山国川と中津干潟の広域土砂動態と侵食堆積機構の解明と河川の土砂量算定技術の高精度化

群馬大学大学院 理工学府 環境創生部門
准教授 鵜﨑 賢一

研究経歴（九州⼤学⼤学院総合理⼯学研究院⼤気海洋環境システム学専攻）（国⼟交通省港湾空港技術研究所任期付研究員）
現地観測・数値計算[ ⾵，海岸 ]■海⽔⾶沫の定量的評価〜半理論式の提案
⽔理実験

[ ⾵・海岸（⼲潟） ]■潮汐と⾵波を考慮した泥と砂による広域⼟砂動態・地形変化
モデルの構築と現地適⽤↓[ ⾵，海洋・海岸 ]〜⼲潟の⼟砂動態■吹送流中の⼆次循環流の形成機構↓

⽔理実験・数値計算（群⾺⼤学⼤学院理⼯学府環境創⽣部⾨）現地観測・数値計算↓[ ⾵・漂砂・流砂，河川・海岸（⼲潟）・湖沼 ]・トラス構造を有する鋼製浮防波堤の消波性能評価と設計指針の構築

・河川流量の算定時の表⾯流速における吹送流の影響評価

・感潮⽔路網の⽔位予測計算
・諫早⼲拓事業の影響評価に関する現地調査，和⽩⼲潟の⼤気↓明[ ⾵・漂砂，海洋・海岸 ]〜極浅海域での⼟砂動態↓■河川・沿岸域を含めた広域⼟砂動態の解明
・那珂川からの⼟砂供給量の算定と⿅島灘の広域⼟砂動態の解・⽔質調査研究員■河川の流量・⼟砂量計測技術の⾼精度化
・利根川⼋⽃島⽔位観測所の埋没問題の原因と対策

・係留船舶の⻑周期動揺の原因と対策■漂砂過程における吹送流の影響評価…海岸・⼲潟の⼟砂供給源としての河川

・⼭国川と周防灘を含めた中津⼲潟の広域⼟砂動態の解明と新：⽇本学術振興会特別たな保全対策の提案■吹送流中の⼆次循環流の形成機構と湖沼の⽔質環境に及ぼす影響評価Langmuir Circulations
Streaks

二次循環流(Langmuir Circulations)"Ocean Currents in Ocean Circulation”, ed. G. Bearman, Pergamon Press

渡良瀬遊水地・谷田部川4

研究背景
１．干潟の価値◇沿岸域の水質浄化◇生態系の維持◇潮干狩り等のレジャーの場
２．中津干潟の抱える問題◇漁獲量の減少◇航路埋没←干潟の侵食？泥質化？

図-2-1 中津干潟（干潮時）

図-1 中津干潟の位置

図-2-2 中津干潟（満潮時）中津干潟のアサリ
耶馬渓ダムの建設

平成大堰の建設

中津港拡張工事

研究目的
１．地元民の懸念◇中津港の拡張工事◇平成大堰の建設◇耶馬渓ダム２．既往の調査での不明点◇長期的な地形変化◇土砂動態◇侵食堆積機構・泥質化

図-3 平成大堰（山国川河川事務所HPより）

地形変化が目に見えないため拡縮や侵食堆積が分かりにくい中津干潟と山国川の土砂動態を明らかにする

図-4 耶馬渓ダム

研究内容
１．干潟の現地観測◇ADCPとRTK-GPSを用いた観測◇干潟の年間の土砂侵食・堆積量を算定

２．干潟の土砂動態についての検討◇2016年出水期における土砂供給量算定◇2015-16年における年間の土砂収支算定

３．広域土砂動態モデルを用いた数値計算◇WDMPOMを周防灘に適用し流れ場を再現◇干潟からの土砂の流出方向を予測

図-5 観測の様子

４．長期観測データによる分析◇山国川が中津干潟に与える影響の調査

５．干潟の土砂侵食堆積機構の解明◇干潟の土砂侵食・堆積量の重回帰分析
降水量・有義波高に着目
図-6 干潟の土砂収支検討図

１．干潟の現地観測
観測概要◇冠水時にADCPとRTK-GPSをボートで曳き，水深と座標を同時に観測◇水位計で基準点の水位を観測◇事前にRTK-GPSで基準点の標高を観測

