国土交通省技術事務所における流砂量観測機器と採取方式の開発
国土交通省北陸地方整備局北陸技術事務所長
技術課長

なん ば

まさ ゆき

難波 政行
はやしひでかず

林秀一

さ とう み わ

技術課

丸１．

はじめにこ

佐藤美和子

型

直径が２５０mm（丸型小〔写真―１〕）と５００mm（丸型大）円柱型タイプ。

河川が運ぶ土砂は，土石流・土砂流の発生や堆積・洗掘を繰り返すことでさまざまな問題を引き起こしている。これらの問題を解決するには，流砂系全体の土砂動態を把握し，総合的な土砂管理を実施する必要があるが，土砂動態を計測する技術に関しては未だ確立されていない部分が多い。
そこで，北陸技術事務所では土砂動態把握のため，河川を流れる流砂（掃流砂，浮遊砂）を採取
写真―１

する機器開発に平成１１年度から着手した。平成１２年度には，「姫川」をモデル河川に開発機器による土砂採取実験を行い，データ採取・解析を行った。

角

掃流砂採取機器：丸型小型

一辺が２５０mm（角型小〔写真―２〕）と５００mm（角型大）角柱型タイプ。

今回は，開発した機器の紹介と姫川の土砂動態について，これまで観測した３カ年度分のデータから得られた結果を報告するものである。

２．

開発機器と採取方式

 開発機器の概要
１）
掃流砂採取機器
ゲートを閉める操作は，リモコンによる遠隔操作で行う。

写真―２

掃流砂採取機器：角型小建設マネジメント技術

2003 年 7 月号 ５７２）
浮遊砂採水機器
凹型円筒管
鉛直方向の浮遊砂を同時に採水するため，凹型に加工した直径５０mm の管を鉛直方向に２５０mm間隔に設置した〔写真―３〕。

写真―５３．

バックホウ式

調査方法

 土砂採取方法
写真―３

浮遊砂採水機器：凹型円筒管

自吸式エンジンポンプ
橋の上からアルミ製の採水棒（中に耐圧ホースを通す）の先端を水中につけ，任意の水深の採水２で開発した機器，方式で洪水時における掃流砂および浮遊砂の採取が可能であるかを確認するため，姫川において現地試験を行うこととした。
試験個所は表―１に示す１１カ所である。

を行う（国総研開発）。

 採取方式の概要
の採取機器を取り付け，次の方法で土砂を採表―１試験場所（上流→下流） 流砂量の採取
No.

位置取する。
ケーブルクレーン式〔写真―４〕
左右岸からケーブルを張り，横断方向の任意の位置で上下させて採取する。
バックホウ式〔写真―５〕
バックホウのアーム先端に採取機器を装着し，川底に沈め採取する。
トラッククレーン式
バックホウでは届かない流心位置での採取に使用する。トラッククレーンで採取機器を吊り下げて川底に沈め採取する。

写真―４

ケーブルクレーン式

５
８ 建設マネジメント技術

2003 年 7 月号

現地試験場所

方法と機器

採取試料
掃流砂 浮遊砂平川

バックホウ丸型（小）

○

○

 松川

バックホウ丸型（小）

○

○

バックホウ
 姫川本川（大抜の沢合流点下流）
丸型（小）

○

○

 中谷川

バックホウ丸型（小）

○

○

 浦川

ケーブルクレーン丸型（大）○○ 姫原）川 本 川（来 馬 河 バックホウ丸型（小）

○

○

 大所川

バックホウ角型（小）

○

○

バックホウ
 姫川本川（小滝川合流点下流）
丸型（小）

○

○

 根知川

―

○

姫川本川（中山橋上 バックホウ流）
丸型（小）

○

○

姫川本川（国道８号 ト ラ ッ ク ク レーン丸型（小）
下流）

○

○

自吸式ポンプ容積濃度（P ）＝W1／q×１００

試験は，各地点同時刻に観測を行い，過去の現地採取検証結果から，採取時間は３０秒，観測間隔＝０．
００１１５４／１５×１００

は２時間で採取を行った。浮遊砂に関しては水深＝０．
００７７％

方向に２５cm 間隔に採水管を設け，水深方向に同 流量算出方法

時に採水を行った。

姫川流域では流量観測所が少ないため，本川・ 流砂量（土砂濃度）算出方法〔図―１〕

支川の流量配分を決めることが困難であり，各地開発した機器の採取方法は，定常状態で流れる点で計測した水深，流速，流路幅から各地点ごと流砂の一部分を切り取って採取する方法である。の流量を算出した。

流速と浮遊砂の移動速度はほぼ等しく，掃流砂４．の移動速度は遅い。そのため，掃流砂量と浮遊砂量を合計する場合には，時間の概念を取り入れた調査結果処理が必要となり，掃流砂と浮遊砂を単位時間当 流量と流砂量の関係特性たり，幅当たりの流砂量単位として算出した。掃流量と流砂量の相関関係を次式

