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令和5年度砂防学会研究発表会概要集

春木川における静的・動的観測による流砂・水文観測と縦断的な土砂移動把握の試み
日本工営株式会社 ○保谷 智之・川瀬 遼太・松岡 暁・伊藤 隆郭国土交通省 関東地方整備局 富士川砂防事務所 植野 利康※1・野坂 隆幸・唐木 理富
京都大学 藤田 正治、宮田 秀介、信州大学 堤 大三、筑波大学 内田 太郎※1：現 国土交通省 水管理・国土保全局 砂防部 保全課

１．はじめに

３．観測概要国総研資料 1)等で示されているように、山地渓流での富士川水系の早川の支川の春木川(図１)で、表 1 の観測流砂の実態や降雨に対する流出の応答を把握することで、 を行った。春木川の流域諸元を表 2、現場粒度試験結果
砂防基本計画の策定、総合的な土砂管理方針の検討、流 を図 2 に示す。また、図 5 に出水時の降雨量(春木川観測域治水や土砂・洪水氾濫への対策など、砂防事業への反 所)を示す。主な計器設置場所は、早川との合流地点手前映が期待される。そのため、富士川砂防事務所では、山 の橋梁(旧春木川橋)、栃原砂防堰堤、春木川第一砂防堰堤
地渓流における流砂量・水理量について、管内の流域で である。出水時観測(電波式流速計・採水)の期間は 9/19
様々な観測手法を用いて観測を実施している。本稿では、 17:00～ 9/20 15:00 である。
本稿で観測対象とした出水の概要を以下に示す。
UAV による測量等の静的観測を加えて、春木川における・令和 4 年台風第 14 号(2022 年 9 月 14 日 3 時発生、9縦断的な土砂移動の把握を試みたことを報告する。
月 20 日 9 時消滅。鹿児島県に上陸。最低気圧 910hPa）
・ 最大時間雨量(春木川観測所)：28mm/h（9/19 20:00）
２．流砂・水文特性の観測方法
山地渓流での流砂量観測にて留意するべき山地渓流の・ 累積雨量(春木川観測所)：207mm(9/18～20)
特徴の一つは、水位変動・河床変動が激しいことである。
また、移動土砂を構成する粒径分布が広く、水理量に応 ４．観測測結果
じて移動する粒径や流砂形態も異なるという特徴も持つ。 ４．１ UAV による河床形状の把握
縦断的な土砂移動は UAV 等による河床形状の測量に出水前(2022 年 8 月 17 日)と出水直後（2022 年 9 月 26
よって静的な標高差分を得ることで推定できる。
日）の地形変化・河床変動量を把握するため、UAV(図 3)
流砂量・水理量は、時空間的にも刻々と変化するため、 を用いた測量を行い、出水前後の春木川流域のオルソ写
出水中の連続的なデータの動的な取得が必要と考えられ 真および SfM 解析による点群データを得た。出水前後のる。また、土砂移動特性を把握するには，全ての流砂形 河床の標高差分図を作成した。図 4 に観測結果を示す。
春木川第二砂防堰堤態に対して計測する必要があるものの、全ての流砂形態
春木川大春木砂防堰堤に対応できる観測方法はなく、それぞれの流砂形態に応仲島砂防堰堤
流向
流向
春木川第一砂防堰堤
じた方法を用いることが基本的な方針となる。
早川春木川(図 1)で実施された観測方法を表 1 に示す。なお、流向UAV 等による測量や粒径調査などを静的観測、流量や土砂量などの移動量を求める場合を動的観測と呼ぶ。
表 1 観測手法

図 1 早川支川春木川の位置図・計器類配置図

観測項目

観測対象

観測手法・観測機器

計器設置・観測場所

100

水位
流速

水深
表面流速

栃原砂防堰堤春木川第一砂防堰堤
旧春木川橋
栃原砂防堰堤
旧春木川橋
栃原砂防堰堤80

最下流～大春木砂防堰堤まで

Washload

単位幅掃流砂量
河床変動量

掃流砂量
移動土砂量

UAV 撮影による SfM(2 時期の標高差分図)

通過質量百分率(%)

濁度

水位計(圧力式・超音波式)
画像解析(CCTV 画像)
電波式流速計(出水時)
濁度計、自動採水(出水時)
バケツ採水(出水時)
プレート型ハイドロフォン

粒径加積曲線

90

栃原砂防堰堤での現場粒度試験結果

7060504030201000.001

20.9 km2

延長

9.5 km

平均勾配

河床勾配 1/10

60%粒径

60%粒径 D 60 = 7.5 ㎜程度

送信機

流域面積

1径

10

重量
対角寸法
最大速度
運用限界高度
最大飛行時間最大風圧抵抗動作環境温度
衛星測位システム
動作周波数
最大伝送距離動作環境温度
モニタ
操作アプリ

1,375g（バッテリー、プロペラ含む）
350mm（プロペラ除く）
最大72km/h（Sモード）
6,000m
約30分
10m/s
0～40℃
GPS/GLONASS
2.400～2.483GHz
4km（障害物および干渉がないこと）
0～40℃
iPad mini
DroneDeploy

