技術資料

間引きした防雪林の風洞実験による防風機能試験
山﨑貴志＊

住田

則行＊＊

幸田勝＊＊＊

現性が検証された風速と本実験装置で模型雪の活性白１．はじめに土が十分に飛散する風速を考慮し、７m/s（地面から道路の吹雪対策の１つである防雪林では、樹木の生の高さ H ＝400mm での風速）とした。

１）

長に応じて間引きが必要とされている が、間引きにより一時的に防風機能は低下する。道路交通環境を維持する上で防風機能の低下をできるだけ抑えて間引を行うことが必要であるが、間引きと防風機能の関係は未だ定量的には明らかになっていない。
この関係を把握するためには、実際の防雪林で計測することが望ましいが、自然条件下では計測条件を設定し、比較を行うことは困難である。そこで、計測条件の設定が比較的容易な模型防雪林を用いた風洞実験において、防雪林風下側の流速を計測することにより、間引きの有無、樹高・枝下高の違い、間引きパターンの違い（千鳥間引きと列間引き）および風向が防風機能
図－１に与える影響について考察した。

風洞実験装置２．実験条件
２．１

実験装置

実験には寒地土木研究所の風洞実験装置（図－１）を使用した。測定洞内の鉛直方向風速分布は、上空ほど風速が増す自然の風を模擬するため、べき法則（べき指数は田園地帯を想定した0.15 ２））に近似するよう調整した。調整は、乱流格子、スパイヤー、バリヤーを組み合わせた風速調整装置を測定洞の上流に設置することにより行った。
調整前後の風速分布を図－２に示す。

図－２

本実験では、老川ら３）が建物近傍を対象とした吹雪

鉛直方向風速分布

風洞実験において重要としている、雪面上の粒子の移動状況に関与する移動臨界摩擦速度比、吹きだまりの２．２

防雪林模型

形状に関与する安息角、粒子の流れ場への追従性に関実験に使用する樹木模型は、数種類の形を検討した

与するストークスパラメータについて考慮し、模型雪

結果４）、形の違いによる実験結果への影響は少なかっとして活性白土を使用した。模型雪を測定洞上流のノたことから、製作の効率等を考慮して図－３に示す形ズルから圧縮空気とともに風洞内に供給することによのものとした。模型縮尺は、間引きを行う時期とされり、人工的な吹雪を発生させている。
模型雪の供給量は、る樹高６m 前後１）の樹木を想定し、この樹木の縮尺模

本実験装置で後述の PIV（Particle Image Velocimetry）型を設置した場合における測定洞（高さ1.2m）の閉塞による計測が可能であることを確認している230g/min

率を５％程度以内 ２）とするため、1/100とした。とした。実験風速は、老川ら３）による実験で現地の再24

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2016年１月

３．１

実験パターン

防雪林を構成する樹木について、樹高と樹冠直径は道路吹雪対策マニュアル１）等を参考に、間引きを行う目安とされる隣接する樹木の樹冠が触れあう時期を想定して４サイズ（樹木Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）設定した（図－５）。
植栽配置は同マニュアルにおける標準林20m タイ
図－３プを想定した樹木列数５列と、これより列数が少ない樹木模型場合の影響を把握するための３列とし、それぞれ間引２．３

きしないものと千鳥間引きをしたものの計４パターン

計測方法

流速の計測方法は PIV とした。PIV は、流れに沿（配置 a、b、c、d）とした（図－６）。なお、この千鳥って移動する粒子（トレーサー）を連続撮影した画像の間引きにより樹木本数は約半分になる。列間および苗解析により流速を計測する方法であり、面的に流れ場間については同マニュアルにおける標準林の植栽配置を把握することができる。トレーサーには模型雪の活に準じて列間30mm、苗間20mm とした。

性白土を利用した。なお、模型雪の動きは空気の流れ樹木サイズ４種についてそれぞれ配置パターン４種と完全には一致しないので、計測結果は風速ではなくの計16パターンで試験を行った。計測面は風洞中心線

