河川技術論文集,第19巻,2013年6月

論文

音更川における澪筋部の蛇行形状の発達と河岸侵食評価
EVALUATION OF MEANDERING DEVELOPMENT AND BANK EROSIONIN OTOFUKE RIVER

旭一岳1・泉 典洋2・渡邊康玄3・永多朋紀4・桑村貴志5・川村治6

Kazutake ASAHI, Norihiro IZUMI, Yasuharu WATANABE, Tomonori NAGATA,
Takashi KUWAMURA and Osamu KAWAMURA
1正会員

一般財団法人

北海道河川財団（〒060-0807 札幌市北区北7西4 5-1）

2正会員

工博 北海道大学工学研究科 河川流域工学研究室（〒060-0814 北海道札幌市北区北13西8）
3正会員 工博 北見工業大学 社会環境工学科（〒090-0015 北海道北見市公園町165）

4正会員(独)寒地土木研究所 寒地河川チーム（〒062-0931 札幌市豊平区平岸1条3丁目1-34）

5非会員

北海道開発局帯広河川事務所（〒089-0536 北海道中川郡幕別町札内西町73番地6）

6非会員

一般財団法人

北海道河川財団（〒060-0807 札幌市北区北7西4 5-1）

Stream way of the Otofuke river had been changed drastically during the flood in September 2011. Though the peakdischarge of the flood was not so high compare to the peak discharge of the Otofuke river plan, bank erosion has been
occured several places. Further a part of dike of KP18.2 has flowed out. Therefore, the countermeasure of dike
protection is needed in the Otofuke river. In this study, a evaluation method of dike break has been investigated using
Nays2D which can consider bank erosion as slope failure model. Calculation using Nays2D has been tested byapplying to the flood at September 2011. The features of the flow and bed evolution during the flood can beconfirmed by the calculation results. Also dangerous point for dike break can be evaluated using the deepest bed
movement in each cross-section. Using those results dangerous point at next flood has been evaluated.

Key Words : the Otofuke River, Nays2D, Evolution of meandering shape, Bank Erosion, Beddeformation, Evaluation of bank erosion

施に向け，優先的に対策すべき箇所（以下，危険箇所）の抽出に資することを目的として，音更川の河岸侵食及び澪筋形状の変化特性の評価をおこなった．評価は河岸
十勝川水系音更川では，平成23年9月に発生した出水侵食を考慮可能なモデルとして，iRICソフトウェア1)の（以下H23出水とする）により多地点で河岸侵食が生じ， Nays2D2)を用いておこなうとし，H23出水の再現計算を通それにともない河道内の澪筋形状が大きく変化し，特にじて河岸侵食や澪筋変化特性を踏まえ，危険箇所を評価
KP18.2左岸付近の堤防では，堤体の一部が流出する事態する手法を確認し，それら評価手法を用いて，次に出水3となった．出水中のピーク流量は526m /sであり，整備が生じた場合の危険箇所の評価をおこなった．
計画目標のピーク流量900m3/sに比べ小さく，水位も計画高水位以上となった地点はみられなかった．このこと
２．音更川の河道特性から，音更川では計画高水位以下の水位であったとしても，河岸侵食とともに澪筋形状が変化し，場合によって音更川は流域面積740km2、幹川流路延長94km，河床勾は破堤に至る被害が懸念されている．
そのため，音更川では全川的に整備計画目標流量を流配約1/130～1/200 の急勾配河川である．堤防幅は400m
下させる断面を有しているものの，堤防・河岸保護対策程度，平均年最大流量下の水面幅は100-150m程度（H23が急務と考えられる．そこで，本研究ではそれら対策実出水後の河道断面）であり，河床材料は代表粒径が50mm．

