R2‑040

2020年度砂防学会研究発表会概要集

無加川における掃流砂量計の観測事例
日本工営株式会社○松山洋平・濱原能成・永野統宏・鎌田篤志・伊藤隆郭
治水課 今村雄一・河合崇＊）

国土交通省 北海道開発局 網走開発建設部

北見工業大学 渡邊康玄＊)現所属：国土交通省 北海道開発局 帯広開発建設部 治水課
みられる。KP6.2より上流は平成29年時点と比して１．はじめに堆積し，最大2.0m程度河床が上昇している。

近年，河床砂礫が流失し，基岩が露出してさらに河床低下が進行する現象が各地で報告されている1)。

105

平均河床高100

本州では新潟県信濃川河口の大河津分水路2)や宮崎

豊地大橋

標高T.P.(m)豊大橋

県小丸川3)の河床低下が報告されており，小丸川では掃流砂に着目した河床変動解析も行われている3)。

90

無加川橋

常盤橋

858075

S42H01
H22,H23
H26.10
H28.10
H30.10平均岩盤線 R:礫岩7065

河床低下の原因は種々の議論があるものの，河川施60設の倒壊等，河川管理上の問題となっている。

40.0

1.0

常盤橋

2平均河床高 変動量(m)北海道内では河床低下問題は河床形状の把握，地があり，河床低下問題は流域規模の土砂供給・輸送

4.0

距離標（KP)

無加川橋

5.0

無加川水管橋
豊大橋

6.0

豊地大橋

7.0

無加川第2頭首工とん田川

0‐1‐2S42H10
H24.10（覆礫後）H27.10
H29.10平均岩盤線 Kp：火山灰‐3‐4‐60.0

H01
H22,H23
H26.10
H28.10
H30.10平均岩盤線 R:礫岩

1.0

図-1

態を解明し，適切な対策を講じるための基礎的な方

3.0

S54H10
H24.10（覆礫後）H27.10
H29.10平均岩盤線 Kp：火山灰1‐5問題と関わるとの指摘もある6)。流域の土砂移動動

2.0

平均河床高（S54を基準とした変動量）

3質調査，数値解析等の手段により解析する試み 4),5)

無加川第2頭首工とん田川

無加川水管橋95

2.0

KP3.0～4.0は低下傾向。
最大0.5m程度低下。

3.04.0

距離標（KP)

KP6.2上流は堆積傾向。
最大2.0m程度堆積。
5.06.07.0

無加川における平均河床高の変遷

法として掃流砂観測があり，河床低下対策の検討や数値解析結果の検証等にも用いることが可能である。
砂防区域では姫川，富士川等でパイプ式ハイドロフ
ォンによる掃流砂観測7)，足洗谷では音響法・観測
枡・重量計等による掃流砂観測8)が行われている。
北海道内では無加川に設置されている重量式掃流砂量計が唯一の掃流砂観測事例である。寒冷地かつ急流河川における掃流砂量計の適用性は未知の部分もあり，本報告では重量式掃流砂量計の概要と，観写真-1 河床低下による低水護岸損壊(KP3.4付近)測結果，寒冷地河川への適用性について報告する。

３．掃流砂量計の概要

２．無加川における河床低下

無加川KP4.6付近に設置されている重量式掃流砂

北海道北見市内を流下する無加川は一級河川常呂

量計はJFEアドバンテック・日本工営8)によって開川水系の支川であり，流域面積536.1km2，幹川流発されたものであり，4隅にロードセルが内蔵され，路延長74.6km，計画高水勾配は概ね1/180である。

単位時間当たりの流砂重量を計測して掃流砂の水中無加川の計画高水流量は700m3/sであり，平成18年

重量と流下速度の時間積分値により掃流砂量を算出

8月には613m3/sの既往最大流量を観測している。

するものである。また，同時に水位を計測し砂礫重

無加川は全川を通じて単列砂州卓越領域で9)交互量の計測精度を向上することが可能である。構造の砂州が発達し，一部の砂州上は樹林化が進行している。近年，KP4.0～7.2では河床低下が顕著であり，模式図を図-2に示す。

河床は基盤が露出している。KP4.0より上流では経年的に河床低下が進行し，平成24年10月から平成29年10月にかけて最深河床高，平均河床高がいずれも3m程度低下している。平成24年にはKP5.2～7.2区間に覆礫（d60=45mm程度）が行われている
ものの，河床低下は進行している。

図-2

最近では平成30年7月出水によりKP3.0～4.0区間

掃流砂量計構造模式図

北見市は2019年2月には日最高気温が-9.7℃，日最低気温が-28.2℃を記録するほど寒冷な地域であり，掃流砂量計には以下の防寒対策を行った。の河床は前年度からさらに低下し，平均河床高は最大0.5m程度，最深河床高は最大0.7m程度の低下が217

５．適用性試験の実施
寒冷地河川に設置された掃流砂量計は，寒冷な気候であっても正常に稼働する必要がある。写真-3に示す円柱形の錘，観測地点周辺の河床材料を使用して計測値の検証，寒冷時の性能の検証を行った。
水中重量5.0kgfの礫(群体)を0.35m/sの速度で移動させた場合の計測値を図-5に示す。計測荷重の合計値は約4.5kgf，計測値から算出される砂礫移動速度は0.41m/sであり，概ね一致した。このことから概ね良好な精度で掃流砂の観測が可能と考えられる。

