2023/6/22-23
2023年度河川技術に関するシンポジウム

後藤 勝洋1

後藤 岳久1

瀬尾 敬介2

福岡 捷二1

1中央大学研究開発機構
2国土交通省 関東地方整備局 京浜河川事務所

多摩川中流部(日野用水堰～浅川合流点)の河道の経年変化 2
昭和49年12月(昭和49年9月洪水後)

・昭和30年代の大量の砂利採取，固定堰の建設等により，土砂移動量が減少したため，河床低下が進行し，低水路河床に土丹層が露出

低水路護床工

橋脚保護のため，低水路河床に護床工を設置

平成11年3月

・土丹層の露出が低水路の河床低下，流れの集中を助長し，低水路幅の縮小化，砂州の高水敷化が進行
・河道の二極化，砂州の樹林化に伴い多摩川中流部特有の砂州河道が消失

令和元年11月(令和元年10月洪水後)

・河川横断構造物を計画的に設置・改修してきたことで，近年，低水路河床高の縦断形が維持され，低水路幅の拡大とともに砂州河道が回復する傾向
堰を切下げ，床止め工に改築
谷地川

昭和40年代河道を目標に河道縦横断研究の背景・目的

3■多摩川中流部（日野用水堰～浅川合流点区間：45.2～37.0km）では，経年的な河川改修，大規模洪水を経て，近年，低水路河床高が維持されるようになり，高水敷化した砂州河岸が洗掘され，低水路幅の拡大とともに河道が安定しつつある．
■本研究の目的①長期にわたる河道の実測データを用いて，低水路幅の回復に伴い河道断面形が船底形断面形に変化することを明らかにする．
②令和元年10月洪水を対象とした準三次元洪水流・河床変動解析を用いて，洪水エネルギー分布の視点から船底形断面形の形成の機構について考察する．
船底形断面形の定義1)：
自然河川の河道形状に近い低水路と砂州を含む高水敷が緩やかに連続した河道断面形

標高(A.P.m)

多摩川中流部の船底形断面形に改修された河道（43.8km断面）
8584838281807978777675

改修前(H11.3)
改修後(H29.3)
改修後の河岸高水敷化した砂州河岸

船底形河道に改修

船底形河道に改修
050100150200250300横断距離(m)35040045050043.6km付近（平成29年）

1) 福岡捷二：温暖化に対する河川の適応技術のあり方‐治水と環境の調和した多自然川づくりの普遍化に向けて，土木学会論文集F，Vol.66，No.4，pp.471-489，2010.

低水路河床高の安定化

4■平成11年以降，低水路河床高の縦断形が，堰や護床工等の横断構造物の敷高に規定され，維持されるようになっている．
低水路平均河床高84

護床工(S42以前)

82

日78 野76 用
水74
堰

H11洪水
H13洪水
H19洪水

S49洪水
S57洪水

S49.3

S58.3

H11.3

構造物高45)544544.5

4443.54342.54241

縦断距離(km)平均河床高変化量(m)2低水路平均河床高の変化量(S49基準)
1.541.540.5

40

橋護脚床部工の39.5み 39(H17)土丹層の露出区間

浅川合流点

堰天端(S42)
堰天端(H17改築後)※(S5848)

堰・護床工敷高をつないだ河床高)

60

護床工

(S6227)26～2864

四17 谷改本築宿堰)

摩大橋

中央
自動車道

日野橋

護床工

(H66

帯工)

帯工

68

(H

標高(A.P.m)

土丹高(H橋護脚床部工の多 み 61
(S70

中央線

※

JR八高線

72

56

R1.11JR80

R1洪水

H20.2

S58-S49

H11-S49

414038.538

H20-S49

37.537R1-S49

10.50-0.5-1-1.5-245

44.54443.54342.54241.540.5

39.5

3938.53837.537低水路河床高の安定に伴う低水路幅の回復

5■JR中央線上下流区間(42.2～40.2km)では，低水路河床高が維持されるようになったことで，平成11年以降の大規模洪水の発生に伴い低水路幅が回復している．
■多摩大橋周辺地区(44.8～43.4km)では，平成26～28年の河川改修により昭和40年代の低水路幅に拡幅されたことで，令和元年10月洪水に対して低水路幅は維持されている．

河道中央からの横断幅距離(m)

低水路河岸位置の経年変化
堤防(R1)

350
300
250
200
150
100
500-50-100-150-200-250-300-3504544.6

44.2

43.8

43.4

4342.642.2

多低水路幅の経年変化 摩600大550500
橋
八450400
高350
300線

河道全幅(R1)

44.6

44.2

43.8

43.4

河川改修(H26-28)区間

40.2

S49

4342.642.2

41.841.441

H11洪水 H19洪水
H13洪水
R1洪水

H1139.8

H2039.4

H1139
H20

R1

38.6

40.6

40.2

39.8

38.2

R1日
野橋

中央線

250200150
100
5004540.6

JRJR

横断幅(m)

