技術資料

数値解析による大規模流路変動が橋台背面盛土周辺に及ぼす影響
野村孝志

井上卓也

林宏親

め、再び大洪水が発生すれば再度被災する恐れがあ１．はじめにる。そこで、既往研究では橋台背面盛土の保全対策を平成28年8月、3個の台風の北海道への上陸に続き、立案することを目的に、損傷した128箇所の橋梁被災

さらに台風10号が接近したことで、歴史的で記録的な形態を分析した。この結果、被災箇所は支川上流部豪雨となり、道東を中心に河川堤防からの越水や決壊（セグメント1区間）に集中しており、橋梁背面盛土による氾濫、道路の崩壊や落橋（図－1）、また、被の被災誘因の多くは、洪水の流体力による洗掘（侵災した橋からの自動車の転落事故など大惨事となっ食）、あるいは河川水が構造物境界に浸透することにた。とりわけ道路交通網の被災は、社会経済や日常生よる吸い出しであることが確認された2）。

活にも影響を与え、孤立集落を生むなど重大な損害を代表的な被災箇所である十勝川水系小林川に架かるもたらした。そして橋梁被災の復旧に要する費用と時橋梁（図－1）をモデルとし、大規模流路変動を想定間は莫大であった。これを受け、国土交通省北海道開した水理模型実験に、軽量剛性繊維網や連続箱型鋼製発局と北海道は今後の水防災対策のあり方について検枠などの対策工を講じ現地スケール換算でQ＝40～150

討委員会を設け、橋台背面の洗掘等による橋梁被災にm³/sを約1日流下させた結果、対策工の前面で河岸侵関しては、その要因の分析と有効な対策の検討が急

食、河床低下は認められたが、橋台背面盛土の変状は無く対策工の有効性が確認された3）。

1）

務、との提言 もなされた。
流路変動に関する既往研究の多くは、実験や観測に本稿では、蛇行波長と振幅を変化させた既往の水理基づく地形変化の把握や、計算力学的な予測モデルの実験結果を用い、洪水による橋台背面盛土周辺の河床構築に着目しており、具体的な対策工提案に至る研究変動解析の精度検証を行った。

は少ない。また、未だに原形復旧工事が主流であるた㐨ᮾ⮬ື㌴㐨ᅜ㐨  ྕὶྥ図－1
寒地土木研究所月報№822

平成28年8月北海道豪雨による十勝川水系小林川に架かる橋梁被災状況

2021年９月 

9幅と蛇行波長の影響を確認する。

２．数値解析概要
数値解析には、河床変動解析ソフトウェアiRIC（International River Interface Cooperative）の非定
4）２．２

河床変動の解析条件

解析範囲は、現地代表線形から橋梁を含む水路幅

常平面2次元河床変動解析モデルであるNays2DH を3m×水路延長10mとし、それを5cm×5cm間隔の解析使用した。

メッシュとして水路形状をマッピングして設定した。
解析条件は、表－2に示すとおり現地調査の結果、流２．１

量と材料などは水理模型実験3）の条件を踏まえて設定

解析ケース

河川の線形は、既往の蛇行実験でもよく用いられるした。

サインジェネレイティッドカーブ形状とした（図－2）。
蛇行波長と蛇行振幅は、図－1の洪水前の河道状況を３．解析結果参考にし、Case1では橋梁周辺の蛇行波長400mと蛇行振幅60mを用い、Case2では橋梁の下流側の蛇行波長３．１

浸水状況の比較240mと蛇行振幅40mを用いた。表－1に解析ケース条

浸水状況や流向・流速は、Case1（図－3）とCase2

件を示すとおり、Case1とCase2の比較により蛇行振（図－4）ともに概ね再現できているものの、実験時

表－1⺬⾜Ἴ㛗᣺ᖜ⺬⾜ゅᗘᑐ⟇⠊ᅖ㏻Ỉ᫬㛫&DVHPPȟ r/ P
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図－210

解析ケース条件ഛ⪃

解析ケース模式図
寒地土木研究所月報№822

2021年９月

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解析条件
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図－3

寒地土木研究所月報№822

2021年９月 

浸水状況の比較

Case111a）Q＝150㎥/s通水時（通水20分時）の流速ベクトル図（実験結果）b）Q＝150㎥/s通水時（通水20分時）の流速ベクトル図（解析結果）
図－4

浸水状況の比較に流下する発砲スチロール浮子をビデオ撮影し、PIV

Case2

３．２

河床高の比較

解析より求めた流速ベクトルの方が、流速が速くなっ河床高を縦断図で比較すると、Case1（図－5）とていた。これは、実験時の流速ベクトルは表面流速をCase2（図－6）ともに対策工前面での洗掘深は精度計測している点と、構造物周辺で局所的に水面勾配がが落ちるものの、全体的な河床変動傾向を概ね再現で急勾配となっている箇所で高速な流れが発生しているきている。

ためと考えられる。

12

寒地土木研究所月報№822

2021年９月

図－5

河床高縦断図の比較

Case1

図－6

河床高縦断図の比較

Case2

Case1（図－7）とCase2（図－8）を横断図で比較すると、橋梁位置下流（対策工下流側）（図－7、図－構造物周りの3次元的な流れは、解析では考慮できないものの、河床変動傾向は概ね再現できている。

8のKP3.30）の橋梁下流左岸側では、解析のほうが、橋梁位置上流（対策工上流側）（図－7、図－8のKP侵食幅が大きくなっている。これは、解析では対策工3.70）の右岸側対策工前面の洗掘傾向が精度よく再現が河床低下に追従し屈撓している状況を表現できないされている。これは、対策工前面を道路法面に沿ってため、やや過大な洗掘傾向になっているものと考えら流下する現象を平面2次元で表現できているためと考れる。橋梁位置（図－7、図－8のKP3.50）の橋脚等のえられる。

