土木技術資料 55-7(2013)

報文

水際に寄り洲を形成するバーブ工法
原田守啓 ＊ 高岡広樹 ＊＊ 大石哲也 ＊ ＊＊ 萱場祐一 ＊ ＊＊＊価に回復できる可能性を持つ工法として、注目し

1．はじめに 1ている。本稿では、新しい河川工法である「バーバ ーブ （ barb） と は、 「（ 矢 じり ・釣 り針 の）ブ工法」を紹介するとともに、バーブ工が寄り洲あご、かかり、戻り、さかとげ」を意味する英単を形成する機構を解明することを目的に実施した語であり、「バーブ工」は、川の流れに対して、移動床水理実験の成果を中心に、実用化に向けた河岸から上流側に向けて（さかとげのように）突取り組みを報告する。

き出して設置する、高さの低い水制の一種で、流れによって運ばれてくる砂を溜めて寄り洲を形成

2．バーブ工法のあらましすることを目的とした河川工法である。自然共生

北米では、河道湾曲部の外岸における河岸侵食

研究センターでは、バーブ工の「寄り洲を形成すを抑制する工法として、水制工の一種であるバーる機能」に着目して、調査・研究を進めている。

ブ 工 (Stream barbs)が 用 い ら れ て い る 。 Stream

日本の中小河川の多くは、高度成長期以降に改barbs は、河岸への元付け部の高さは河岸高と等修が進められ、洪水を溢れさせずに流すために、しく、先端に向かって低くなるように勾配を付け段階的に河床を掘り下げ、護岸を積み、その結果た水制を、河岸直角から 60°から 70°も上流側として、台形を逆さにした狭くて深い断面形の川に角度を向けて、湾曲部の外岸に複数基配置するが多くみられるようになっている。改修後の流速工法で、湾曲外岸の流速を低減し、局所洗掘の原と掃流力の増加によって改修後に河床低下が進ん因となる縦渦を減殺して、河岸侵食を抑制する 3)。

だ川では、岩盤が露出したり、掘削直後の時点で一方、日本のバーブ工は、主に北海道において、河床に固く締め固まった地層が露出したりするな

流砂を捕捉して寄り洲を形成したり、河床形状とどして、瀬淵が失われた川が、日本の各地にみら流れに変化をつけたりする目的で用いられてきてれる。また、そのような川では、河床が平坦で川お り 、 数 多 く の 施 工 事 例 が あ る （ 写 真 -1）。 そ の幅いっぱいに水が流れているために、護岸法面に外観は、Stream barbs と同様に、上流に向けて水際が接する形になっており、自然河岸と比べてかなり角度がつけられた水制状の構造物ではある水際部が非常に単調である。

が、河床から突出する高さが低く抑えられ、出水

平成 22 年 8 月に通知された「中小河川に関す時には容易に水没する点が大きく異なる点である。

る 河道計画 の技術 基準につ いて」 1) と、その 解説

本体の構造は、バリエーションに富み、捨石構として平成 23 年 10 月に発刊された「多自然川造、石をネット状の材料でくるんだ袋詰構造、自づ くりポイ ントブ ックⅢ」 2) では、 河岸・水 際部

然石を連結した連結自然石構造、表面を連節ブの河川景観及び自然環境面での機能が十分発揮さロックで被覆した構造など、様々である。

れるようにするため、護岸の設置を必要最小限とそこで、バーブ工が流砂を捕捉して寄り洲を形するとともに、露出する護岸の前面には自然河岸成する機構を解明するため、河床から突出する高を形成して、水際部の環境機能を高めることを基本方針の一つとしている。
このようなことから、バーブ工は、洪水の流れを阻害することなく、護岸の前面に土砂を溜めて寄り洲を作ることができ、特に、改修済みの中小河川における流速水深や河床材料の多様性を、安────────────────────────Research on Practical Application ofCapturing Bed load and Forming a Bar.

Barb-Structure,－ 40 －写真-1 バーブ工の施工事例（左：精進川放水路，右：日高門別川）

土木技術資料 55-7(2013)

さが低い越流型水制について、平面設置角度を直面から 5mm 程度露出するようにした。横断方向角から上向きの広い範囲で変化させた移動床水理には天端が水平である状態を基本とした。水制模実験を行い、平面設置角度が河床変動に及ぼす効型の断面形は長方形を基本とし、先端部のみ丸く果と、寄り洲を形成するために好ましい水制形状加工した。水制長は、側壁から 10cm の位置までについて、検討を行った。

確保することを共通事項とした。
水 制 形 状 の検 討 の ため の追 加 3 ケ ー ス は、 水

3．寄り洲形成機構解明のための水理実験 4)制先端を 1cm 下げ、横断面上では 1:10 の勾配と3.1 実験方法なるケース(5a)、水制周囲に法面を付加したケー