41.8 41.4
41
縦断距離(km)

S49洪水
S57洪水
S49

四谷
本
宿堰

低水路幅
250m
200m

39.4

39

H11以降，高水敷化した砂州河岸の洗掘が顕著

38.6

38.2

低水路の安定化と船底形断面形の形成

6■多摩大橋周辺地区(43.8km)では，令和元年10月洪水に対して低水路幅，河道断面形状（船底形断面形）は維持されている．
■JR中央線下流区間(40.4km)では，河道が二極化する前の昭和40年代の低水路幅に戻るように変化している．これにより，河道断面形が船底形断面形に変化している．

標高(A.P.m)

横断形状の変化(43.8km：河川改修区間)

R1洪水後

43.8k

多摩大橋

H29.3

0

横断形状の変化(40.4km：砂州河岸洗掘区間)
標高(A.P.m)

JR
中央線

R1洪水後

R1洪水

85848382818079
78
77767540.4k

737271
70
69
6867
66
6564
63

50

100

S49.3

0

50

100

R1.11250m程度

150

200
250
300
横断距離(m)H29.3

R2.2150

洪水後低水路幅
洪水前低水路幅

350400450500

400450200m程度
100m程度

200250横断距離(m)

300350細粒土層を考慮した河床変動解析

7■準三次元洪水流・河床変動解析より，高水敷化した砂州河岸の洗掘を評価するため，土丹層上に経年的に堆積した細粒土層の粒度分布を考慮する．
■調査結果を踏まえ，低水路の粒度分布に対して，1mm以下の割合を2倍にした粒度分布を砂州(高水敷)に与えた結果，R1洪水後の実測の船底形断面形をほぼ再現できている．
解析に用いた粒度分布
堆積層①堆積層②

表土通過質量百分率[%]

低水路
砂州・高水敷1009080 1mm 以 下70 の 粒 径 割
60 合が大きい50
4030201000.010.1
1

土丹上の堆積層の地質調査(42.6km付近)

調査結果を解析の粒度分布に考慮

堆積層②堆積層①

土丹

河床変動解析結果と観測結果の比較(40.4km)

1007473727170696867666564

R1洪水前(実測)
R1洪水後(解析・細粒土層なし)

洪水後(横断測量結果)
R1洪水後(解析・細粒土層あり)

解析結果(細粒土層を考慮しない)

標高(A.Pm)10
粒径[mm]

実測

土丹高
解析結果
(細粒土層を考慮)
050

100150200250

横断距離(m)

300350400450洪水エネルギー分布の求め方■福岡2)は，洪水流による破壊現象は，せん断力のような局所的な外力だけで決まるものではなく，洪水流によって作用するすべての外力によってもたらされること，そのため，すべての外力を考慮した三次元エネルギー分布及びその勾配を堤防・河道設計のための外力として考えることの重要性を論じている．
■本稿では，非静水圧準三次元洪水流解析から求まる水面形（位置水頭＋圧力水頭）に速度水頭((u2+v2+w2)/2g)を付加した全エネルギー水頭を用いて分析を行った．
2) 福岡捷二：超過洪水時の三次元エネルギー分布に基づく河道・堤防の一体設計の考え方，河川技術論文集，第29巻，2023.

観測水位と解析水位・全エネルギー水頭の縦断分布（令和元年10月洪水）
88
86

10/12 14:00解析水位
10/12 22:00解析エネルギー水頭

HWL

全エネルギー水頭 𝑧 + 𝜌𝑔 +82
8076

𝑝74

水面形 𝑧 + 𝜌𝑔72
6866

𝑢 +𝑣 +𝑤
2𝑔

洪水ピーク付近では，速度水頭が無視し得なくなる

78

70

10/12 14:00解析エネルギー水頭
10/12 22:00観測水位

𝑝84

標高(A.P.m)

10/12 22:00解析水位
10/12 14:00観測水位

10/12 14:00 流量1,500m3/s
10/12 22:00 流量4,800m3/s
45 44.8 44.6 44.4 44.2 44 43.8 43.6 43.4 43.2 43 42.8 42.6 42.4 42.2 42 41.8 41.6 41.4 41.2 41 40.8 40.6 40.4 40.2 40 39.8
縦断距離(km)8船底形断面形に改修された多摩大橋周辺地区

9■船底形断面形に改修された多摩大橋周辺区間(43.8km断面)では，流量の増加に応じて，流速分布及び全エネルギー水頭の分布形が低水路と高水敷上で緩やかに連続した状態を維持している．
■これは，船底形断面形が河道全体で洪水エネルギーを適切に分担している河道形状であることを顕わしている．

1,500m3/s
JR多43.8km摩大橋

横断形状(43.8km)と横断面内流速分布，エネルギー水頭の時間変化(解析結果)
1,500m3/s
標高(A.P.m)

底面流速分布の時間変化(解析結果)

八高線

船底形断面形に改修された区間

2,300m3/s

43.8km

洪水前河床(観測)エネルギー水頭

標高(A.P.m)

