第３４回柿田川生態系研究会
平成30年11月18日

研究報告：「柿田川の河床材料の粒度について考える」
知花 武佳 東京大学大学院准教授【知花武佳 会員】

おはようございます。東京大学の知花と申します。

先ほど少しご紹介がありましたけれども、意外と第１回の研究会からおりまして、参加した当時、私は２４歳、博士課程１年生でしたが、それ以来ずっと参加させていただいています。最近少し欠席がちですけれども、よろしくお願いします。

【1】
私は、先ほどの研究の話で言うと、生物ではなくて、ずっと物理環境をやっているのです
けれども、何といっても普通の川と違って、柿田川の物理環境はなかなか変化しないのです。
なので、次々と研究対象を見つけるのは難しくて、さあ次は何をしようかというのは悩んでおるところですので、ご意見をいただければと思います。
そういう意味では、今日も何を話すか、相当苦労したのですけれども、前半で昔何をやっていたかというのを振り返って、後半、最近別の川でやっていたことと見比べて何が言えそ-1-うかなというところをお話ししたいと思います。時間があれば、ないかな、水シンポジウム絡みの別の話もしたいのですけれども、それは様子を見ます。
今日は、柿田川の河床材料、河床材料といっても、柿田川はこんな川なので、何が河床材料だ？という気もするのですけれども、要はここにあるこの細かい粒々の大きさの分布というのに何か特徴があるかなというのをやってみましたということです。

【2】
これは昔の話ですけれども、とある人から、この柿田川というのは何でこんな形をしているのだと言われて、確かに何だろうこれは？と思いました。最初、これは穿入蛇行だと思ったのです。穿入蛇行というのは、要は平野の上で、川がぐにゃぐにゃ曲がっていて、その後地盤が隆起して川がずっと沈み込んだものです。それかなと思ったのですけれども、ここは黄瀬川の扇状地の末端で、結構川岸がやわらかい材料なのですね。やわらかい基盤岩のときに穿入蛇行をすると、普通、外岸は切り立つのですけれども、内岸がなだらかになるはずです。だからどうも形が変だということに気付きまして、これは多分黄瀬川がつくった扇状地が少し隆起して、その中の地下水の水みちが抜けたのだろうと思ったのです。そして、これを誇らしげに第６回の柿田川のシンポジウムで発表しようとした寸前に、既に書いてあったということに気づいたのですね。ということで、半分当たってうれしかったのですけれども、別に何の新規性もなかったのです。そして泥流層の下の地下水というのは万遍なくとい-2-

うよりはどこかに集中しているのですね。それが集中しているところの上の地盤が、ぼとんぼとんぼとんと抜けていってこうなっているのだというような話が書かれていました。

【3】
その結果、柿田川というのは、縦断面形はこうなっていて、河床勾配が５００分の１だとここに記載されています。５００分１というのは、実は私はあまりなじみがない勾配で、というのは、私がよく行く扇状地というのは、急なところだと６０分１とかもありますけれど
も、１００分１で、緩くなって末端になると大体４００分１ですね。そこから、一応４００分１より下というのが、セグメント２とか言われますけれども、自然堤防帯とか、あるいは僕らは蛇行原と呼ぶところになります。川がそこに入ってくると、５００分１に該当する区間はすごく短かったり、あまりなかったりするので、実は結構珍しい勾配な気がします。とはいえ、別に普通に扇状地の末端から少し平野に入ったぐらいの勾配に該当するということです。

-3-【4】断面形です。断面形というのが、実験水路みたいな形をしているなというのが第一印象でしたけれども、基本的には、どこもこの３０ｍ前後、もちろん広いところ、狭いところがありますが、３０ｍ前後で水深１ｍ程度です。これは、２０年前のデータではありますが、多分そんなに変わってないとは思いますので、こんなものかと思います。
ちなみに、日本の一級河川でいろいろな観測所がありますけれども、川幅水深比というものですね。川幅と計画高水流量が流れた時の水深の比は大体３３対１とかというのがオーダーになります。もちろん静岡の安倍川とかあんなのはもっと１００とか行ってしまいま
すし、下流域の細いところだと１５とかになるのですけれども、平均するとこうなので、ものすごく平均的な断面形だとも言えます。