模型雪の移動速度としての流速となる。この流速を流上の鉛直面とした。

４）速比とすることで防風機能の評価指標とした 。流速比とは、各地点における流速を防雪林がない場合の同一地点における流速で除した値である。
画像の撮影は毎秒2,000枚で５秒間行い、２枚の画像から１組得られる流速分布を5,000組分平均したものを計測結果とした。計測面は３章では鉛直面、４章
では水平面（図－４）とした。

樹木Ａ

樹木Ｂ

樹木Ｃ

図－５

樹木模型

樹木Ｄ

䢆䡮䡹䢇䢛䡬䢀䢚䡲䢎䢓䢖䡬䡷䢚䡬⿦⨨㜵㞷ᯘᶍᆺ䢖䡬䡷䢚䡬䢓䡮䢀䡸䡬䢀䠄䡮䢎䡬䡸䢚䠅

図－４

配置ａ

PIV 計測（水平面計測）

３．間引きと樹高・枝下高の影響調査

配置ｂ

図－６

３．２

配置ｃ

配置ｄ

植栽配置

実験結果

「樹木Ａ、配置ａ」および「樹木Ｄ、配置ａ」にお間引きの有無、樹高の違い、枝下高の違いが防風機能に与える影響についての調査を行った。
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2016年１月 ける流速分布をそれぞれ図－７、８に示す。これら２つのパターンにおける樹木模型の樹冠の大きさは同じ
25

であるが、流速が低い範囲（概ね１m/s 以下の範囲を赤破線で図示）は枝下高が低い方（樹木Ａ）が広範囲となっており、地面付近の流速も低くなっている。ここでは図示していないが他のパターンにおいても枝下高

が高いほど地面付近の流速は高くなっており、枝下部分では気流が吹き抜けやすくなっている。

図－10

流速比（H ＝15mm､ 樹木Ｄ）

L ＝100mm（風上側路肩付近を想定）
配置ａについて、における流速比の鉛直分布を図－11に示す。流速比は、
H ＝20mm 程度以下の範囲では地面に近いほど樹高に図－７

流速分布（樹木Ａ、配置ａ）比べ枝下高の影響を強く受けている。H ＝40mm 程度
以上の範囲では枝下高の違いによる流速比の違いはほとんどなく、樹高の違いによる流速比の違いが大きくなっている。道路を通行する車両の高さの範囲を考慮
すると、道路防雪林として高い機能を発揮させるためには、樹高を高めることよりも、枝下高を低く抑えることが重要と考えられる。

図－８

流速分布（樹木Ｄ、配置ａ）

ᶞ㧗ࡢᙳ㡪኱

樹木Ａ、Ｄについて、地面からの高さ H ＝15mm における流速比をそれぞれ図－９、10に示す。風下側樹木列からの距離 L ＝100mm 以遠で流速比の値はほぼ

ᯞୗ㧗ࡢ
ᙳ㡪኱

一定となっており、この区間での流速比は間引きによりおおむね0.2 ～ 0.3上昇している。また、図－９と図－10を比較すると、「間引なし」において、枝下高が図－11５mm（樹木Ａ）から15mm（樹木Ｄ）になることで流流速比（L ＝100mm､ 配置ａ）

速比は L ＝100mm 地点で0.3程度上昇している。これ
らから、枝下高が10mm 高くなることによる防風機能

４．間引きと風向の影響調査の低下は、樹木の本数が半分となる間引きによる防風機能の低下に相当することがわかった。

間引きパターンの違い（千鳥間引きと列間引き）および風向が防風機能に与える影響についての調査を行った。
４．１

実験パターン

樹木模型は、前章で最も防風機能が高かった樹木Ａ（樹高50mm、枝下高５mm）とした。植栽配置は前章

と同様５列と３列とし、それぞれ間引きを行わないもの、列間引きおよび千鳥間引きを行ったものの計６パターンとした（図－12）。風向が防雪林帯に対して直角の場合のほか、16方位で１および２方位ずれた場合の図－９26

