吹き止め式防雪柵開口部における強風の現地観測と数値解析
A field observation and numerical simulation of strong winds at gaps between collector snow fences.

金子学 １，櫻井俊光 １，松下拓樹 １，高橋渉 １，松島哲郎 １
Manabu. KANEKO , Toshimitsu. SAKURAI , Hiroki. MATSUSHITA , Wataru. TAKAHASHI , Tetsurou. MATSUSHIMA
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国立研究開発法人土木研究所 寒地土木研究所

Civil Engineering Research Institute for Cold Region, Public Works Research Institute１．はじめにる機能が無いことに加え，柵に遮られた風が開口部に収束

北海道の冬期道路は，吹雪による視程障害や吹きだまりすることにより，強風と視程障害が発生する（エンドエフ
ェクトと呼ぶ，図-2） ３）．

等のため，非常に厳しい運転環境にある．視程障害時の事故は後続車からの発見が難しく，多重衝突事故に発展する

そこで本研究では，吹き止め柵の開口部における強風の事例も少なくない．こうしたことから，防雪柵等の吹雪対発生状況を把握するため，実験用の吹き止め柵に開口部を

１）策施設の整備が進められてきている ．防雪柵では，交差点設け，強風の発生状況について現地調査を行った．また，や取付道路付近に開口部を設けることが必要となるが，開効果的な開口部対策を検討するにあたり，現地観測を再現

口部周辺で突発的な強風や視程障害が発生し，交通事故のする数値解析を行い，両者の整合性の評価を行ったので，誘因となることが懸念される．

これらの結果について報告する．

防雪柵は，「吹きだめ柵」，「吹き払い柵」，「吹き止め柵」の３種類に大別される．この内，吹きだめ柵は最も古典的な柵形式であり，柵周辺の風を弱めることで柵前後に吹きだまりを形成し，風下の道路上への吹きだまりの到達を防止する．吹きだまりが道路に到達しないよう，風上側に数十メートル離して設置するため，広い敷地幅を必要とする．
次に，吹き払い柵は，道路敷地の制約がある場合に対応する柵形式として，北海道開発局建設機械工作所（当時）が図－１

吹き止め柵開発したもので，傾斜した複数の防雪板により風の流れを斜め下向きに変え，高さ１ｍ程度の防雪版の隙間（下部間隙）から吹き出す強風により道路上の雪を吹き払う．ただし，吹き払い可能な領域が２車線程度に限られ，積雪により下部間隙が閉塞した場合には機能を失う等，適用範囲が限られる ２）．
吹き止め柵は，北海道開発局土木試験所（現：寒地土木研究所）が広幅員道路への適用を目的として開発した柵形

図－２

エンドエフェクト概念図式であり，風上側に飛雪の多くを捉え，必要な道路用地が小さい等の特徴を持つ（図-1）．標準的な柵高は5mと比較的

２．現地観測大型で，下部間隙が無く，防雪板の下部を無孔，上部を有（１）観測方法孔とし，上端を風上側に傾けた形状（忍び返し）となっている．

吹き止め柵の開口部が，風向・風速や視程等の道路気象に及ぼす影響について把握するため，当研究所の石狩吹雪

吹き止め柵は，吹雪を遮る柵形式であり，開口部では遮実験場（図-3）において，冬期の主風向に直交する方向に

金子学（国立研究開発法人土木研究所 寒地土木研究所）〒062-8602

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tel:011-841-1746

fax:011-841-9747

e-mail:kaneko-m22ae@ceri.go.jp

配置した吹き止め柵（設置延長102m）に，幅9mの開口部をする開口部中心と比べ，風速比のばらつきが大きく，路側設け，平成30年の1～3月に現地観測を行った．吹き止め柵

では風が大きく乱れていると考えられた．風向が柵直角方から20m風上側に基準となる観測点（基準点）を設け，柵開向に対し45°以上斜めとなる斜風時では，風速比の低下が口部の中心（開口部中心）と，柵風下側の路側位置（以下，見られた．柵開口部からの強風が距離とともに弱まること，路側と表現）において，高さ1.8mでの風速を観測した（図観測点が柵の影に入ることの影響と考えられる．

