令和6年度砂防学会研究発表会概要集

T3-2

土砂・洪水氾濫対策における遊砂地の調節機能に関する一考察○原田 紹臣（三井共同建設コンサルタント株式会社 ）里深 好文（立 命 館 大 学 理 工 学 部）
水山 高久（京 都 大 学 名 誉 教 授）
1, はじめに
Sediment
basin

近年，新たに定義された細粒土砂や流木等の流出に伴っSediment Vs_in

Water qin

Waterway
Pて下流域で発生する土砂・洪水氾濫を受けて，新たに遊砂地等の基幹施設の整備による対策の推進が示された 1)．な
θw= 10〜15deg.

お，遊砂地の施設効果や形状に関しては，実験や解析により議論されてきた．しかしながら，現場の設計実務者が必

Flood plain
θp= 2deg.

携する設計マニュアル 2）においては，遊砂地の設計に関すSediment Vs_out

る詳細な形状や処理機能について不十分であり，遊砂地の図-1 実験概要（遊砂地を有した実験水路の概要）

細部構造に関する更なる知見の整理が望まれている．

Down

Up

Lp= 450

Down

Lp= 450Up3)

Ww= 100

床変動計算，氾濫解析により検討することとされている．

Wout

砂・洪水氾濫対策における土砂処理計画は，流出解析や河そのため，土砂の輸送調節等を考慮した遊砂地の土砂処理

Corner

機能に関する数値解析モデルの開発が望まれている．

Wp= 300

一方，河川砂防技術基準 計画編 の改訂に伴って，土θc= 45deg.

図-2 遊砂地平面図（左：隅角部有，右：隅角部無）そこで，本稿では，土砂・洪水氾濫対策や火山砂防にお100Conditionsや必要な条件（形状や配置など）について，水路実験や数値解析の結果を踏まえて考察する．

2, 遊砂地の土砂処理機能に関する実験
筆者ら 4)が実験に使用した遊砂地を有する水路を図-1 にCapture rate fs (% )ける対策工として期待されている遊砂地の期待される効果

土砂（Vs_in，珪砂：1～5 号を単独投入）を供給し，遊砂地（長さ Lp=45cm，幅 Wp=10～30cm）を通過して，下流へ

5252(50-55)
2828(26-30)

25230W p (m)3080 ㎥/sWater discharge q in :Waterway inclination θ w: 15 deg.
2 deg.
Flood plain inclination θ p :Particle size :0.3 m
Corner setting (45deg.) : Nothing
Waterway out-width W out : 10 m
- m
Sediment basin width W p :○: Experimental results f s exp (%)● : Calculation results f s_cal (%)

図-3 遊砂地幅（拡幅有無）の違いによる土砂捕捉率の変化（ただし，傾斜角 θp = 2 度）に接続させた直線水路（傾斜角 θw = 10～15 度，幅 Ww=10cm）の上流から，水（qin），505910示す．図-1 に示すとおり，実規模に対して約 1/100 程度の縮尺を想定して，遊砂地（図-2）を配置させた平面氾濫台

75における実験結果と数値解析結果との比較と表される（図-1）．
2, 遊砂地の処理機能に関する数値解析

流出した土砂の量（Vs_out）を計測している．なお，各条件

遊砂地の土砂処理機能（土砂捕捉）に対して一次元河床の違いが遊砂地における土砂処理機能や堆砂形状に与える変動解析モデル 5)を用いて，前述の実験結果を対象に再現影響を把握するため，上部からの供給水量 qin や遊砂地幅計算し，それらの比較により提案する解析モデルの適用性

Wp に加えて，これまで経験的に設けられてきた隅角部 2)のについて検証する．

設置有無（図-2）や遊砂地（下流）開口幅 Wp_out 等を変化

直線水路幅 Ww に対する遊砂地幅 Wp（図-1：拡幅有無）（52 ケース）させて，各条件での土砂処理効果を比較しての変化が土砂捕捉 fs に与える影響に関する実験結果に対しいる．ここで，遊砂地における土砂処理効果に関する実験て，解析モデル 5)での再現計算により比較した結果を図-3

結果に関して，遊砂地内における土砂の捕捉率 fs は，に示す．図-3 に示すとおり，概ね，再現できることが分か

f s = （Vs_in － Vs_out）/ Vs_in(1)った．なお，実験結果と比較して，解析結果の方が拡幅有- 23 -

100
9881(78-83)
8175
5025597452
38 52(50-55)
3030(27-36)

030

105

W out (m)1Conditions

8080 ㎥/s
Water discharge q in :Waterway inclination θ w: 15 deg.
Flood plain inclination θ p : 2 deg.
Particle size :0.3 m
Corner setting (45deg.) : Nothing
Waterway out-width W out : - m
Sediment basin width W p : 30 m

Capture rate fw(%)

Capture rate fs (% )100における実験結果と数値解析結果との比較

2.0

3.0

4.0

Wp /Ww (Ww=const.)