図-7 観測機材（ADCPとRTK-GPS）図-8 海底面標高

基準点の標高＋基準点の水位－測点の水深 ＝ 海底面標高

１．干潟の現地観測
観測概要
小型ボート観測・・・汀線から1km範囲の浅海部を，岸沖方向に500m間隔で14測線
漁船での観測・・・沖合1km～3kmを，沿岸方向に500m間隔で4測線
観測日
2014年5⽉30,31⽇
2014年9⽉10,11⽇
2015年5⽉16,17,18⽇
2015年9⽉27,28⽇
2016年6⽉4,5⽇
2016年9⽉18,19⽇
図-9 観測線（2014年5月30，31日）

１．干潟の現地観測
観測結果
観測線上の標高を元に補間を行い，観測範囲の干潟全体の標高を求めた。

図-9 観測線（2014年5月30,31日）
図-10 2015年5月-2016年9月標高差コンター図（寒色：侵食、暖色：堆積）１．干潟の現地観測
期間

⼟砂堆積量

侵⾷or堆積2014/5〜9⽉（出⽔期４ヶ⽉）‐1,870,000m3

侵⾷2014/５⽉〜2015/５⽉（１年間）‐4,822,603m3

侵⾷

2015年5⽉〜9⽉（出⽔期４ヶ⽉）

196,105m3

堆積2014/5⽉〜2015/9⽉(観測期間合計）‐4,626,498m3

侵⾷

１．干潟の現地観測
観測結果
土砂侵食堆積量＝標高差×観測範囲の面積×（1-空隙率)
表-1 土砂侵食堆積量

期間

土砂侵食堆積量

侵食・堆積2015年5月-9月（出水期4ヶ月）202,156m³

堆積2015年9月-2016年9月（年間）-99,036m³

侵食

2015年5月-2016年9月（合計）

103,118m³

堆積国交省の深浅測量データ

4.0
3.0

沿岸部
干潟部

3

累積土砂変動量（m ）[106]

2.0～～

1.0
0.0
-1.0-2.02000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012年

長期データによる土砂侵食堆積量の算定

図4. 2000年からの前年度比グラフ

２．河川からの土砂供給についての検討
山国川からの土砂供給量算定

図-11 河川を流れる土砂イメージ

２．河川からの土砂供給についての検討

図-12 C-Qグラフ（2016ver）

式(3)に時々刻々の流量を積分することで浮遊砂量算出

２．河川からの土砂供給についての検討

式(2)に時々刻々の流量を積分することで掃流砂量算出

２．河川からの土砂供給についての検討
土砂供給量算定

図-11 河川を流れる土砂イメージ

２．河川からの土砂供給についての検討
過去20年分の土砂供給量算定①
表-4 土砂供給量算定（H27小野卒論）

水害

２．河川からの土砂供給についての検討
土砂供給量と降水量

図-16 土砂供給量と降水量の関係

近年、八斗島観測所周辺では土砂堆積が加速

利根川上流河川事務所データ

正常な流量計測が困難な状況
土砂堆積問題を考える上で土砂供給量を把握することは重要利根川観測地
五料橋

鳥川
八斗島
水位観測所
坂東大橋

利根川五料橋2014/10/14～16 上福島水位観測所

10/14 00:00

10/14 12:00 10/15 00:00

ADCPによる土砂供給量の算出

10/15 12:00 10/16 00:00

計算値の補正観測手法
ADCPをフロートにのせてロープで固定係留し観測
採水による観測
131 m

32
10
観測概要

観測測点

H26年6月の出水時における横断流速分布（五料橋）

ADCPによる掃流砂量の算出

ADCP

K=0.4測点0
15:20～15:35Z:水路床からの距離(cm)測点1
12:50～13:05

Z:水路床からの距離(cm)河床移動速度測点0
15:50～16:00

平均値0.6(cm/s)

アンサンブル数
測点1
12:50～13:05

平均値
29.6(cm/s)

アンサンブル数

一回の出水での掃流砂量の算出

q*：無次元掃流砂量

芦田・道上式から掃流砂量を算出

102
101

反復解法よりhを算出

100
10-1
10-2
10-3
10-4 -2
10

五料橋
St.2
St.1
St.0
芦田・道上式芦田・道上式（有効掃流力）

10-1100101

τ*：無次元掃流力

３．干潟の土砂動態についての検討
土砂収支の検討2015年5月-2016年9月土砂収支
出水期（2015,16）

土砂供給量

－－

土砂侵食堆積量

図-6 干潟の土砂収支検討図＝＝土砂流出量３．干潟の土砂動態についての検討
土砂収支の検討①年間の土砂侵食堆積量についての検討②一般的に年間を通して干潟は、・出水期である夏期に土砂供給
・強風かつ高波となる冬季に土砂流出③冬季の土砂流出は多いと約400万侵食となる場合もある
図-13 土砂収支イメージ図