寒地土木研究所月報№8222021年９月 13図－7３．３a）KP3.30a）KP3.30b）KP3.50b）KP3.50c）KP3.70c）KP3.70

河床高横断図の比較

Case1

河床変動の比較

通水後の河床変動を実験と解析で比較すると、Case1（図－9）では侵食幅は異なるものの、右岸側対策工

図－8

河床高横断図の比較

Case2

ね再現できている。構造物周辺の3次元的な流れを数値解析では再現できないため、橋脚周辺の河床高は実験結果の方が低くなっている。

前面が侵食されやすい傾向は概ね再現できている。数次に蛇行振幅の大小による影響を確認するために、

値解析は対策工底面部へ落ち込む3次元的な流れの影

Case1（図－9）とCase2（図－10）を比較し、蛇行角響を再現できないため、対策工前面の河床高は実験結がほぼ同じな相似形による蛇行スケールの影響を確認

果の方がやや低い。Case2（図－10）では、侵食幅がした。

異なるが右岸側対策工前面が侵食されやすい傾向は概14

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2021年９月蛇行スケールの大きいCase1では左岸側（A1橋台側）の道路盛土がより侵食されるのに対し、Case2では右岸側（A2橋台側）がより侵食される結果となった。
以上、150m³/s通水後の橋台配背面盛土部前面（対策工前面）に着目した
河岸侵食幅は、Case1の右岸（A2橋台側）で解析結果53.76m（実験結果40.96m）、Case2の右岸（A2橋台側）で解析結果35.68m（実験結果35.36m）となった。上記数字は、解析値から現地スケール（1/80）で換算している。
次に橋台背面盛土部前面（対策工前面）の鉛直方向の平均河岸侵食深（河床低下量）を確認した。Case1の左岸で解析結果－1.93m（実験結果－1.72m）、右岸で解析結果－2.01m（実験結果－1.33m）、Case2の左岸で解析
結果－1.46m（実験結果－1.16m）、右岸で解析結果－1.87m（実験結果

図－9

河床高横断図の比較

Case1（150㎥/s通水後）

図－10

河床高横断図の比較

Case2（150㎥/s通水後）－1.75m）という結果となった。
４．水理模型実験結果と数値解析結果の相関性
水理模型実験結果と数値解析結果の相関性を把握した。相関性に用いる指標は、各ケースの対策工前面における河岸侵食幅と鉛直方向の河岸侵食深とする。
図－11には、相関図を示す。
鉛直方向の河岸侵食深は、実験結果の方が大きい傾向を示しているものの、河岸侵食幅は数値解析の方が大きい傾向となった。
以上より、数値解析では実験結果の傾向を概ね再現できているものの、鉛直方向の侵食深は実験結果の方が大きく、河岸侵食幅は数値解析の方が大きい傾向となった。

寒地土木研究所月報№822

2021年９月 15

（a）指標：河岸侵食幅（b）指標：鉛直方向の河岸侵食深※色抜きは右岸側、塗りつぶしは左岸側を示す※色抜きは右岸側、塗りつぶしは左岸側を示す※河岸侵食幅実験：対策工前面の河岸侵食幅
解析：対策工前面の河岸侵食幅※鉛直方向の河岸侵食深実験：対策工前面において最も低下した箇所の鉛直方向の河岸侵食深解析：対策工前面において最も低下した箇所の鉛直方向の河岸侵食深図－11

実験結果と数値解析結果の相関図

５．まとめ

参考文献

本研究では、蛇行波長と振幅を変化させた既往の水

1） 平成28年8月北海道大雨激甚災害を踏まえた水対理実験結果を用い、洪水による橋台背面盛土周辺の河策検討委員会：平成28年8月北海道大雨激甚災害

床変動解析の精度検証を行った。

を踏まえた水防災対策のあり方～気候変動への適結果をまとめると以下のとおりである。

応により、命を守り国土の保全と発展へ～、p.24

・水理模型実験結果と同様に、平面2次元河床変動解

https://www.hkd.mlit.go.jp/ky/kn/kawa_kei/析においても対策工を設置することで、現地スケール

ud49g7000000f0l0-att/splaat000000h6w1.pdf

換算でQ＝40～150m³/sを約１日流下させても、道路（2021年7月確認）

背面盛土及び橋台下部の侵食を防止することが可能で

2） 青木卓也、山梨高裕、橋本聖：河川の超過洪水にあることが確認された。

対応する橋台背面盛土の保全対策技術の検討、寒・平面2次元河床変動解析では、対策工底面部へ落ち

地土木研究所月報、No.781、pp.12-16、2018.

込む3次元的な流れの影響を再現できないため、水理

3） 野村孝志、井上卓也、畠山乃、林宏親：河川洪水模型実験結果に比べて対策工前面の河床低下量は少なによる橋台背面盛土消失に対応する保全対策技術

く、対策工前面の河岸侵食幅が大きいことが確認されの研究、地盤工学会北海道支部技術報告集、第61

た。

号、pp.79-84、2021.
4） iRIC ソフトウェア、 Nays2DH Solver Manual、
https://iric.org/solvers/nays2dh/（2021年7月確認）16

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2021年９月

野村 孝志NOMURA Takashi

井上 卓也
INOUE Takuya

林 宏親
HAYASHI Hirochika

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
主任研究員

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
寒地河川チーム
主任研究員（現 広島大学大学院先進理工学研究科
水工学研究室 准教授）
博士（工学）
技術士（建設）

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地地盤チーム
上席研究員
博士
（工学）
技術士
（建設・総合技術監理）
APEC エンジニア（Civil）

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