苗間20mmとした（図-4）。これらの模型をそれぞれ風向に対して90°、67.5°、45°に設置した。

ることができる。トレーサーには模型雪の活性白土を利用した。画像の撮影は毎秒2000枚で５秒間行い、撮影した10000枚の画像を用いて解析を行った。画像２枚の解析から１組得られる流速分布を5000組分平均したものを計測結果としている。なお、トレーサーの動きは空気の流れと完全には一致しないので、計測結果は風速ではな
くトレーサーの速度としての流速となる。また、PIVではライトシートに照らされたトレーサーを観測するため、ライトシートを横断する方向の流速成分が大きい場合には良好な計測結果を得にくい。このため、水平面における流速分布を計測する場合、流速の鉛直方向成分が大きいと良好な計測結果を得にくいが、過去に行った実験により防雪林の風下側では流速の鉛直方向成分は小さいことが確認されている４) 。
本件の計測面は、実スケールにおいて乗用車の目線の高さ位置に相当する、地面からの高さH=15mmにおける水平面とした。

図-3 樹木模型

図-5 PIV計測

3. 計測結果図-4 植栽配置

(3) 流速計測
流速の計測方法はPIVとした（図-5）。PIVは、流れに沿って移動するトレーサーを連続撮影した画像の解析により流速を計測する方法であり、面的に流れ場を把握す

樹木列数３列の列間引きと千鳥間引きにおける流速分
布を図-6、7に示す。樹木と樹木の間において流速が強まっているが、風向角の違いによる流れ方向の変化は小さい。また、間引きパターンの違いにより風向変化にともなう流速変動の傾向に違いがあることがわかる。
風下側樹木列における風洞中心線に最も近い樹木背後および樹木間中央（図-8）の下流側流速分布を図-9、10に示す。ここでのX方向原点は樹木中心または樹木間中心としている。樹木背後と樹木間との流速の差は列間引
きでは風向角の減少とともに小さくなる傾向があるが、千鳥間引きでは明らかな傾向は見られない。この流速差は下流ほど小さくなり、ある値に収束している。この値

Takashi Yamazaki, Noriyuki Sumita, Ryuichi Nakamura

図-6 流速分布（樹木列数３列、列間引）図-7 流速分布（樹木列数３列、千鳥間引）

樹木列数３列の場合よりも全体的に流速が低くなっておを防雪機能の評価基準とすると、列間引きでは風向変化り、高い防雪機能を発揮しているが、風向変化に対するによる防雪機能の変動が大きく、風向角が45°では高い傾向は樹木列数３列の場合と同様となっている。
防雪機能を発揮する半面、風向角が90°に近い場合には間引きを行わない場合の流速分布について図-11に示防雪機能は低くなる。一方、千鳥間引きでは、風向変化すが、風向変化に対する防雪機能の変化はほとんど見らに対して防雪機能は比較的安定しており、列間引きと比れない。
較して防雪機能が大きく低下することがなかった。ここでは図示していないが、樹木列数５列の場合については、
Takashi Yamazaki, Noriyuki Sumita, Ryuichi Nakamura

じであるが、流速は列間引きの方が低くなっている。これらのことから、防雪機能は林帯の投影面積の広狭のみでは評価できないと考えられる。

図-8 計測平面図

図-9 流速（樹木列数３列、列間引）

図-12 投影図（樹木列数３列）

4. まとめ図-10 流速（樹木列数３列、千鳥間引）

道路防雪林の防雪機能について、模型防雪林と模型雪を用いた風洞実験を行うことにより、間引きパターンや風向の違いが防雪機能に与える影響について調査を行った。その結果、間引きパターンの違いにより、風向変化に対する防雪機能の変動の傾向に違いがあることがわかった。列間引きを行った場合には風向の変化による防雪機能の変動が大きく、風向角45°では高い防雪機能を発揮するが、風向角が90°では防雪機能は低くなる。一方、
千鳥間引きを行った場合には、風向の変化に対して防雪機能は安定しており、列間引きと比較して防雪機能が大きく低下することがなかった。また、防雪機能と林帯の投影面積との間には明確な関係が見られなかったことから、防雪機能は林帯の投影面積の広狭のみでは評価できないことが示唆された。
参考文献
1)

図-11 流速（樹木列数３列、間引なし）
2)

図-12に、樹木列数３列における、防雪林風下側から風上方向を見た場合の林帯の投影図を示す（樹冠の形状は簡略化している）。風向角67.5°の場合、林帯の投影面積は列間引きの方が千鳥間引きよりも広いが、流速は図-9、10に示すようにほぼ同値となっている。また、風
向角45°の場合、列間引きと千鳥間引きで投影面積は同3)
4)

Takashi Yamazaki, Noriyuki Sumita, Ryuichi Nakamura

独立行政法人土木研究所寒地土木研究所：道路吹雪対策マニュアル（平成 23 年改訂版）第 2 編 防雪林編，2011
鳥田宏行，福地稔：防風効果を考慮した防風林の間伐に関する研究－風洞実験の結果より－，北海道林業試験場
研究報告，34，97-102，1997
財団法人日本建築センター：実務者のための建築物風洞実験ガイドブック，2008
山﨑貴志，住田則行，石川真大：風洞実験による道路防雪林の防雪･防風機能調査，国土交通省北海道開発局第 56
回(平成 24 年度)北海道開発技術研究発表会，2013