空中重量=5.34kgf
水中重量=4.58kgf※1マス1cm×1cm

写真-3 適用性試験に使用した錘・河床材料

8/12

8/13

0:00

0:00

0:00

0:00

0:00

0:00

0:00

8/7

8/8

8/9

8/10

8/11

8/12

8/13

ピーク時で約1mの水深が計測された

図-5

試験時の荷重計測例

0:00

0:00

0:00

0:00

0:00

0:00

0:008/68/78/88/98/108/118/128/13

本観測事例より，重量式掃流砂量計を用いることにより寒冷地かつ急流河川においても掃流砂観測が適用可能なことが示された。今後は掃流砂量の計測を継続し，掃流砂観測資料を蓄積して無加川流域の土砂移動特性を把握し，河床変動解析や河床低下対策に資することが課題である。また，北海道内をはじめとする他地域の寒冷地・急流河川に対しても流砂量観測を行い，観測事例を蓄積していくことが望ましい。

増水前(8/9 12:00頃)から減水期(8/10 12:00頃)の荷重の変動幅は最大で10kgf程度である

20151050-5-10-15-200:00

0:00

0:00

0:00

0:00

0:00

合計荷重（上流・下流ロードセルの合計）

2019年8月降雨による計測値

8/910荷重(kgf)

現地土砂の水中荷重(5.00kg)

６．おわりに無加川掃流砂量計 2019/08/09 12:00～2019/08/09 12:30

50

上流側（合計）【参考文献】

下流側（合計）1)及川,清水,木村,山口：石狩川上流部の河床における粘板岩の摩耗現象,平成21年度 土木学会北海道支部論文報告集 第66号,2009.
2)常山,小川,見田,浅見,保要,丸山,福岡：大河津分水路床止め工群
改修の経緯と河床の安定化について,河川技術論文集 第19巻,pp.93～98,2013.
3)宮﨑,橋本,原田：小丸川における河床変動計算と土砂収支に関する一考察,第4回土砂災害に関するシンポジウム論文集,pp.191～195,2008.
4)及川,岩崎,山口,清水,井上：河床における岩盤上の流砂の集中度合に関する実験的検討と数値シミュレーション,土木学会論文集B1(水工学)Vol.68,No.4,pp.I-949～I-954,2012.
5)森田,川尻,渡邊,田中：河道水面下における表面波探査の適用性に 関 す る 基 礎 的 研 究 , 土 木 学 会 論 文 集 B1( 水 工 学 )Vol.73,No.4,pp.I-547～I-552,2017.
6)及川,岩崎,山口,清水,木村：流砂の摩耗作用による岩盤侵食に関する実験的検討と数値シミュレーション,土木学会論文集
B1(水工学)Vol.67,No.4,pp.I-751～I-756,2011.
7)田中,内田,蒲原,桜井：近年の山地流域における流砂観測による成果と課題,土木技術資料57-7,pp.22～25,2015.
8)後藤,長山,杉山,伊藤,宇都宮,横山,堤,水山,藤田：掃流・土石流の石礫流下量の計測のための水中荷重計の開発と水理実験～
穂高砂防観測所における試験計測～,第62回砂防学会研究発表
会概要集,pp.B-96～B-97,2013.
9)例えば：第46北海道開発技術研究発表会(指定課題・河川部門)(2003)河道特性の把握と新河道計画への活用(その3)

12:30:00

12:25:00

12:20:00

12:15:00

12:10:00

12:05:00

12:00:00-5

無加川掃流砂量計 2019/08/09 12:15:00～2019/08/09 12:15:20
移動平均 n=5 (0.5秒)

8/9
3

上流側（合計）2

荷重(kgf)

上下流(合計)水深図-31
下流側（合計）0-1

12:15:20

12:15:19

12:15:18

12:15:17

12:15:16

12:15:15

12:15:14

12:15:13

12:15:12

12:15:11

12:15:10

12:15:09

12:15:08

12:15:07

12:15:06

12:15:05

12:15:04

12:15:03

12:15:02

12:15:01

12:15:00-2

上流側（合計）
移動平均 n=5
下流側（合計）
移動平均 n=5

8/9
3,000,000
2,500,000
2,000,000
1,500,000
1,000,000
500,000
0513,494

図-4

12:30

12:25

12:20

12:15

12:10

12:05

通過重量（累積値）※1m幅あたり

12:00

通過重量（累積）(kgf/m)

上流(合計)

下流(合計)

9:43:40

0:00
8/6

1.7s@0.7m→0.41m/s

2/13
65432
10-1

9:44:00

8/11

9:43:55

8/10

0.5mあたり
荷重(kgf/0.1s)

8/9

140
120
100
80
60
40
20
0-20

0:00

水深(cm)

8/8

－時間雨量

0:00

荷重(kgf)8/7

0:00

雨量(mm/h)

8/6

04
8
1216

9:43:50雨量(留辺蘂)9:43:45・リチウムイオンバッテリーの使用
・データロガー・センサーの防寒材による保護
・FOMA回線によるデータの常時チェック
・本体内部への凍結防止液の充填
４．計測事例
令和元年8月8日～9日に最大時間雨量18.5mm/h，総雨量90.5mm(留辺蘂)の降雨があった。図-3に示すように，降雨前は0.25m程度であった水深がピーク時には0.9m程度となり，約±5kgの荷重が計測されている。d60=0.04mとすれば，このとき＊=0.016から0.06に上昇したこととなる。水位ピーク付近の計測値の解析例を図-4に示す。8月9日12:00～12:30を抽出すると，通過重量の累計が513,494kgf/m(単位幅当たり)となるが，床止工上流は土砂の堆積が進行しておらず，流砂の通過ではなく，流水の重さの時間変化が累積したものと考えられる。

2019年8月降雨ピーク時付近の解析例

床止工上流は堆砂していない

写真-2 2019年8月降雨ピーク時・出水後の水面形

218