令和6年度砂防学会研究発表会概要集

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到達する流木群の流下形態が柵状部流木捕捉過程に及ぼす影響
鳥取大学大学院工学研究科
1.はじめに○山﨑一輝，和田孝志，三輪 浩

土石流等に含まれる流木に伴う被害の対策を行うためには，氾濫場における流木の氾濫・堆積・閉塞機構，特に流木の堆積・閉塞の発生条件を把握する必要がある．本研究では，多くの既往研究成果がある柵状部での流木捕捉過程について，これまで実施されてきた「定常洪水流への流木供給（定常流型と称する）」と実際の土石流中の流木流下 1)を想定した「先頭部段波に含有された流木供給（先頭部集積型と称する）」の 2 種類の流木供給方法の下，流木長と流木柵間隔を変化させた条件で実験を行い，流木供給方法が柵状部流木捕捉過程に及ぼす影響を把握する．また，既往研究成果に本研究の成果を加えて再整理するとともに，流木供給方法が異なる場合の流木閉塞による通水断面の阻害

表-1

実験ケースの程度や流木閉塞発生の境界条件の違いを推察し，柵状部流木捕

case番号

捉率に関する提案実験式 2)の適用性を検証する．

case12.実験概要 実験水路は，水路長 770 cm，水路幅 40 cm の一様勾

case3
case46.8×5

配水路を用いた（図-1 参照）．水路床には平均粒径 1.2 mm の砂

case518.5×2を貼り付けた粗度板を 360 cm 敷き、直上流に整流用の固定堰（高case7
case86.8×5

さ 5 cm，上縦断長さ 20 cm，下縦断長さ 30.5 cm）を設置している．

case918.5×2

流し方

橋梁間隔(cm)(cm×個)
18.5×2

case2

case6

流木長20

定常流

case10151012×3
8.75×412×3
8.75×412×3

実験では供給流量 6 L/s(定常流型の場合)もしくは 12 L/s(先頭部集case11
case126.8×5積型の場合)，勾配 1°，流木模型本数 100 本，流木直径 Dw を 7

case13

18.5×2mm を固定条件として，流木投入方法を定常流型と先頭部集積型

case15case16

6.8×5の 2 種類，流木模型長 Lw を 20，15，10 cm の 3 種類，流木柵間隔

case1718.5×2

case18

先頭部

Bw を 18.5 cm×2 径間，12 cm×3 径間，8.75 cm×4 径間，6.8 cm×case19集積

case206.8×55 径間の 4 種類として合計 24 ケース行った（表-1 参照）．なを，

case21

18.5×2

結果のばらつきを考慮して，1 ケースにつき 10 回の試行を行ってcase23

case14case22case2420

15108.75×412×38.75×412×38.75×4

12×3
8.75×4
6.8×5いる．流木投入地点は閉塞断面から300 cm 上流地点とした．定常流型の実験では，あらかじめ水路に流量 6L/s を流し，流木投入地点において流木模型 100 本を一気に投入する．
先頭部集積型の実験では，あらかじめ流木投入地点に流木模型 100 本を設置しておき，整流用堰直上流に

図-1

実験水路側面図

流水堰き止め壁を設置した後，ポンプのバルブを流量 6 L/s に調整して水を流し，所定の水位（先頭部流量 12 L/s）に到達する瞬間に堰き止め壁を外す．水路下流端に流木模型回収箱で流木捕捉割合を，閉塞断面付近のカメラにより流木到達の瞬間や流木密度を，閉塞断面から上流側 10 cm，50 cm，100 cm，150cm，200 cm 地点に 5 台の超音波水位計を設置することで閉塞後の堰上げ水深を計測した．
3.実験結果および考察

上記の実験結果から，流木供給方法が異なる場合の流木捕捉率 T（流木閉塞発生の境界条件），堰上げ水位h（流木通水断面の阻害の程度）について検討した．表- 531 --2 に，流木捕捉率 T，堰上げ水位h に関する 10 回試行結果の平均値を実験ケース別に示す．この表より，どちらの流木供給方法においても，流木柵間隔 Bw が狭いほど，流木長 Lw が長い

表-2 流木捕捉率および堰上げ水位（赤枠は水位の堰上げなしを示す）
case

橋梁間隔

流木平均

堰上げ水位

ほど T が増大する傾向が確認できる．この傾向は，石川ら 2)，

番号(cm×個)捕捉率(%)

平均値(mm)渋谷ら 3)の既往研究成果と同様である．ただし，先頭部集積型

118.5×2

41.6

27

212×3

71.627では T が小さいにも関わらず，h が大きい結果となった．T

38.75×4

77.1

34

46.8×587.835

が小さい理由は，流れの先頭部で集団状態の流木模型が互い

518.5×2

4.625612×3

56.3

2778.75×476.9

3086.8×578.935

918.5×2

1.12.7に衝突することで，流木模型が回転して流向と平行に流れる確率が上がり，横断方向の流木投影長さが流木柵間隔よりも小さくなる確率が増大するためと考えられる．また，先頭部集1012×3

118.75×4

5.9

積型のほうがh が大きいのは，定常流型よりも流木が集積し126.8×5

44.9

24

1318.5×2

23.3

50て到達するため，閉塞時に流木ジャムがより密な状態で形成

1412×3

53.8

49

15

8.75×472.157されるためと考えられる．捕捉による水位堰上げについては，

166.8×561.4

461718.5×2

3.3

1812×345.955198.75×460.2

56

20

6.8×5

66.9522118.5×2

0.8

2212×31.3238.75×47.342246.8×525.640定常流型の場合，流木捕捉率 T が大きいほど堰上げ水深h も大きくなり，流木捕捉率と堰上げ水位の関係性が顕著に現れたが，先頭部集積型においては，T に関係なく，似たようなhとなった．これは，密な集団状態で流木群が閉塞断面へ到達するため，流木捕捉率 T，すなわち閉塞流木量の大小に関係なく，水位の堰上げが閉塞投影断面に依存して発生することを示唆している．
最後に，柵状部流木捕捉率に関する既往実験式 2)と既往実験結果 2)3)，本実験結果の比較を行った（図-2 参照）．本実験結果は，流木供給方法に関係なく，既往提案式，既往実験結果と類似した範囲にプロットされており，既往成果との整合性が高いことが確認できた．既往実験式は，横軸の流木閉塞パラメータに対して B/Lw（B:水路幅）を追加すること
で流木捕捉率と強い関係性を持つパラメータとなることが分かった．
4.終わりに

図-2

既往実験提案式 1)（上図），既往実験提案式に B/Lwを乗じたパラメータ（下図）と流木捕捉率の関係

本研究では柵状部における流木捕捉過程に着目し，流木供給方法の違いによって柵状部流木捕捉にどのような影響を与えているかを考察した．その結果，流木捕捉率，堰上げ水位において異なる傾向があることを確認した．また，既往提案式との整合性についても確認できた．今後は，流木群と土砂を混在させた状態での閉塞に関する実験を試み，土石流状態で到達する流木の閉塞により近づけた条件下での更なる検討を行う．
参考文献 1) 片山和紬ら，自然災害科学，Vol.42,pp.43-51,2023. 2) 石川芳治ら：砂防学会誌，Vol.42,No.3,pp.4-10,1989.

3) 渋谷一ら：砂防学会誌，Vol.63,No.3,pp.34-41,2010.

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