3.1.1 実験水路

ス(5b)、先端を下げなおかつ法面を付加したケー実験水路は、長さ 8m、底面幅 30cm（アルミス(5c)を設定し、Case5 と比較した。

製 ）、 側 壁 高 さ 20cm（ ア ク リ ル 製 ） の 長 方 形 断面水路を使用した。延長 8m のうち、中間の 3m

表-1

Case
1区間を移動床区間として、固定床区間には板材に同じ砂を塗布して製作した粗度板を設置した。
移動床区間には、粒径 0.6mm のほぼ均一な珪2砂を満たし、各ケースの水制模型は、移動床区間3の上流端から 1.2m の位置に単体で設置した。水路床勾配は 1/200 とし、流量は 8.0L/sec とした。

4

これらの実験条件は、扇状地区間における一般5的な単断面の中小河川との相似を意識して設定したものであり、実河道との長さ比を 40 倍とすれ6ば、河道幅 12m、河床材料の代表粒径 24mm の5a河道に、流量 80m 3 /s 程度の出水が流下する状況を模したものとなる。

実験ケース（平面角度の検討）

平面角度0°(-)
26.6°(1:0.5)45°(1:1.0)56.3°(1:1.5)63.4°(1:2.0)71.6°(1:3.0)63.4°(1:2.0)5b3.1.2 実験手順

平面形状
流向

先端に向けた勾配あり
1 割勾配の法面

実験は、土砂の流出が進んで河床低下を生じる中小河川の状況を模擬し、無給砂条件で実施した。

5c

また、通水時間は水制を設置しない条件での予備

1 割勾配の法面

実験を踏まえ、通水 30 分程度で移動床区間の流砂量が減少し河床低下の速度が鈍化したことから、先端に向けた勾配あり

各 ケー スにつ いて、 30 分 通水 後の水 路中心 におけ る 水 位 縦 断 分 布 と 、 1cm メ ッ シ ュ で の 河 床 高を計測した。また、水制模型周辺の三次元的な流3.2 実験結果れの構造を考察するため、ビデオ撮影を実施した。

3.2.1 水制の平面設置角度の効果
全てのケースにおいて、通水開始直後から河床3.1.3 実験ケース
実験ケースは、水制なしの 1 ケース(Case0)、波の一種である砂堆が発達した。上流側から河床平面角度の検討のためのケースを 6 ケース低下が進行し、水制模型が露出するに伴い、水制(Case1~6)設 定 し た 。さら に 、 水制 の断 面 形状 、模型周辺の局所洗掘と下流側への影響が顕著と水制先端の高さを下げた際の効果を確認するため、な って 、各ケ ースの 違いが 現れ た。 30 分通 水後Case5 を 基 本 形 と し て 抽 出 し て 、 形 状 を 変 化 さの 砂 面 高 の 平 面 分 布 を 図 -1 に 、 水 制 近 傍 の 最 大

せ た 3 ケ ー ス (Case5a,5b,5c) を 追 加 し た 。 実 験

局所洗掘深を図-2 に、洗掘体積を図-3 に示す。

ケースの一覧を、表-1 に示す。

なお、洗掘体積は、砂堆による凹凸と区別するた

水制模型は厚さ（天端幅 ）18mm、高さ 10cm

め に 、 Case0 の 河 床 縦 断 形 を 直 線 で 近 似 し た 高として、厚さ 9.5cm に 敷き均した初期状態の砂さの基準面を設定し、水制近傍で基準面より－ 41 －土木技術資料 55-7(2013)

局所洗掘孔

Case 1
角度 0°
[cm]

[cm]

河床変動量
[cm]

Case 3角度 45°(1:1.0)Case 5
角度 63.4°(1:2.0)

Case5c
角度 63.4°(1:2.0)・勾配あり・法面あり形成された寄り洲

図-1

通水後の砂面高平面分布（ Case0 による基準面からの変動量） 4) 抜粋

1.5cm 以上砂面が低い領域について集計した。

△ 初期河床高基準の最大洗掘深▲ 水制なし（case0）の平均河床基準の最大洗掘深

一般的な直角水制に相当する Case1 では、通水直後から、橋脚周りの馬蹄形渦に類似した強い最大洗掘深[cm]

縦渦が水制先端部において発達し、烏帽子のような平面形状の洗掘孔が形成された。
水制に上向きの角度をつけるにつれ、水制先端部の洗掘孔は縮小し、伴って最大洗掘深も低減されたが、洗掘された土砂の体積は、Case1 から 4にかけて大幅に増加した。さらに、水制下流側の876543210

平面設置角度の比較形状の比較

横断方向の河床高に顕著な偏りを生じた。この理由は、水制を上流側に傾けるにつれ、水制先端から上流側にみられる洗掘孔とは別に、水制を斜め

図-2に越流した流れに起因する下流側の洗掘孔が拡大

最大局所洗掘深▲ 水制なし（case0）の平均河床基準の洗掘体積1,400した Case5、6 では、下流側の洗掘孔が縮小し、1,200侵食量も減少している。

1,000

洗掘体積[cm3]