2,300m3/s

HWL

船底形断面形に改修された区間

4,800m3/s

43.8km標高(A.P.m)

4,800m3/s(洪水ピーク)

流速(m/s)

流速(m/s)

洪水後河床(観測)横断距離(m)

高水敷化した砂州河岸の顕著な洗掘が生じたJR中央線上下流区間 10■JR中央線上下流区間（40.4km断面）では，流量が2,000m3/s程度を超えると，高水敷化した砂州が冠水し，高水敷化した砂州河岸が洗掘を受け始める．この時，低水路と高水敷化した砂州上の流速差は大きいため，全エネルギー水頭も横断的な変化が大きい．
■洪水ピーク時には，全エネルギー水頭の分布形が横断的に緩やかとなっており，洪水エネルギーが河道全体で適切に分担されるように高水敷化した砂州河岸の洗掘が生じている．その結果，低水路河床と高水敷が連続する船底形断面形に変化している．
横断形状(40.4km)と横断面内流速分布，エネルギー水頭の時間変化(解析結果)

高水敷化した砂州
JR1,500m3/s

40.4km

中央線

高水敷化した砂州

2,300m3/s

高水敷化した砂州HWL

洪水前河床(観測)エネルギー水頭40.4km標高(A.P.m)

2,300m3/s

日野橋

1,500m3/s
標高(A.P.m)

底面流速分布の時間変化(解析結果)

4,800m3/s

4,800m3/s (洪水ピーク)

標高(A.P.m)

40.4km

流速(m/s)

流速(m/s)

洪水後河床(観測)横断距離(m)無次元流量と無次元河幅，無次元水深の関係

11■船底形断面形に改修された43.8km断面(青線)では，無次元流量の増加に応じて無次元河幅・水深が福岡の式に概ね平行するように連続的に変化しており，洪水流量が3,000m3/s程度を超えると，水面幅は河道全幅となり，安定河道の関係を満足している．
■高水敷化した砂州河岸の洗掘が生じた40.4km断面(赤線)では，流量が2,500m3/s程度を超えると，水面幅が急増しほぼ河道全幅となり，安定河幅の関係を満足している．この時も高水敷化した砂州河岸は洗掘を受け，低水路幅は拡大し続けていた．これは，令和元年10月洪水の流量規模に達したことで，低水路幅が安定幅に拡がろうと変化した結果，船底形断面形を形成したと考えられる．

無次元流量-無次元河幅・水深の関係(福岡の式1）)
𝐵
無次元河幅 𝑑1.0E+0543.8km3,000m3/s(43.8km)

1.0E+04

河道全幅

無次元河幅

上限式
平均式
下限式

1.0E+03無次元水深40.4km1.0E+022,500m3/s(40.4km)
無次元水深

上限式
平均式

1.0E+01
1.0E+07

𝑄

無次元流量𝑔𝐼𝑑

1.0E+08

安
定な
河幅の範
囲

【無次元河幅】

0.40

 Q B
 6.33
上限曲線式
 gId 5 drr 
0.40 Q B
全体平均曲線式  4.25
5 dr
 gId r 0.40
 Q B
 2.80
下限曲線式
5dr
 gId r 

【無次元水深】0.38

 Q 安h 0.13
全体平均曲線式
5
定dr
 gId r な0.38 Q 水h 0.14
上限曲線式
 gId 5 
深drr 
の範 Q：河道形成流量，B：河幅，h：水深，I：勾配，囲dr：代表粒径(=d60)，g：重力加速度1) 福岡捷二：温暖化に対する河川の適応技術のあり方‐治水と環境の調和した多自然川づくりの普遍化に向けて，土木学会論文集F，Vol.66，No.4，pp.471-489，2010.

まとめ12■多摩川中流部のJR中央線上下流区間では，低水路河床高の縦断形が維持されるようになったことで，大規模洪水によって高水敷化した砂州河岸の洗掘が促され，河道が二極化する前の昭和40年代の低水路幅に戻りつつあり，それに伴い，自然河川に近い河道断面形である船底形断面形に変化している．
■当該区間では，河道全幅での無次元流量と無次元水面幅の関係は安定河道の関係を満足し，この時，洪水エネルギーが河道全体で適切に分担されるように高水敷化した砂州河岸が洗掘され，その結果，低水路河床と高水敷(砂州)が連続する船底形断面形に変化している．
■船底形断面形に改修された多摩大橋周辺地区では，洪水流量に応じて，洪水エネルギーが緩やかな分布形となっており，洪水エネルギーが低水路と高水敷で適切に分担される状態が保たれている．
■このような実測データに基づく河道の長期的な変化と高精度な準三次元洪水流・河床変動解析法による大規模洪水時の河道縦横断形の変化，それに伴う洪水流のエネルギー分布を用いて河道縦横断形を評価することは，船底形断面形を基本とした新たな河道設計，維持管理のための重要な情報を与える．