年間の土砂侵食堆積量に対して出水期の土砂供給量が少ない
2012：約450万m3堆積⇔約25万m3河川供給（cf.年22万m3～国交省）

二瓶ら（2013）：日本全国の河川での結果

2

比浮遊砂輸送量 L' (ton/day/km )大出水時の濁度－流量グラフ（山国川）
103

102

2017/0705-0707
2015
二瓶の式（2013）
高流量の近似式101
y=3.529*x1.387
100

10

y=7.4292*x2.6972

-1

10-2

10-1

100

101

比流量 Q' (m3/s/km2)

利根川五料橋のCQグラフ

流量がダブルピーク

流量がダブルピーク

４．広域土砂動態モデルを用いた数値計算
数値計算概要①
三次元マルチレベルモデルPOM（Princeton Ocean Model)を
周防灘に適用し，流れ場を再現することで，干潟からの土砂の流出方向を予測．
周防灘

中津干潟

表-3 計算条件

メッシュ数nxny
メッシュサイズdx

146131450 (m)550 (m)

図-13 計算領域

４．広域土砂動態モデルを用いた数値計算
数値計算概要②
input◇周防灘の水深◇大分と徳山の実測潮位を線形補間し，計算領域の右端から与えた

output◇周防灘における潮汐残差流
上げ潮
潮汐残差流

2
潮汐残差流・・・
潮の満ち引きの非対称性によって生じる流れ．

1
下げ潮
図-14 潮汐残差流イメージ図

3

４．広域土砂動態モデルを用いた数値計算
WDMPOM（鵜﨑ら，2009）を持いた数値計算結果◇周防灘では，海岸線に沿うように反時計回りの流れ．
→上手の苅田方面からの潮流による沿岸漂砂が存在する可能性有◇中津干潟において北東方向の流れ→干潟の土砂は北東方向に流出

1.0 m/s
図-15 周防灘における潮汐残差流流速方向

５．干潟の土砂侵食堆積機構の解明干潟の土砂侵食堆積量の影響因子
1km
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2014

図-6 干潟の土砂収支検討図

表-5 年間の各データ
土砂侵食・堆積量(m3) 降水量(㎜) 有義波(m)1.77E+05485
0.506
1.94E+05359
0.533-9.35E+05457
0.542-1.77E+05
400
0.515
5.00E+05478
0.443-1.77E+05
561
0.501
8.06E+04681
0.503-5.16E+05
432.5
0.471
-9.68E+04
414.5
0.47
-1.19E+06
333
0.54
9.03E+05
563.5
0.419
1.63E+06
947
0.552-4.82E+06344
0.5214土砂収支
河川(山国川)の土砂供給量

降水量

干潟の－ 土砂流出量

干潟の＝ 土砂侵食・堆積量波
国土交通省観測・2001~2012年土砂侵食・堆積量データ
気象庁耶馬溪観測所・降水量データ
NOWPHAS苅田観測所・有義波データ

５．干潟の土砂侵食堆積機構の解明
土砂侵食堆積量と２成分の各相関

図-18 土砂侵食堆積量と降水量（input）

図-19 土砂侵食堆積量と有義波高（output）

５．干潟の土砂侵食堆積機構の解明
土砂侵食堆積量と降水量・有義波高の相関
重回帰分析
１つの目的変数を、複数の説明変数から予測したいときに用いる統計手法。

目的変数：土砂侵食・堆積量⊿h
説明変数：降水量r・有義波高H1/3

図-20 土砂侵食堆積量コンター図

５．干潟の土砂侵食堆積機構の解明
土砂侵食堆積量コンター図

2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2014
図-21 土砂侵食堆積量コンター図（データ反映）

⼩堆積
⼩堆積
⼤侵⾷
⼩侵⾷
中堆積
⼩侵⾷
⼩堆積
中侵⾷
⼩侵⾷
⼤侵⾷
⼤堆積
⼤堆積
⼤侵⾷

６．本研究のまとめ
１．河川と干潟の土砂動態を明らかにする手法を確立．
２．中津干潟は長期的に見て明瞭な侵食/堆積傾向はない．
３．山国川と中津干潟の土砂収支の不一致 → 沿岸土砂輸送の影響・大？
４．若干の泥質化傾向
５．2017年の水害による泥の堆積 〜粒度分布解析→ 山国川の土砂供給量算定の見直し．
６．2乗則の修正
７．侵食・堆積量予測式の提案
８．広域土砂動態・地形変化モデルの構築→ 将来地形変化予測，対策工の立案・評価