１．研究背景と目的- 205 -

①③②④⑥⑤

音更水位流量観測所（KP9.1）

士幌水位流量観測所（KP30.1）

図-1 音更川管内図
表-1 音更川周辺の地形や河道整備状況に応じた区間分類
No①②③④⑤⑥

区間
KP 0.6-KP 4.0
KP 4.0-KP10.8
KP10.8-KP13.6KP13.6-KP19.2
KP19.2-KP26.0
KP26.0-KP30.2

周辺土地利用
市街地区間
市街地区間
郊外
郊外
郊外
郊外

＜初期河床高：昭和45年＞

堤防整備
両岸堤防
右岸堤防・左岸一部段丘
左岸堤防・右岸段丘両岸堤防
左岸堤防・右岸段丘
両岸堤防
平成23年

平成21年

平成13年

護岸設置
両岸一連で設置
高水敷利用箇所・堤防近傍
ほぼ設置なし水衝部・堤防近傍
水衝部・堤防近傍
水衝部・堤防近傍
昭和53年

断面形状
複断面
複断面
皿型形状
皿型形状
皿型形状
皿型形状

昭和45年

平均河床高変動量(m)低下← ｜ →上昇

6.0
4.0
2.00.0-2.0-4.0

十勝頭首工セグメント1-6.00

51015KP

202530

図-2 音更川の平均河床高の経年変化＜初期河床高：昭和45年＞

平成23年

平成21年

平成13年

昭和53年

昭和45年

最深河床高変動量(m)低下← ｜ →上昇

6.0
4.0
2.00.0-2.0-4.0

十勝頭首工セグメント1-6.0051015KP202530

図-3 音更川の最深河床高の経年変化

程度，平均粒径が30mm程度と全川的に概ね同じである．
音更川には2箇所の水位流量観測所あり（図-1），音更水位流量観測所では，観測が開始された昭和42年以降の平均値として，豊水流量は約10m3/s程度，平均年最大流量は約155m3/s程度であり，経年的に大きな変化傾向はない．また，積雪寒冷地の音更川では，融雪期流量が多くなる傾向があるものの，そのピーク流量は30m3/s程度（平成13年～平成22年平均）である．そのため，年最大流量は主に夏季出水によるもので，代表的な出水として，昭和56年（S56出水），ピーク流量：687m3/s，平成15年（H15出水），ピーク流量：725m3/s及び平成23年，ピーク流量：526m3/sが挙げらる．
(1) 河床高変化特性

音更川では河道掘削や高水敷造成の影響で，過去河床低下傾向にあったものの，近年，平均河床高は安定傾向にある（図-2）．また，最深河床高は十勝頭首工下流部をはじめ局所的な変化がみられる（図-3）．
音更観測所で平均粒径及び代表粒径に対する無次元掃流力を算定し，それぞれ無次元限界掃流力と比較したところ，平均粒径は約40m3/s以上，代表粒径は約110m3/s以上の流量で移動することが確認された．音更川の流況を踏まえると，図-2や図-3の河床高変化は主に夏季出水時に生じるものと推察される．
(2) 河道整備状況と区間分類
音更川は自然地形を活かし堤防が整備されており，両岸堤防区間と片岸堤防区間が混在している．また，高水- 206 -

74.5
74.0
73.5
73.0
72.5
72.0
71.5
71.0
70.5

S56.8出水
74.05

H15.8出水
73.78

H23.9出水73.17

ピーク流量（m3/s）

S56.8出水690

H15.8出水725

800

S56.8出水
H15.8出水
H23.9出水

H23.9出水526
S56.8出水
H15.8出水
H23.9出水

700

3

はん濫注意水位73.10m73.10m

流量 (m /s)

水位 (m)

ピーク水位（m）

600
500
400
300
200
100

045

20
65

4085

60
105080
1250
45

20
65

40
85

時間(hr)

60
105

80
125

時間(hr)

図-4 音更水位流量観測所における水位変化＜初期河床高：平成21年＞

図-5 音更水位流量観測所における流量変化
平成21年

平成23年 平均河床高

平成23年 最深河床高

河床高変動量(m)低下← ｜ →上昇

6.0
4.0(b)(a)2.0(c)

0.0-2.0-4.0十勝頭首工-6.0051015202530KP

平均蛇行振幅(m)図-6 音更川の代表的な出水前後の河道状況
20015010050S56S57H13H17H22H230①0～4.0②4.0～10.8③10.8～13.0④13.0～19.2⑤19.2～26.0⑥26.0～31.0