-4-

（黒木・岸,1984）【5】
これは、河川工学をやっている人がよく使う図ですけれども、要は、この川幅と水深の比と、掃流力という川底の石を動かす力の関係でどんな河川地形ができるかを表しています。
川幅がものすごく狭いと、川底に小さな模様はできるのですけれども、大きな河原みたいなものができない。それがこのまん中ぐらいになってくると、交互砂州ですね、河原が交互できる状態になって、それよりも大きくなってくると安倍川、大井川みたいに網目状の流れになってくる。
この図に柿田川の状態を入れると、石の大きさをどうとるかにもよるのですけれども、この辺ですね。多摩川とか入間川をプロットすると、こんなところです。複列になるか交互砂州になるか。ちなみにこれは洪水時の状況で、普段は土砂が動いてないので、この一番下の水理量になります。
なので、昔言ったのですけれども、柿田川は常に洪水みたいな状況です。ぎりぎり交互砂州ができるかできないかで、僕の予想としては何となくできているのではないかなというふうに考えています。いや、そんな交互の河原なんかないではないかと訪れると思いますけ
れども、普通の川は、洪水の後、ずっと水位が引いてきて河原が出てきます。けれども、柿田川は言ってみれば常に洪水ですので、水面の上に姿を現さないだけではないかと。

-5-

【6】

【7】
これも昔のシンポジウムで発表したのですけれども、この川の線形を眺めていて、似たよ
うな形の川にできた河原を幾つか見てみると、こんな感じの河原がついてもおかしくないのではないかと思います。湾曲しますので、内側、内側につくのですけれども、こうなって-6-くるのではないかなという気がしています。それと、最近土砂がたまってきて掘らなければという所は、この河原の場所とそんなにずれてないのではないかと。この取水口にもかかるんですね、工業用水の。というので、結局流れが川岸から剥離する場所なのでそれはそうなる気もするのですけれども、割とこうやって描いてやると、ある一定の周期で、蛇行しているように見えます。先ほど言ったように柿田川はそもそも蛇行していますけれども、これは地下水がつくった蛇行で、交互砂州がつくった蛇行ではないのです。しかし、その中でまた流れが左右に振れる中で土砂が左右交互にたまっていくのではないかなと、そんな話を昔しました。ここまでです、昔やったのは。

【8】
きょうのお話は、この粒径加積曲線というものです。私、知人から「知花さんの専門は何ですか？」と聞かれて、土砂水理と言うと、土砂水理の人に怒られますので、何と言ったらいいのかと迷ってしまいます。そこで思わず「粒径加積曲線」と言ってしまったのですけれども、たしかに半端ない数の粒径加積曲線をつくっていまして、あちこちで土砂をひろってはひたすらこのカーブを描いて、このカーブの特徴を解析しているのです。
何かというと、こんな図です。これは横が対数軸になります。縦軸は重量通過率で、要はふるいを何割通過するかです。ですからここを１００というか１になっているところが最大粒径です。ゼロというのはないですけれども、ｙがゼロに近い所のｘの値が一番小さい粒-7-径ですね。どう見るかというと、例えば１００ｍｍで見ると、１００ｍｍを通過するのが８５％で、８０ｍｍのふるいを通過するのが７０％ですから、８０～１００ｍｍが全体の１５％あるという見方をします。
すなわち、例えば、この青と黒をどう比較するかといったときに、この辺の粒径、８０～１００ｍｍですね、どっちが多いかなというと、黒のほうが上にあるので上のほうが多いと言いたくなるるのですけれども、これは微分で見ます。これは累積関数ですから。ですので、ここのほうが傾きが急なので８０～１００ｍｍは黒のほうがは多いと。
この青は僕がつくった偽物ですけれども、ここからここまで横ばいなので、ここからここまで粒径はないよということですね。という見方だけ、一応確認しておきます。

