渓岸侵食を考慮した土石流の発達機構に関する研究
A study on the developmental mechanism of debris flow considering bankerosion
17D3104031B 加藤 宏季（河川工学研究室）
Hiroki KATO / River Engineering Lab.
Key Words : debris flow,numerical movale-bed channel,bank erosion

1. 序論

構を説明している．さらに，土砂や流木を補足できる豪雨による崩壊や天然ダムの決壊によって発生した凸型鋼製フレームを提案し，その有効性を示している．

土石流は，渓床だけでなく渓岸をも侵食することによ

本研究では，福田らの解析法4)を用い，渓岸侵食を伴り発達しながら流下し，河川・砂防施設や建物に甚大う土石流の発達を，数値実験により検討している．

な被害を及ぼす． 平成29年7月九州北部豪雨で大きな問

2. 数値移動床水路の概要と実験条件題となった泥流と流木の発生原因は主に山腹の崩壊によるものであると報告されている1)．このように，渓岸

図-2に，用いた数値移動床水路の諸元を示す．水路長60 m，幅8 m，勾配20°の直線水路である．座標軸は，の侵食・崩壊を伴う土石流について検討することは重流下方向にx軸，横断方向にy軸，垂直上向きにz軸をと要なことである．
土石流の流下機構について，Grayら は室内実験による．渓床・渓岸材料として，図-1のように，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1.0 mの10種類からなるり，土石流内の循環流によって水表面と底面では大粒粒度分布を用いた．すべての粒子は形状と密度が等し径粒子からなる層ができ，その間の層は小粒径粒子かく，密度は2650kg/m³である．水路中に粒子群をランダらなることを明らかにした．

ムに投下し，渓岸の傾斜角は渓床から約30°となるよう2)モデルにより，粒子間接触摩擦，粒子衝突，間隙流体

江頭は，土砂と水とを一体的に扱う一流体の土石流に初期堆積縦横断河道をつくった．また，渓谷の上流端で，一定流量10.0 m³/sを与えた．のせん断がエネルギー散逸の主要な原因と考えた構成

3.

則を用い，また，渓床については，平衡濃度の概念を導入した侵食速度式を用い，土石流の数値シミュレー

土石流フロント通過後の石礫構造
本実験では，土石流フロントの通過時間は10秒程度の短い時間である．

ションを行った3)．このような，オイラー的解析法は，渓床の侵食のみが考慮されており，土石流流動時の渓岸侵食は考慮できない欠点を有している．
福田ら4)は粒子の運動をLagrange的に，流体の運動をEuler的に解析することにより，個々の粒子運動とそれが流れ場に及ぼす影響を考慮した数値移動床水路を開z30°60m

xy8m

発し，現地での土石流を解析し，土砂や流木の流動機
図 -2 数値実験水路の諸元

図 -1 粒度分布

図 -3 数値実験の初期状態(下流側から上流側を望む)

2020 年度 中央大学理工学部都市環境学科 卒業論文発表会要旨集(2021 年 2 月)

図 -4 土石流フロント通過後の石礫構造の変化(上：初期，下：土石流フロント通過後)

図 -5 移動層と非移動層の境界での石礫構造の変化(上：初期，下：土石流フロント通過後)

図-4は，土石流フロント通過後の渓床と渓岸の境界付

全体的に石礫の長軸が流下方向を向く，覆瓦構造をな近の石礫の並び方の変化を示している．土石流フロン

していることがわかる． 図-4, 5より，土石流フロント

ト通過後は長軸を流下方向に向け，流体抵抗力を受け通過後の石礫群は，短時間のうちに移動しづらい構造づらい覆瓦構造の並び方をしている．

をなしている

図-5は，渓床の移動層と非移動層の境界での石礫の並び方を示している．初期の時点では石礫は様々な姿勢

4.