で求めた。ま流砂の算出方法の一例を以下に示す。

た，掃流砂と浮遊砂は移動速度が異なるため，（例） 表面流速 V１＝２．
０m／sec

個々に分けて整理した方が相関関係が明確になる

水深 h＝１．
０m

ことがわかった。代表的な例を図―２，３に示採取器の幅 b＝０．
２５m（角型小）す。検討結果は以下のとおりである。

採取時間 t＝３０sec【関係式】 Qs＝B ×Q A……



採取掃流土砂 W ＝３．
０kg

Qs：流砂量（m3／sec）

土砂の比重 ＝２．
６g／cm3

Q ：流量（m3／sec）
A・B ：係数

採取土砂重量を土砂の比重で割り，容積に換算。
容積（W1）＝３，０００／２．
６

掃流砂全体

0.1

＝０．
００
１１
５４m3
採取装置幅・採取時間３０秒当たりの通過流量を求める。
総流量（q）＝b×h×V1×t

掃流砂量Qs （m3／s）＝１，１５４cc

＝０．
２５×１．
０×２．
０×３０

H12.10.26

0.01

H12.11.20.001

H13.6.8
H13.7.70.0001

H13.8.220.00001

H14.4.190.000001H14.7.110.0000001
11001,000

3＝１５m

図―２で容積濃度を求める。

流量と掃流砂量の相関関係図（中山橋）
浮遊砂全体

1bh
角型採取機器

浮遊砂量Qs （m3／s）／10

流量Q （m ／s）

3

H12.10.26
0.1

H12.11.2
H13.6.80.01

H13.7.70.001

H13.8.22
H14.4.190.0001
H14.7.110.00001

1101001,000

流量Q （m3／s）

図―１ 模式図（掃流砂）図―３

流量と浮遊砂量の相関関係図（中山橋）

建設マネジメント技術

2003 年 7 月号 ５９

・姫川本川筋の流量と流砂量の相関は良い。

た。これは本川筋は比較的水深が大きく勾配が緩・支川の中でも，土砂移動が活発な浦川と大所川かなため流況の乱れが小さかったこと，一方急勾は比較的相関が良い。その他の支川は相関は良配で水深が小さい支川は河床粗度が大きく流況がくない。

乱れているため観測データにばらつきが見られ，・中谷川，浦川，来馬河原，大所川，中山橋地点

相関が低くなったと推定される。

では，同程度の流量で比べると年々掃流砂量が 粒径別土砂濃度分布減少傾向にある。この理由として，平成７年の流速が速く，水深が小さい河川では出水時の土大洪水から５〜７年が経過，河床が安定化の方砂の巻き上がり等により土砂濃度分布は必ずしも向に進みつつあると考えられる。

下層ほど大きくなっているとは限らず，姫川では

 粒径別土砂濃度分布

現地試験より採取した掃流砂はふるい分け試験

土砂濃度分布が垂直に立つ（上下の差が小さい）傾向が認められた。

を行い，浮遊砂はレーザー回析法によって粒度分

 採取時間析を行った後ふるい分けによって粒径別に整理

水路実験よりこれまでの採取時間３０秒では掃流し，水深方向における土砂濃度を整理した。浮遊砂は採取器幅を通過している可能性が強いことが砂については，以下の傾向が見られた。

わかった。これは水路実験による結果であるた・支川に比べると本川筋の浮遊砂濃度は下層ほどめ，今後現地で同実験を行い，採取時間の修正が大きくなる傾向があり，同じ本川筋でも下流になるほどその傾向が明確になっている。

必要になると思われる。

 調査・解析マニュアル（案）の作成

・粗度係数が大きくて流速が速く，水深が小さい

本調査成果として，これまで得られた土砂採取

支川などでは土砂の巻き上がり等により土砂濃方式や解析手法などをとりまとめ，他の現場サイ度は必ずしも下層の方が大きくなるとは限らな

ド で も 参 考 使 用 で き る 調 査・解 析 マ ニ ュ ア ルい。

（案）を作成した。

 流砂量採取機器の検証
３年間の観測データの解析結果から，観測地点ごとに流砂量の特性が異なること，全体的な傾向

６．

今後の課題

として既往の流砂量式による流砂量と比べて掃流 流量精度の向上

砂量が少ないことがわかってきた。その原因は流現在は各観測地点の水深，流速，流路幅の実測

砂量採取機器の特性に起因するものではないかと値から求めたハイドロ中の一部分の値であり，洪いう懸念がでてきたことから，水路実験による検水ハイドロの作成は姫川下流域の山本橋流量観測証を行った。

所から流域面積比で換算しているが，今後は簡易

これまで掃流砂は採取器幅を３０秒前後で通過すると思われていたが，実験の結果２秒前後で通過

水位計の設置等による流砂量観測地点の流量観測精度の向上が必要である。

している可能性が高いため，これまでの単位時間

 現地でのデータ蓄積

当たりの考えでは採取した掃流砂量は実際よりも本調査は３カ年でのデータ蓄積で求められた結少なくなっていることがわかった。

果である。今後はより大きな流量時のデータを蓄積するとともに採取時間などの観測手法の精度や５．

まとめ解析精度の向上を図り，各観測地点の土砂動態特 流量と流砂量の関係
本川筋では相関が高く，支川では相関が低かっ

６０ 建設マネジメント技術

2003 年 7 月号

性の判断資料としていくことも必要である。