縦断距離

図-7 音更川の代表的な出水前後の河道状況

敷や周辺の土地利用状況に応じ，護岸が設置されており， 高い状態が長時間継続した．なお、ピーク流量下における各断面の平均水深は1.5～2.0[m]程度であった．
下流市街地区間では，両岸に護岸が整備され，河道断面(2) 出水前後の河床高変化は複断面形状を有している．それに対し，上流の郊外区
平均河床高は，十勝頭首工直下流で河床が低下傾向に間では，水衝部及び堤防近傍に部分的に護岸が整備されなっているものの、全川的には顕著な傾向はみられなており，断面形状は皿型である．本研究では，それら河かった．しかしながら，出水前後で澪筋形状が変化した
道周辺地形や河道整備状況，特に護岸設置有無により，箇所，特に直線形状から蛇行形状となった箇所(a)や澪河床・澪筋形状の変化特性が異なると考え，音更川を６筋位置が変化した箇所(b)，十勝頭首工の下流(c)では最つの検討区間に分類した（表-1）．
深河床高が大きく変化した（図-6）．
(3) 出水前後の澪筋変化
３．H23出水について
航空写真から河道内の澪筋形状の振幅（以下，蛇行振幅）を計測し，代表的な出水前後の比較を区間ごとにお(1) 出水時の流況こなった（図-7）．堤防整備及び護岸整備とともに，河出水時に音更観測所で観測された水位及び流量の時間道整正がおこなわれたが，S56出水やH23出水の前後では，変化を図-4及び図-5に示す．各図中には，H23の特徴が蛇行振幅が大きく変化している．特に皿型断面形状を有確認できるよう音更川の代表的な出水時の流況も合わせし，河岸が護岸によって拘束されていない区間③や区間て示した．各図から分かるように，H23出水は，S56出水④では顕著であった．
やH15出水に比べ，ピーク流量が小さく，観測水位もは
本研究では，音更川の河岸侵食及び澪筋形状の変化特ん濫注意水位程度であった．しかしながら，平均年最大性を踏まえた危険箇所評価をおこなうことを目的として，
3
流量：約155m /s以上の流量継続時間は，S56出水やH15護岸等の影響が少なく，また，H23出水で堤防が流出し出水に比べ長時間であった．また，水位もH15出水よりた区間を含む区間③及び区間④を検討区間とした．

