ユニット名：持続可能な河川・流域システムの研究プロジェクト

ユニット長 研究開発機構教授 福岡 捷二
本ユニットの活動目的は、河川災害の軽減と良好な河川環境の形成に関する研究を通して、わが国の河川技術の向上に貢献することである。これを実現するため以下の三つの主要なミッションを持って活動している。
第一のミッションは、 「持続可能な河川・流域システムの研究プロジェクト」の調査・研究課題として現地河川の課題を積極的に受け入れ、現場技術者と協力して、活発な調査・研究を進める。
第二のミッションは、河川技術にかかわる人材の育成への貢献である。このために、学、官、民に向けての河川技術に関する研究会・講習会の主催や、委員会、学会等への積極的な参加活動を行う。
第三のミッションは、調査・研究成果の積極的な公表を通して、新しい河川技術の社会への普及を図ることである。

主な活動成果観測水面形情報の広域的・統合的活用した河道システムにおける洪水流・河床変動解析技術の開発

堤防の浸透破壊危険性評価法
洪水時の堤防の浸透破壊危険性を科学的に評価するための新たな技術として、無次元力学指標である「堤防脆弱性指標t*」を提案した。
被災を受けた現地堤防、模型実験データを対象に、堤防脆弱性指標t*を算定した結果、被災形態毎のt*の取り得る範囲が明らかとなった。
・堤防決壊 t*: 0.1～1.0
・裏法滑り t*: 0.01~0.1

本ユニットでは、観測水面形に基づいた洪水流・河床変動の一体解析技術を開発し、多くの河川の洪水と土砂の流れを明らかにし、治水施設や河道設計に役立ててきた。更に増大する洪水外力に適応するためには、河道をシステムとして捉え、治水施設のストック効果を活かすことで、ダムと河道で洪水を貯留させながらゆっくりと下流に流す「流域治水」の実現を目指す必要がある。

堤防脆弱性指標t*は、堤防の浸透破壊危険箇所推定の一次スクリーニング技術としてはもちろん、今後の堤防設計や、破堤氾濫による水害リスク評価技術への応用が期待される。
H: 河川⽔位

氾濫被害が生じた鬼怒川H27.9洪水を対象に、水面形情報に基づいた流域全体の洪水流解析を実施することで、河道貯留量、総降雨量、ダム貯留量、氾濫量を関連付け、流域全体の洪水水量バランスを明らかにした。流域治水の考え方の構築に向け、流域全体の洪水流解析や水量バランス改善に必要な河道整備に関する研究開発に取り組んでいる。
135t* 計算水面形
(時間変化)

河床高(平均)堤防脆弱性指標

標高（Y.P.m）

川裏95757677

鬼怒川

矢部川

長良川

梯川 子吉川78
79
80
利根川合流点からの距離（km）

8182

8384

決壊
t*:0.1～1

1.0E-1

裏法滑り
t*:0.01～0.1

1.0E-2
1.0E-3t*(堤体漏水)

1.0E-4t*(裏法滑り)

1.0E-5t*(堤防決壊)
1

下流部の水面形の時間変化

353456789101112

枠無：堤体漏水

裏法滑り

13 14
case数

151617181920212223

1.0E+120

水位観測データ(▲印)

河床高(平均)051015堤防脆弱性指標

1551.0E-1354045

1.0E-3t*(堤体漏水)

1.0E-4
1.0E-512345678910

二次元半断面模型

11 12case数

131415

二次元全断面模型

16171819202122

三次元全断面模型

堤防脆弱性指標t*の大きさと堤防被災形態との関係

70,000

降雨損失分

60,00050,000

ダム貯留分（Sd）

河道貯留分（S1+S2 +S3）

氾濫量（VI=∫QIdt）

30,000

破壊された砂防堰堤に作用した衝撃力を推定するための大規模な固液混相流解析

教育活動・受賞

t*(堤防決壊)

1.0E-6

Vin(合計)Vin(合計)−Sd(ダム貯留量)−VI(氾濫量)Vin(合計)−Sd(ダム貯留量)
Vout(⻤怒川流末)

衝撃力を見積もるため破壊前の形状を再現した砂防堰堤

裏法滑り
t*:0.01～0.1

1.0E-2t*(裏法滑り)

202530
利根川合流点からの距離（km）

水面形の時間変化（鬼怒川平成27年9月洪水）

Vrain

25決壊
t*:0.1～11.0E+01024【模型堤防のt*】

堤防高(左右岸)

252

堤防決壊

計算水面形(時間変化)

30

洪⽔ボリューム(万m3)

土石流

1.0E-6

4040,000←H26.8に広島で発生した土石流によって破壊した砂防堰堤

b: ⽔際から裏法先までの⽔平距離⾼⽔敷冠⽔後の洪⽔継続時間

1.0E+0110

100

標高（Y.P.m）

浸潤線

破壊された範囲【堤防被災が生じた現地堤防のt*】
1.0E+1115

10580,000

k: 平均透⽔係数
λ: 平均空隙率
Sr: 平均飽和度ttʼ:

堤防高(左右岸)

120

⾼⽔敷

堤体

本ユニットでは、複雑な形状の渓流を流下する土石流の、水流と石礫の三次元運動を高精度に推定することができる固液混相流解析技術を開発した。この解析技術の活用により、従来困難となっていた巨石の砂防堰堤に作用する衝撃力の見積もりや、透過型砂防堰堤の土砂や流木の捕捉量の見積もりが可能となる。このため、開発した解析技術の活用により、砂防施設の設計法のさらなる発展が期待される。