100

DJI 社製「Phantom 4 Pro V2.0」

図 3 使用した UAV のスペック・写真- 561 -50(mm)

図 2 栃原砂防堰堤での現場粒度試験結果
機体値0.1粒表 2 春木川 流域諸元
項目0.01

出水期前（第 1 回調査）

出水直後（第 2 回調査）(2022 年
8 月 17 日)(2022 年
9 月 26 日)

出水前後標高差分図：栃原砂防堰
堤堆砂敷での見かけの土砂量は
約 4640ｍ3 程度増加の堆積傾向
凡例[ｍ]■ 2.0 ～ 5.0■ 1.0 ～ 2.0■ 0.5 ～ 1.0

堆積■ 0.0 ～ 0.5■ -0.5 ～ 0.0■ -1.0 ～ -0.5
■ -2.0 ～ -1.0

栃原砂防堰堤■ -5.0 ～ -2.0

侵食４．２ハイドロフォン
図 6 に観測結果を示す。出水時観測前後の期間では雨量がピークに達した 9 月 19 日 20 時ごろ(図 5)からハイドロフォンに反応がみられた。得られた単位幅掃流砂量に、別途計測された栃原砂防堰堤水通し部での水位と断面形状から推定した流下幅及び観測間隔(15 分)を乗じ、出水期間(9 月 18 日～20 日)にて総量を求め、流出した掃流砂量は 180m3 と推定された。

４．３濁度計/採水流向

図 7 に観測結果を示す。濁度計による各時刻の土砂容積濃度と直接採水結果と比較すると、19 日 22 時頃のピーク値は OBS-3+、NEP-5000 いずれも直接採水結果より低い濁度である(図 7)。OBS-3+よりも NEP-5000 の方がより高濁度まで観測できた。出水期間にて流出した浮遊砂量は、流量に濃度と観測間隔(15 分)を乗じて総量を求め、3,229m3(OBS-3+)、3,844m3(NEP-5000)と推定された。なお、流量は観測水位から堰の公式により算出した。

流向

出水後 (拡大)

春木川第 1 号
砂防堰堤

４．４水位/流速計・画像解析での水位・流速観測
春木川の最下流付近の旧春木川橋に臨時設置した電波式の水位・流速計 RQ-30a(Sommer 社製)、及び、上流側の春木川第一砂防堰堤での CCTV 画像の画像解析による水位・流速の時系列変化を得た。出水期間中の最大流速は旧春木川橋で約 3.5 m/s、春木川第一砂防堰堤で約 2.2 m/sであった。本稿では観測成果の詳細は省略する。

濁り始め
大春木川砂防堰堤

図 4 UAV 撮影結果(左：第 1 回,右：第 2 回)

出水時観測：9/19 17:00～ 9/20 15:00

累積雨量：207mm

図 5 降雨量(春木川観測所)

図 6 ハイドロフォン観測結果(栃原砂防堰堤)

５．おわりに観測結果からわかったことを以下にまとめる。
①春木川流域の図 4 の範囲での UAV 画像による測量結果から、台風 14 号での出水前後の河床の標高差分図を作成することで縦断的な土砂移動を把握した。
栃原砂防堰
堤堆砂敷に区切って標高差分図を示した(図 4 右上)。堆砂敷での標高の変動高に面積を掛けて合計して見かけの土砂量を推定したところ、1 出水で 4,640m3 程度の増加となった(増加：9,549m3、減少：4,909 m 3)。
②濁度計から、台風 14 号の出水期間にて流出した浮遊砂量は 3,229m3(OBS-3+)と推定された。同期間でハイドロフォンの観測結果によると掃流砂量は 180m3 であった。
これらの量は実質値であるので、観測された流出量と①の見かけの土砂量の減少量は概ね同量と言える。
③UAV によるオルソ写真(図 4)によると、出水直後の撮影時の濁りの発生源は図中矢印で示した位置からである。
出水時も同じ位置と考えると、濁度の由来は本川だけでなく支川・渓流からの流入分も含まれる可能性がある。
④濁度計の頭打ちを除いて直接採水と濁度計の濁度の時系列変化傾向は概ね調和的である。機器計測範囲や採水データの検証等、総合的に検討していくことが望ましい。

参考文献
図 7 濁度計観測結果(栃原砂防堰堤)(春木川直接採水(バケツ採水・自動採水)結果併記)

1) 山地河道における流砂水文観測の手引き（案），国総研資料，No.686，p.2，2012- 562 -