- 207 -

③ メッシュ間角度がcとなるように補正する．体積保存の関係から，両メッシュでの変動量の絶対値は等しくなる．

② 河床変動の結果，メッシュ間角度が限界角度cを超えた場合．

① ある河床形状において河床変動量が計算される．

= c> c

図-8 Nays2Dの河岸侵食モデルイメージ図

図-9 計算領域と河床高コンター図(2) 計算条件a) 計算領域と境界条件
本研究では，河岸侵食による澪筋形状の変化を踏まえ危険箇所の評価をおこなうため，区間③及び区間④を計
本研究では，次に出水が生じた場合の危険箇所評価に算領域として設定した．また，横断方向は堤堤間を対象
平面2次元河床変動解析を用いる．平面2次元河床変動解し，全領域移動床として計算をおこなった（図-9）．
析には，河床及び河岸の変動を考慮可能なNays2Dを用い上流端境界は，H23出水前後で平均河床高及び最深河ることとした2)．ここでは，Nays2Dの特徴を踏まえ音更川への適用性について検討し，危険箇所の評価方法につ床高ともに大きな変化がみられなかったKP19付近とし，いて考察をおこなった．なお，適用性検討及び危険箇所供給土砂量の条件には動的平衡を用いた．の評価方法は，H23出水の再現計算を通じておこなった．
下流端境界は，出水前の澪筋形状が比較的直線的な形(1) Nays2Dについて状を有する箇所としてKP11付近を選定し，等流条件を仮a) 流れ及び河床変動計算定し，計算をおこなった．
Nays2Dの流れ計算には，非定常・平面２次元浅水流方b) 初期河床形状と計算格子
程式が採用されており，洪水流を対象とした平面流況計
音更川は澪筋形状の変化が大きく，横断測量では測線
3)算が可能である ．河床変動計算には複数のオプション間の変化を適切に表現することが困難である．一方，LPを選択することが可能であるが，音更川が急流河川であ測量では，平時の水面以上の高さの河道内地形を詳細にること，河床材料が全川的にほぼ同等とみなせることを把握することができる．音更川の流況特性から平時は河踏まえ，均一粒径・掃流砂のみを考慮して河床変動計算
道内の河床がほとんど冠水していないのに対し，H23出をおこなうこととした．なお，掃流砂量の算定式には，水時にはほぼすべての河床が冠水したことを踏まえ，本芦田・道上式を用いることとした．
研究では，初期河床をH18年に測量されたLPデータを用b) 河岸侵食の計算いて計算に用いる初期河床形状を作成した．
Nays2Dでは，砂礫の水中安息角:cを判定基準値とし計算格子は，初期河床作成に用いたLPデータの測点間て，河岸侵食を考慮することが可能である4)．具体的に
隔：約5[m]程度の精度及び河岸侵食モデルの特性を踏まは，河床変動の計算中に任意の計算点とそれに隣り合うえ，流下方向：分割数801，分割幅10[m]，横断方向：分計算点の河床勾配角:が，c以上に急勾配になったとき， 割数53，分割幅5[m]程度の計算格子とした．
斜面が崩落するとして，任意の計算点及びそれに隣り合c) その他計算条件
う計算点の河床高を変化させることで河岸が侵食される
河床材料は，区間③及び区間④の平均粒径：31.1[mm]，ことをモデル化している（斜面崩落モデル）．なお，河マニング粗度係数は粒径から算出した0.025とした5)．また，音更川では樹木が広範囲に繁茂していること，及び，床高を変化させる前後で，砂礫量は保存されるよう河床Nays2Dでは樹木流出を考慮できないことを踏まえ，H23高を決定している（図-8）．
出水後の航空写真から樹木領域を設定し，H21年に実施
斜面崩落モデルでは，判定基準値:cの値よって河岸された樹木調査結果から樹木抵抗係数はCd=0.7，遮断面の崩落しやすさを考慮することが可能であるが，河岸勾積はas=0.03とした．斜面崩落モデルの判定基準値は，配が格子サイズに依存するため，垂直に近い河岸勾配は取り扱えない．
永多ら6)の報告を参考に30°とした．

４．H23出水の再現計算と考察- 208 -

計算値と痕跡水位の差（m)

2.00
1.50
1.00

水位差±0.5m程度

0.50
0.00
-0.50
-1.00
-1.50
-2.00
101112131415161718192021KP

図-10 痕跡水位と計算中最大水位の比較（=計算水位－痕跡水位）

KP19KP18

図-11 ピーク流量前（流量：391m3/s）の流速ベクトルと初期河床からの変化高KP18KP193

図-12 ピーク流量後（流量：394m /s）の流速ベクトルと初期河床からの変化高なり，当該箇所の河床勾配が急になることで，斜面崩壊(3) 考察が生じたためである．それら河床変動及び河岸侵食の結a) 流況特性果形成された澪筋形状は，H23出水後の澪筋形状に近づ
計算中の最大水位と痕跡水位の比較したところ，差異いており，Nays2D及び本計算で設定した条件の妥当を示は±50cm程度あった（図-10）．そのため本計算モデルすものと考えられる．また，ピーク流量前後の流況を比により，平均的な流況は概ね把握できると考えられる．
較すると，ピーク流量後のほうが堤防近傍に高速流が発局所的な差異について，航空写真や横断図から確認した生しており，同流量であったとしてもピーク流量後のほところ，計算水位のほうが低い箇所では樹木の影響が，うが危険になることが推察される．
計算水位が高い箇所では，砂州の発達など河床形状が影c) 危険箇所の評価方法響していると推察された．
澪筋部の移動が，出水前の澪筋湾曲部外岸の洗掘によb) 河床変動・河岸侵食・澪筋移動特性り生じることを踏まえ，H23出水中の最深河床高位置の堤防の一部が流出したKP18.2に着目し，出水ピーク流移動に着目し，最深河床高が最も左右岸の堤防に近づい量前後の同流量下における流速ベクトルと初期河床高からの変化高を示す（図-11，図-12）．図中の航空写真は， た位置とH23出水後に測量されたLPデータを用いて作成した各格子断面の最深河床高位置の比較をおこなった
平成22年（図-11）とH23出水後撮影（図-12）に撮影し（図-13）．堤防から最深河床高までの距離が近いほどたものである．ピーク流量前（図-11）は，出水前の澪危険であるが，計算結果が過大に評価している箇所や堤筋部を中心とした流況となっている．また，河床は澪筋防の一部流出が確認されたKP18.2左岸では過小評価と内で変化し，澪筋湾曲外岸で洗掘，内岸で堆積が生じている．ピーク流量後（図-12）は，ピーク流量前と比べ， なっていることを踏まえると，本評価は対策優先度を検討する上で，相対的な指標として用いることが妥当と考
澪筋形状の変化が確認できる．これは，澪筋外岸部の洗えられる．
掘の進行にともない，澪筋部と高水敷部の比高が大きく- 209 -右左岸堤防からの距離[m]