-4）．風向・風速の観測にはR.M. Young社製（KDC-S04）を用いた．

開口部中心における観測結果を図-6に示す．路側とほぼ同様に，全風向で風速比が柵直角方向を中心とする凸型を吹き止め柵は，南北に対し約10°時計回りの方向に設置示した．また，広い範囲で風速比が１を超えたほか，路側されており，柵に対し直角となる方向は「西」と「西北と比べてばらつきが小さかった．防雪柵の有無の影響につ西」との間にある．観測データについて，柵直角方向からいて考えると，開口部中心では基準点と同じ風速（風速比時計回りに「北北西」まで，反時計回りに「南西」までの=1）となると考えられるが，直角方向に近い「西南西」か範囲（16方位中6方位，柵と直角方向を中心に112.5°）にら「西北西」の範囲で風速比（中央値）が1を超えており，ついて，吹雪を想定した風速5m/s以上（10分平均値）のデ

この理由には，エンドエフェクトの影響が考えられる．

ータを抽出した．観測点の風速を基準点風速で除した値を以上，現地観測により開口部では柵直角方向を中心に道風速比と定義し，風向別に箱ひげ図を作成した．図中に，路上に強風が流入すること，エンドエフェクトの影響が見風速比の最小・最大値，25%及び75%タイル値，中央値の各られることを確認した．なお，開口部における風速の面的要素を記載した．

な分布や，視程障害の発生状況の把握には，さらに詳細な調査や分析が必要と考えられる．

図－３

石狩吹雪実験場位置図
図－５

図－６

風向と風速比（路側）

風向と風速比（開口部中心）

３．数値解析
図－４

観測機器配置図

現地観測の結果，開口部における局所的な強風の発生が確認された．風速の面的な分布状況を調査する場合，現地（２）観測結果に観測機器を多数配置することには限界がある．そこで，路側における観測結果を図-5に示す．風速比は，南西方数値解析（有限要素法）により，観測点周辺の風速分布を向を除き，柵直角方向を中心とする凸型を示し，柵直角方可視化し，柵まわりの風の場を表現することとした．現地

向から概ね45°の範囲で，風速比（中央値）が１を超え，観測と数値解析の結果の整合性を確認した上で，今後，副道路上に風が強く吹き込む現象が確認された．また，後述

防雪柵を含む多様な柵配置を比較検討し，効果的な開口部対策工法を提案する予定である．

（２）解析結果
風向が柵と直交する場合の解析結果の例を，図-8に示す．

（１）解析方法

図中，高さ1.8mの平面の風速分布を色分けにより表し，吹防雪柵の形状作成には SOLIDWORKS(CAD) を用い，数値解

き止め柵開口部の中心線（白点線）における風速は，図－析は SOLIDWORKS flow simulation により行った．SOLIDW

9のとおりとなる．図－9から，柵風上側では風速が10m/sでORKS は CAD から数値解析までを総合したパッケージソフあったが，柵開口部の6m風上側で約8m/sに減少し，開口部トである．解析モデル形状を図-7に示す．の風下側で12m/s程度に増加する．さらに風下では約4m/sま解析モデルとして，現地と同一形状の吹き止め柵2枚を作で徐々に減少した．

成し，柵延長は北側が51m，南側が42m，柵高5m，開口幅9m

現地観測結果との比較のため，基準点（柵の20m風上側）とした．また，現地観測での風速計と同じ高さ1.8mにおけと，柵開口部中心，柵風下路側6.5mの風速を抽出し，基準る平面を作成し，風速分布を可視化できるように設定した．

点を分母として風速比を表現することとした．柵開口部か

なお，実際の吹き止め柵は，下部の防雪板が無孔，上部がら-20m，0m，6.5mの各3点に対し，計算モデル上の格点のが有孔となっているが，有孔での計算には膨大な時間を要す