【9】
もう一つ、先ほど少し言ったのですけれども、セグメントという概念があります。これは山本晃一先生が提唱されたもので、セグメントＭ、すなわち山間部から１、２、３と変化するのですが河川の縦断面形は、変曲点を持っているのですね。そして、扇状地部分だと勾配が６０分１～４００分１で、粒径が２ｃｍ以上となっています。このセグメント２というのが、４００分１～５,０００分１で、２－１と２－２というのがあります。これが我々がはかっていると何となく少し感覚が違うのですが、理由はまだ謎です。何が合わないのか？いろいろな人に聞いていますけれども、我々がやると、２－１の粒径はこれよりもずっと大き-8-くなります。２－２はそんなにおかしくないです。そしてセグメント３が真っ平らな、三角州です。
何でこういうのが分かれるかというと、川の縦断面形を見たときには勾配に変化点を持って、それぞれに応じた粒度、石の大きさがあるわけです。それが何でできるかというと、地形が扇状地と、僕は蛇行原と呼びますが自然堤防帯、三角州に分かれるからです。セグメ
ント２－１と２－１の違いは結構微妙ですけれども、よく言われるのが、下流部だけれども、交互の河原が上から見えるのが２－１で、河原も見えず水がとろんと流れているのが２－２であるとして、その違いが言われます。

【10】
これはセグメント２－１と言われるところの粒径加積曲線ですけれども、結構いろいろな川ではかりました。ここでｙが０．６になるｘの値であるｄ６０というのを代表粒径で見ることが多いですけれども、一番小さいので２６ｍｍとかですから、３ｃｍ～５ｃｍ強ぐらいまで広がっています。見ていただけるときれいですよね。全部Ｓ字型です。対数正規分布に乗っているというこういうカーブになります。粒径の対数をとったときの正規分布ですね。

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【11】
これがセグメント２－２という区間に行くと、結構散らかっているのですね。散らかっているのですけれども、０.１～１ｍｍは実はきれいに形がそろっています。これ、縦にまっすぐ落ちているので、ものすごく幅の狭い粒度分布です。そして、粒径自体は違うのですが、その粒度の分布形が似ているということですね。これに加えて０．１～１０ｍｍの粒度でｄ６０が１～４ｍｍになるグループがちらちらあって、あとはｄ６０が８～１０ｍｍの粗いやつがいます。というので３種類に分かれます。

-10-

【12】
ところが、セグメント２－２というところで川岸の材料を見てやると、実は全然多様ではないのですね。私もいろいろなところの川岸で砂をとってふるいにかけましたけれども、ｄ６０が０.２５ｍｍ前後という場合が非常に多いです。それを中心に多少はばらつくのです
けれども、０.１ｍｍ～１ｍｍです。なので、ものすごくそろっています。しかもこれはシルト分が場所によって違うことによるので、シルト粘土分をとって考えるとほとんど１本の線に乗ってくるぐらいです。
さっき申しましたように、川というのは勾配とか流量に応じていろいろな土砂の動きをするのですけれども、川岸の材料というのは浮遊砂という舞い上がった砂ですね。

-11-

【13】
そうやってセグメント２－２の河床材料をもう一回見ると、０．１～１ｍｍの粒径加積曲線は、川岸と川底の材料が同じだということがわかります。一方粗い粒径のグループは、最大で２ｃｍぐらいのを含んでいるのです。下流部なのに２ｃｍぐらいのを含んでいる。そして、それらの中間的なものという、３つのグループに分かれます。僕らの研究だと、河床と河岸がともに浮遊砂なのはほとんど火山を流れる河川です。要は、細かい砂が多いのですね、火山だと。火山と火山岩はまた違うのです。火山岩が固まって山の形をしているのは、火山岩のただの山です。僕が言っているのは、火山です。一方でこの粗いグループが、ジュラ紀の堆積岩を流れる河川が多いです。古い堆積岩、要は太平洋側でプレートが沈むときに押しつけられた付加体とよばれるものです。

-12-

【14】
そして、狩野川の粒度を見ると火山のグループはいません。実際狩野川は火山岩で１００％占められていますけれども、活発な火山はないので、これはおかしくないかなと。一番右の粒度の粗いのは計測ミスです。これはセグメント２－１だったのですね。これは間違えて入ってしまったのですけれども消し忘れました。というので、狩野川は火山のグループでもジュラ紀の堆積岩のグループでもなく間に来るグループで、火山ではない火山岩だから、おかしくないのかと思います。

-13-

【15】
次にここに示す写真が２０年前にやった仕事です。こんなことしてばかじゃないかとも言われましたけれども、一生懸命柿田川の川底にたくさん筒を刺して、どれぐらいのスピードで筒が埋まるかということをやりました。いろいろなところではかったのです。