右岸堤防からの距離[m]020406080806040

再現計算

20H23出水後

011121314151617181920

距離標(KP)図-13 H23出水における左右岸堤防から最深河床高位置までの距離

右左岸堤防からの距離[m]

右岸堤防からの距離[m]020406080806040予測計算（H23.9出水）
予測計算（整備計画）
予測計算（基本方針）

200111213141516
距離標(KP)

17181920

図-14 次の出水時の危険箇所評価

なった．結果，H23出水後の河道では，ピーク流量等が異なる出水が生じたとしても，危険と評価される箇所は概ね同じであることが確認できた．
再現計算を通じて得られた評価手法を用いて，音更川
本論文で示した評価手法は，その特性上危険箇所を絶で次に出水が生じた場合の危険箇所の評価をおこなった． 対的に特定できるものではないが，堤防保護対策等を検危険箇所評価は，H23出水後の河床形状を初期河床とし， 討する上で，対策の優先箇所評価に資することができる3種類のハイドロ（H23出水ハイドロ：ピーク流量と考えられる．
33526m /s，整備計画目標ハイドロ：ピーク流量900m /，及び，基本高水ハイドロ：ピーク流量1700m3/s)を与えた
参考文献
1) iRIC研究会 : http://i-ric.org/
将来予測計算の結果を用いておこなった．なお，樹木条
2) Nays2D Soler Manual: http://i-ric.org/ja/download/get/Xozn8x
件はH23出水後の分布とした（図-14）．
3) Jang, C. and Y. Shimizu：Numerical simulation of relatively wide,
ピーク流量規模の増大に伴い，危険箇所が下流側にそshallow channels with erodible banks ，Journal of Hydraulicの範囲を広げることや新たな危険箇所の発生が確認でき
Engineering, 131(7), 565-575, DOI:10.1061/(ASCE)0733るものの，それら箇所が大きく変化しないことが確認で9429(2005)131:7(565).
きない．そのため，ピーク流量やハイドロパターンの異4) 清水 康行：河道平面形状の形成における河床・河岸の変動なる出水が生じたとしても，澪筋形状の変化により堤防特性の相互関係について，水工学論文集，第47巻，pp.643等が危険となる箇所は概ね同じと考えることができる．

５．危険箇所の予測評価

648，2003年2月．
5) Toshiki Iwasaki, Yasuyuki Shimizu & Ichiro Kimura : Numerical

６．まとめ

simulation on bed evolution and channel migration in rivers,inProceedings River Flow 2012.

本研究では，Nays2Dを用いて音更川のH23出水時の澪筋形状の変化特性の確認および危険箇所の評価方法の検討をおこなった．結果，出水中の澪筋形状の変化特性を概ね表現することができた．また，最深河床高位置に着目した評価手法により，出水で危険となる箇所を評価することができた．さらに，同評価手法を用いて音更川で次に出水が生じた場合に危険となる箇所の評価をおこ

6) 永多 朋紀・渡邊 康玄・安田 浩保・伊藤 丹: 砂州地形に誘- 210 -発された蛇行発達，土木学会論文集B1（水工学）Vol.69，
No.4，I_1099-I_1104，2013.
（2013.4.4受付）