す る こ と に よ る 。 Case4 よ り 更 に 角 度 を 大 き く

以上より、越流型水制に上向き角度をつけることにより、最大洗掘深は低減できても、流砂を捕捉した寄り洲は形成されないことが確認された。

平面設置角度の比較

形状の比較

800
600
400
200

3.2.2 水制形状の工夫による寄り洲の形成

0

局所洗掘深が抑制され、かつ水制下流側の侵食量が小さい Case5(63.4°)を基本形として、形状が異なる Case5a、5b、5c を比較した結果より、水制形状の効果をまとめれば以下のとおりである。
まず、水制先端を下げることは、局所洗掘の抑図-3

洗掘された土砂の体積制に一定の効果が期待できるが、河床が低下し、－ 42 －

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水制が露出するとその効果は相対的に低下する。て報告した。今後、設計法の提案に向けて、いく

水制側面に法面を設けることは、局所洗掘の原因つかの課題について検討を進めていく。水制の設となる縦渦の抑制には非常に効果的であったが、計にあたっては、洗掘深の予測、構造物に作用す上流からの流砂を捕捉することはできなかった。

る流体力の算定が重要である。バーブ工について水制先端を下げ、側面に法面を設けたケースも、同様の整理が可能かどうか検討を進めていく。

(Case 5c)で は 、 局 所 洗 掘 を 抑 制 し な が ら 、 流 砂

また、本体構造のバリエーションについても、適を水制近傍に捕捉・維持することができた。他の用範囲を含めて検討を進めていく。

ケースでは、砂堆が水制付近を通過する際に、砂なお、平成 23 年からは、バーブ工に興味のあ堆前縁線が局所洗掘孔に差し掛かると、洗掘孔にる研究者、有識者、建設コンサルタント技術者、常在する橋脚周りの馬蹄型渦に類似した縦渦にメーカー等が集まったバーブ研究会が開催されてよって急速に砂が流出するが、Case 5c では、砂おり、筆者らも研究会に参加しながら、調査研究堆が水制を乗り越えるように進み、水制先端の河を進めている。

床高は回復し、水制付け根の上下流側には砂が捕捉され、計測時まで寄り洲が維持された。

今後も引き続き、バーブ工の機能解明と設計手法の検討を進め、試験施工事例を蓄積しながら、多自然川づくりの現場に資する技術へと高めてい4．考察

く所存である。

河床面から突出する高さの小さい越流型水制の平面設置角度を変化させた結果、上向き角度を大謝

辞きくするにつれ、局所洗掘深は減少することが確

本研究の実施にあたり、北海道におけるバーブ認された。しかしながら、水制を斜めに越流する工の施工事例をご紹介いただいた（株）北海道技

流れにより下流側に形成される洗掘孔が拡大し、術コンサルタントの岩瀬晴夫氏、バーブ研究会の洗掘体積の総量は増加した。一方、水制の先端を皆様に、記して感謝の意を表します。

低くし、かつ局所洗掘の原因となる縦渦の発生を防ぐ法面を設けたケースでは、局所洗掘が大幅に抑制され、さらに水制の根元の高さまで流砂が堆積した寄り洲が形成された。
以上の結果より、バーブ工による寄り洲の形成機構は、上向き角度が大きく、かつ先端を下げた高さの低い水制が、出水中に水制の高さまで掃流砂を堆積させる働きによるものと考えられる。

5．おわりに
本稿では、流砂を捕捉して寄り洲を形成する「バーブ工法」を紹介するとともに、設置時の平面角度と形状が河床変動特性に与える影響につい原田守啓 *

独立行政法人土木研究所つくば中央研究所水環境研究グループ自然共生研究セン
ター 専門研究員、工博Dr. Morihiro HARADA

参考文献1)

国土交通省河川局：中小河川に関する河道計画の技術基準について、2010.
2) 多 自 然 川 づ く り 研 究 会 ： 多 自 然 川 づ く り ポ イ ン ト
ブックⅢ 中小河川に関する河道計画の技術基
準；解説 川の営みを活かした川づくり～河道計
画 の基本 から水際 部の設 計ま で～、 260p、 日本河川協会、2011.
3) U.S. Department of Agriculture Portland,
OregonNaturalResources
Conservation
Service: Engineering Technical Note 23 Designof Stream Barbs Version 2.0 , 2005. (Web 版有り)
4) 原 田 守 啓 、 高 岡 広 樹 、 大 石 哲 也 、 萱 場 祐 一 、 藤 田裕一郎：設置角度の異なる越流型上向き水制の河床変動特性に関する実験的研究、土木学会論文集
B1(水工学) Vol.69、No.4、I_1189-I_1194、2013.
大石哲也***

萱場祐一 ****

独立行政法人土木研究所つくば中央研究所水環境研究
グループ自然共生研究セン
ター 主任研究員、工博Dr. Tetsuya OISHI

独立行政法人土木研究所つくば中央研究所水環境研究
グループ河川生態チーム
上席研究員、工博
Dr. Yuichi KAYABA

高岡広樹**

独立行政法人土木研究所つくば中央研究所水環境研究
グループ自然共生研究セン
ター 専門研究員、工博Dr. Hiroki TAKAOKA－ 43 －