-14-

【16】
例えばこのステーション１と呼んでいるのは一番上流の湧き間のところです。第二展望台
から木道でずっと歩いていくと、ここにヒューム管が通っているところがあります。

【17】
ここではかると何とさっきお示しした河岸材料と同じだと言った河床材料のグループです。

-15-

【18】

【19】

-16-

【20】
もう少し下流の観察園の前あたりではかると結構いろいろなのが出てくるのですけれども、火山特有のこの細かい砂が結構あって、狩野川同様のその他のグループというのが出始める。

【21】

-17-

【 22 】

【23】
最後、出口ですけれども、狩野川が合流するところです。僕の感覚で言うとあまりきれいなＳ字ではないです。けれども、結局は狩野川同様のグループの粒度になって出ていくのだ
ろうと思います。すなわち、狩野川の河床材料とほとんど同じものが出ていくのでしょう。

-18-

【24】
問題は、何でだろうと。普通セグメント２－２で細かくなるというのは、僕の感覚では上流に粗いものが堆積して、下に行くにつれだんだん細かいものが選択輸送されて最後にあの粒度になるという理解だったのです。けれども柿田川は最初からですよね。何で最初から下流の堆積物なのだと考えて、そうか、これは黄瀬川の下流部だからだと思ったのです。ただ、つい先ほどお伺いして、この辺でももう黄瀬川の河床勾配が２２８分１あるのです。すると少し粒径が細か過ぎるのですよね。細かいものが選択的に輸送されて粗いのは残されているのかなと思ったのですけれども、掃流力を考えると、別に２ｃｍぐらいまでなら動かせてもおかしくないです。にもかかわらず、１ｍｍ前後しか動いてない。ここは少し謎です。
だから、この辺を少し解明すれば土砂の動きと地形との関係というのが見えるかなというふうに思っております。ありがとうございました。
【加藤憲二 研究会代表(静岡大学名誉教授)】

どうもありがとうございました。ご質問、１つか２つ、あるいはコメント。竹門さん。
【竹門康弘 会員（京都大学防災研究所 准教授）】

砂はどこから来たのですか。

要するにどこから来たかというのを想定しないと、今の議論ができないのではないかと思います。
【知花】

失礼しました。どの段階から言うかによりますけれども、最初は、黄瀬川が運-19-

んできた扇状地の砂がここのベースにあるはずです。少し粗くてもいいんですよね。掃流力に応じた細粒分が選択的に流れていっているのかなという感じです。
【竹門】

あと土砂収支も聞きたいところです。

【知花】

それは、そろそろ考えなければいけないのですけれども、私、これをやったのが２０年前で、２０年前でもパイプが一瞬で埋まっているのですよね。そんなペースで２０年間流れ続けていたら柿田川の川底はすごく下がっているはず。
【竹門】

つまり、砂は今でもどこかから供給され続けているのではないのかということですね。
【知花】

あるとすれば、この辺、斜面は微妙に削れているというのはあって、昔、柿田川の公園の階段が削れているというのを指摘したことがありましたけれども、微妙に周りの斜面は削れています。ですけれども、あのペースで動いていたら、運び終わるか、逆に常に少しずつ下がっているか、どっちかなので。
【竹門】

湧水から出てくる可能性はないのですか。

【知花】

それは昔から結構言われるのですけれども、湧水周りであのパイプを刺していても一切入ってこないので、あれは上下に動いているだけですよね。だから抜けてはきてない。だからこれぐらいの動きがあったら出るはずですけれども。だからわからないんですよ、
あの震災の後、結構状況が変わっているので、あれがまた何を意味するのか、吹き出し口も変わりましたし。
【竹門】

そうですよね。湧き間が変わりましたよね。

【知花】

ええ。あれでまた少し不安定になった可能性はあります。後で発表に出てくる藻類とかを見ていても、あまり動いている気配がないのですよ、上のほうほど。だから周りからちょろちょろ入ったのが、途中からは結構な量になって砂が動いています。あと、ヒューム管が貯砂ダムみたいな働きをしていますので、あいつが徐々に供給しているなというのは印象としてありますけれども。
【加藤】

どうもありがとうございました。
―― 了 ――-20-