堤防脆弱性指標t*と、t*算定に用いる各変数の定義

125

鬼怒川の流域図

5 kHt '
2 b 2中流部の水面形の時間変化

130

川表

堤防脆弱性指標

大規模固液混相流解析による砂防施設の設計法へのアプローチ

数値解析を活用した河道・河川構造物の設計技術の開発

本ユニットは、2004年4月に立ち上げられ、現在までに13名の博士、33名の修士を輩出し、河川技術に関わる人材の育成に貢献している。
・博士論文タイトル取得年
博士論文タイトル
H30
十分発達した河口砂州の洪水流による拡幅機構と開口幅に関する研究
H29

谷底平野を流れる沖積河川の地形に着目した極値的流量の推定に関する研究

H28

ダム貯水池における洪水流動解析と洪水流入量・放流量の評価方法に関する研究

H27

複雑な河道システムにおける洪水流・河床変動と堤防の破堤確率評価法に関する研究

H25

種々の形状を有する石礫粒子群からなる数値移動床水路の構築とこれを活用した水流と石礫粒子群の運動機構に関する研究
河口区間および本・支川分流区間を含む河道の河床変動予測技術に関する研究

20,000流末からの流出量

10,0000
2015/9/9 12:00

2015/9/10 0:00

2015/9/10 12:00

2015/9/11 0:00

2015/9/11 12:00

全降雨量と全洪水ボリューム、ダム群による貯留量、河道貯留量、氾濫量の関係（流域全体の洪水水量バランス）

河床波の発達した斐伊川を対象とし、観測水面形時系列に基づいた準三次元洪水流・河床変動の一体解析より、洪水時の放水路分流区間の河床変動、放水路への分流量、土砂流入量を推定し、効果的な河道改修等を行うための情報を提供している。

床固、分流堰、遊水池等の河川構造物の設計は、構造物上下流の広い範囲の洪水時の流れと土砂移動を考慮し、河道と一体的行う必要がある。本ユニットでは、実用的な平面二次元解析の枠組みで、構造物周辺の三次元流速分布や非静水圧分布を計算可能な解析法（底面流速解析法（GBVC法）、 Q3D-FEBS等）の開発に取り組んでいる。
これらの解析法を具体の河道・河川構造物の設計や計画（大河津分水路新第二床固、荒川調節池群、江戸川流頭部等）に応用し、数値解析を活用した新しい河道・河川構造物の設計技術の開発を行っている。

連結系汽水湖における流動・水質変化機構とその長期シミュレーション
H22
H21

樹木群のある河道における洪水流の非定常準二次元解析法と利根川への適用性に関する研究
利根川河道（八斗島～取手）の変遷と護岸、水制に関する研究
石礫河川の洪水流の水理と河岸侵食対策

・受賞
受賞年

受賞者

タイトル

福岡捷二、田端 幸輔、出口桂輔

平成29年度土木学会水工学委員会河川技術論
文賞

平成27年9月洪水における鬼怒川下流区間の流下能力、河道貯留及び河道安定性の検討
非平衡粗面抵抗則を用いた一般底面流速解析法の導出と局所三次元流れへの適用

論文など

H29

内田龍彦、福岡捷二

平成28年度土木学会賞「論文賞」

H29

福岡捷二

平成29年度 科学技術分野の文部科学大臣表彰 河道設計法の体系化と治水と環境の調和した統合化
科学技術賞（研究部門）
技術の研究

H29

金子 祐

平成28年度水工学論文奨励賞

H27

研究開発機構 福岡ユニット 平成26年度土木学会賞「技術賞I」

H26

岡村誠司

平成25年度土木学会論文奨励賞

H25

長田健吾、福岡捷二

Best Paper Award (12th International Symposium
on River Sedimentation)

H25

福岡捷二

平成24年度土木学会賞「功績賞」

H25

福岡捷二

平成24年度土木学会賞「研究業績賞」

H25

後藤岳久

平成24年度水工学論文奨励賞

太田川デルタにおける河川流路網の洪水流と河床変動に関する研究

縦断距離(m)H24

Tomoo Fukuda

Kyoto Young Dam Engineers Award (InternationalSymposium on DAMS FOR A CHANGING WORLD)

Study on Flushing Mechanismof DamReservoir Sedimentation andRecovery of Riffle‐Pool in Downstream Reach by a Flushing
Bypass Tunnel

大型水理模型実験と数値解析を用いた信濃川大河津分水路における新第二床固の減勢方法の検討

H18

福岡捷二

平成17年度 土木学会賞「出版文化賞」

洪水の水理と河道の設計法－治水と環境の調和した川づくり－: 観測水位(平均値): 観測水位(最大値)斐伊川放水路分流区間の洪水時の流況と河床変動

山間狭隘河道における洪水流の水位・流量ハイドログラフの変形・伝播機構に関する研究
治水と環境の両立を目指した川づくりの技術的考え方とその適用性に関する研究

H29

水深(m)

河床波の形成された斐伊川の下流河道

デルタ河川網の洪水流と河床変動に関する研究
H24

1.0m/s

水平方向流速(m/s)

ガタ土と砂礫で構成される河床を有する筑後川感潮域の洪水時の土砂移動と河床変動
急流河川における治水と環境の調和した新たな河岸防護技術（巨石付き盛土砂州を用いた河岸防護工）
利根川河口区間における河床波の形成・発達・消滅
過程と洪水中の河床波抵抗の評価
Study of flood flow and gravel riverbed variation
analysis in the Satsunai river

洪水流と土砂移動を一体的に捉えた高精度でかつ実用的な解析法の開発と河道設計・管理への適用

河川技術に関するシンポジウム優秀発表者賞（9名），土木学会全国大会年次学術講演会優秀講演者（19名），
土木学会関東支部技術研究発表会優秀発表者（5名）