完全には一致しないため，3点に相当するデータは内挿によるため，解析では全て無孔板として扱った．

り求めた．なお，現地観測を行った防雪柵の中心線は，西解析モデルでは，吹き止め柵の風上側と風下側それぞれ方向から時計回りに10.8°北側にあるため，解析での風の100mの空間を設けた他，モデル上端の壁面の影響を避ける流入角0°を現地の風向に合わせて（中心線の風向：270°ため，上方には100mの空間を設けて空間を構成した．

＋10.8°＝280.8°）表現した．

解析では，空気は密度変化しない非圧縮性粘性流体とし，質量保存の法則で示される連続の運動方程式（ナビエ・ストークス方程式）を用いた．また，初期条件として，風速10m/sで風上側の壁面から一様に流入する設定とした．気象条件は，気温0℃（273.15K），気圧1atm（約1013hPa），雪面の粗度は，吹雪時の表面粗度と同様の値（1.5×10-4m） ４)とした．なお，全メッシュ数は約60万であり，1回の計算に1時間程度を要した．
風の防雪柵への流入角度（流入角）については，防雪柵と直交する角度を0°とし，±11.25, ±22.5, ±34.75, ±45°の9種類を設定し，計算を実施した．解析結果は，風速の定常状態を示す.

図－８

図－７

解析モデル形状a)鳥瞰図，b)防雪柵部分側面図

図－９

解析結果例（風向が柵と直交する例）

防雪柵中心線における風速の変化

路側における解析結果を図-10に示す．開口部（風向280.

現地観測では周辺環境の影響があり，また，解析では防8°）を中心に風速比は凸型の分布を示し，現地観測（図－雪板の空隙を考慮していない．また，解析では定常状態で5）と概ね一致する傾向となっていた．詳細に見ると，風速あり，乱流の時間変化や瞬間的な風速・風向を取り扱って比の解析値は，6点で現地観測結果（中央値）と比べてややいない等，いくつかの異なる要因がある．若干の違いはあ低く，3点でやや高い値を示した．

るものの，数値解析結果は，吹き止め柵周辺の風況につい解析では，地面が平坦なため柵直角方向を中心に左右対称の風速分布となるものの，現地（図-4）では北側に灌木て再現できたものと考えられる．
以上，現地観測と同様の条件を設定し，数値解析を行い，や建物が存在するため，観測地と解析値の違いはこれらの風向毎の風速比を求めた．その結果，数値解析により現地影響によるものと考えられる．

観測を概ね再現する結果を得ることができた．今後の効果

開口部中心における解析結果を図-11に示す．開口部（風向280.8°）を中心に風速比は凸型の分布を示す．路側と比的な開口部対策工法の提案に向けて，数値解析が効果的な検討手法となると考えられる．

べて，開口部中心では風速比は全般的に高く，これらの傾向は，現地観測結果と概ね一致する．

４．おわりに防雪柵開口部における強風の吹き込みについて，実験場における現地観測を行い，防雪柵直角方向を中心に道路上に強い吹き込みを生じること， また，開口部においてエンドエフェクトが発生していることを確認した． また，数値解析によって，現地観測を概ね再現可能であることを確認した．今後の効果的な開口部対策工法の構築に向けて，さらに調査を続けることとしたい．

参考文献
1)竹内政夫：道路雪氷対策の変遷(1)- 時代背景と防雪柵-，北の交差点 Vol.2 AUTUMN-WINTER，pp.12-17，1997
図－10

路側における風速比2)金子学，渡邊崇史，松澤勝：積雪深が吹き払い柵の防雪機能に及ぼす影響に関する現地観測，寒地土木研究所月報 No.719，pp.28-32，2013
3) 福澤義文，加治屋安彦，金子学，川上俊一，金田安弘：
防雪柵端部での吹雪による視程の急変とその対策- 数値
シミュレーションによる検討 -，北海道の雪氷 No.16，
pp.41-43，1997.
4)大浦浩文，小林大二，小林俊一：地ふぶき時における風速の鉛直分布特性，低温科学（物理篇），25, 1967, pp.
73-88.

図-11

開口部中心における風速比