土石流フロントによる渓岸侵食
3章では，土石流フロントが通過することにより，渓をとっているが，土石流フロント通過後の30秒時点では， 床や渓岸表層の粒子が覆瓦構造をとり安定な姿勢とな2020 年度 中央大学理工学部都市環境学科 卒業論文発表会要旨集(2021 年 2 月)

(c) 25 秒(b) 15 秒(a) 10 秒

図 -6 x=20m における横断面図

図 -7 着目した粒子群(a) 15 秒(b) 25 秒

図 -8 x=20 m での左岸表層粒子の横断方向に働く流体力(赤色：外向き，黄色：内向き)ることが明らかになった．本章では，土石流フロント受けていない．その後の25秒時点では，側壁付近も水位が渓岸へ与える影響について検討を行う．

が上昇し，掃流力が増大することにより渓床・渓岸と(1) 横断面形の時間変化

もに侵食を受けている．

図-6は，上流端から20 m地点における，土石流到達前(10秒)，土石流フロント通過中(15秒)，土石流フロント通(2) 渓岸表層の粒子に働く横断方向の流体力

過直後(25秒) の横断面形状と，その時の水面形を示している．本研究では，粒子速度が0.3 m/s以下の粒子を静止岸壁付近の表層粒子に働く流体力の横断方向を色分け粒子とし，境界形状を決めている．図-6より，土石流フ

図-8より，15秒時点に比べて25秒時点の方が黄色い粒子

ロントが到達した15秒時点では水路中央付近では水位がが多く，内向きの流体力をうける粒子が多くなってい高くなり，側壁付近では水位が低くなる．この時点でることがわかる．25秒時点では内向きと外向きに流体力は，渓床は洗掘を受けているが，渓岸はあまり侵食をを受ける粒子の個数割合がおよそ1:1である．以上より，

図-8は，図-7に示すように，上流端から20 m付近の左で表示している．赤色が外向き，黄色が内向き力ある．

2020 年度 中央大学理工学部都市環境学科 卒業論文発表会要旨集(2021 年 2 月)

z[m]

後続流

z[m]

後続流

土石流フロント
土石流フロント

x [m]
x [m]
(a) 15 秒(b) 25 秒
図 -9 流速コンター図z[m]

後続流z[m]

後続流

土石流フロント
土石流フロントx [m]x [m](a) 15 秒(b) 25 秒
図 -10 体積割合コンター図

土石流フロント通過時の水位の変化に伴う流体力が渓より水位・流速が上昇し，それに伴い渓岸表層粒子に岸侵食に影響を与えることが明らかとなった．

働く流体力が変化し，渓岸が崩壊し易くなることが明5.

土石流フロント通過による流れ場の変化らかとなった．また，土石流フロントが通過し，不安

図-9は，15秒と25秒時点における水路中心線上の流速定な石礫を押し流すことによって，残された渓床と渓コンター図であり，図-10は，水路中心線上0.5mの範囲

岸表面の大きな石礫は長軸を流下方向にとり，安定なで縦横断平均した粒子の体積割合を縦断コンター図で姿勢をとることが明らかとなった．今後は，渓岸表面示している．図-9と図-10を比べると，後続流では，流の石礫が受ける力を詳しく分析し，渓岸崩壊の機構や速が大きくなっており，石礫の体積割合は小さくなっ覆瓦姿勢をとる機構を明らかにする．ている．後続流では、抵抗となる流れ場の石礫が少な

参考文献

いためと，渓床・渓岸の石礫が安定形状をとっている

1)ために流速が大きくなったものと考えられる．また，後続流は，安定した姿勢を保つ大きな石礫を運ぶこと

2)は出来ず，しかし渓床の中心付近の中小礫は輸送している．一方，土石流フロントでは石礫粒子群の体積割合が大きく，流速は小さい．土石流フロントでは，移動する石礫が多く，それらが抵抗となり流速が大きく3)ならないと考えられる．福田らは，土石流が構造物に及ぼす衝撃力を計測した数値実験5)において，濃度の減4)少とともに流速が大きくなる，同様の結果を得ている．

6.

結論
本研究では，渓岸の浸食を考慮した土石流の発生・発達過程について検討した．土石流フロントの通過に

5)

染谷哲久，藤村直樹，石井靖雄，西井洋史：平成 29
年 7 月九州北部豪雨における流木の発生および流出の特徴，水利科学，No.365，2019.
Gray，J．M．N．T．and Ancey，C.：Segration， recirculation and deposition of coarse particles near two-dimensional avalanche fronts，J.Fluid Mech. ， 629 ， 387423，doi:10.1017/S0022112009006466.
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福田朝生，福岡捷二：土石流流下時の分級と構造物に作用する衝撃力の数値移動床実験，土木学会論文集 B1(水工学)Vol.73, No.4, I_799-I_804, 2017.

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