Water discharge q in : 80 ㎥/s

Corner setting (45deg.) : Nothing
Waterway out-width W out : 10m

Flood plain inclination θ p : -deg.

Sediment basin width W p : -m

Particle size : 3m

Waterway width W w : 10m○△●: Capture rate f w (%)

図-5 遊砂地幅と勾配の変化が土砂捕捉に与える影響伴う流速変化の影響を顕著に受けたものと考えられる．

Capture rate fw(%)

10080

θ＊(θw / θp)60

7.5 (15°/2°)
2.5 (10°/4°)
1.0 (7°/7°)

40
20
00.0

う土砂捕捉のへ影響は，図-3 に示される傾向とはやや異なり，実験結果に比べてやや小さい傾向であった．

0Waterway inclination θ w: -deg.て，一般的に，一次元的モデルでの解析において，拡幅にれた（相関係数:0.98）．なお，下流側の開口幅の変化に伴

20

Sediment basin length L p : 45m

無の影響を受けやすい傾向であった．この要因の一つとし

図-4 に示すとおり，同様に，概ねの再現性について確認さ7.5 (15°/2°)
2.5 (10°/4°)
1.0 (7°/7°)

Conditions

図-4 遊砂地（下流）開口幅の違いによる土砂捕捉率の変化

化が土砂捕捉 fs に与える影響に対する比較を図-4 に示す．

θ＊(θw / θp)

40

1.0

○: Experimental results f s exp (%)● : Calculation results f s_cal (%)一方，遊砂地（最下流出口）の開口幅 Wwout（図-2）の変

60

0.5

Wout /Wp (Wp=const.)

1.0Conditions

これらの結果より，概ね再現できていることを確認でき

Water discharge q in : 80 ㎥/s

Corner setting (45deg.) : Nothing

Waterway inclination θ w: -deg.

Waterway out-width W out : -mているが，開口幅の縮小に伴う上流部への影響（背水効

Flood plain inclination θ p : -deg.

Sediment basin width W p : 30m

Particle size : 3m

Waterway width W w : 10m○△●: Capture rate f w (%)

果）とそれに伴う土砂捕捉機能に与える局所的な影響等の一部について，更なる工夫が望まれる．

Sediment basin length L p : 45m

図-6 遊砂地 (下流) 開口幅と勾配の変化が土砂捕捉に与える影響

3,形状や勾配変化の違いが土砂処理機能に与える影響
実験結果との比較により再現性について検証した一次元
5)

影響を図-6 に示す．図-6 に示すとおり，遊砂地の開口幅及解析モデル を用いて，遊砂地幅 Wp の変化（図-1：上流

び上下流勾配の変化に伴って，土砂捕捉が顕著に影響を受

直線水路幅 Ww との関係），遊砂地平面形状（図-2：遊砂けていることが分かった．この要因については，遊砂地下地長 Lp と遊砂地幅 Wp との関係，ただし，遊砂地設置面流での開口幅の漸縮による上流域への背水効果や勾配変化

積 Lp・Wp＝Ap は一定）の変化，遊砂地直上流における勾に伴う水深及び流速の変化とそれらに伴う流砂量の変化

配変化（図-1：上流直線水路勾配 θw と遊砂地勾配 θp との（河床変動）によるものと考えられる．なお，勾配変化が関係）等の要因が，遊砂地の土砂処理機能（土砂捕捉）に小さく遊砂地開口幅の漸縮がない場合，殆どの土砂が遊砂与える影響について，それぞれ検討する．なお，以降に，地より下流へ流出する結果であった．

主な検討結果を示す．
数値解析 5)による遊砂地幅（Wp／Ww：図-1）の変化と遊参考文献

砂地直上流における縦断勾配変化（θw／θp）が土砂捕捉 fs

1) 国土交通省：砂防事業概要，2023．に与える影響を図-5 に示す．図-5 に示すとおり，遊砂地の2) 国土交通省：土石流・流木対策設計技術指針解説，2016．

拡幅及び上下流勾配の変化に伴って，土砂捕捉が顕著に影

3) 国土交通省：河川砂防技術基準 計画編（改訂），2019．

響を受けていることが分かった．この要因については，拡4) 原田紹臣，中谷加奈，木村一郎，里深好文，水山高久：遊砂地に幅や勾配変化に伴う水深及び流速の変化とそれに伴う流砂おける土砂及び流木捕捉機能の高度化に関する基礎的な実験，河量の変化（河床変動）によるものと考えられる．

川技術論文集，Vol. 27，pp. 667-672，2021．

次に，遊砂地（下流）開口幅（Wout／Wp）変化と遊砂地

5) 里深好文・水山高久：砂防ダムが設置された領域における土石流直上流における勾配変化（θw／θp）が土砂捕捉 fs に与えるの流動・堆積に関する数値計算，砂防学会誌，Vol. 58, No.1, 2005.

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