流速比（H ＝15mm､ 樹木Ａ）

防風機能を調査するため、これらの模型をそれぞれ風寒地土木研究所月報№752

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向に対して90°、67.5°、45°に設置して計測を行った。
また、細かな風向の違いが防風機能へ与える影響を調査するため、樹木列数３列の列間引きと千鳥間引きについて、図－13に示す植栽配置の模型（列間、苗間は図－12と同一）を風向に対して90°、82.5°、75°、60°、56.3°、45°、36.9°、30°に設置して計測を行った。なお、
56.3°は千鳥間引きにおいて３本の樹木が風向方向に一直線に並ぶ風向角、36.9°は列間引きにおいて３本の図－14樹木が風向方向に一直線に並ぶ風向角である（図－14）。
実験パターンの一覧を表－１に示す。計測面は地面

表－１

植栽配置（詳細）

実験パターン（樹木Ａ）

からの高さ H ＝15mm の水平面とした。

４．２

実験結果

実験パターン No. １～３（以下「P1 ～ P3」と記す）について、風下側樹木列における風洞中心線に最も近い樹木背後（ⅰ）および樹木間中央（ⅱ）（図－15）での流速比分布を図－16 ～ 18に示す。
図－16（P1）より、L ＝150mm 以下における風向変化に対する流速比の変化や、樹木背後（ⅰ）と樹木間中央（ⅱ）との流速比の差はほとんど見られない。L ＝150mm 以上において風向角45°で流速比の上昇がみられるが、これは植栽端部の影響と考えられる。
図－17（P2）、18（P3）より、P1と比較して全体的に流速比が高くなっており、間引きにより防風機能が図－12

植栽配置低下していることがわかる。また、樹木背後（ⅰ）と樹木間中央（ⅱ）の流速比の差は、樹木間からの吹き抜けによるものと考えられるが、この差は風下ほど小さくなっている。
列間引き（図－17、P2）では風向変化による流速比の変動が大きく、風向角45°では流速比が低い半面、風向角90°では流速比が高くなっている。
一方、千鳥間引き（図－18、P3）では、風向変化による流速比の変動は列間引きと比較して小さくなっている。
ここでは図示していないが、樹木列数５列（P4 ～

図－13

植栽配置

P6）の場合は、樹木列数３列の場合よりも全体的に流速比が低くなっており、高い防風機能を発揮しているが、風向変化に対する傾向は樹木列数３列の場合と同様となっている。

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P7、P8における風洞中心線上 L ＝150mm での風向角と流速比の関係を図－19に示す。L ＝150mm は、道路吹雪対策マニュアル１）の標準林における基本林の道路側樹木列から道路中心線（片側１車線道路を想定）までの距離約15m を想定している。
流速比は風向角が90 ～ 70°程度の範囲では千鳥間引きの方が低く、風向角が70 ～ 40°程度の範囲では列間引きの方が低くなっている。千鳥間引きでは風向角56.3°で３本の樹木が風向方向に一直線に並び、流図－15計測平面図（千鳥間引）速比のピークが現れているが、列間引きでは３本の樹木が風向方向に一直線に並ぶ風向角36.9°においても明確なピークは現れていない。また、風向角が40°程度以下では列間引きと千鳥間引きにおける流速比に明確な差はみられない。
風向角90 ～ 45°の範囲における流速比の最小値と最大値の差は列間引きで0.15、千鳥間引きで0.06程度となっており、列間引きでは風向変化にともなう流速比の変動が大きく、千鳥間引きでは変動が小さくなっている。

図－16

流速比
（樹木列数３列、間引なし、P1）



図－19

図－17

流速比（樹木列数３列、列間引、P2）



流速比（P7、P8）（L=150mm）

５．まとめ
道路防雪林について、間引きの有無、樹高・枝下高の違い、間引きパターンの違いおよび風向が防風機能に与える影響を把握することを目的に、模型防雪林を用いた風洞実験を行った。
間引きと樹高・枝下高の影響調査の結果、枝下高は防風機能に与える影響が大きく、枝下高が高くなることによる防風機能の低下が、樹木数が半分となる間引きによる防風機能の低下に相当する場合があることがわかった。このため、安定した防風機能を発揮させるためには、枝下高を高くしないこと、すなわち下枝の図－1828

流速比（樹木列数３列、千鳥間引、P3）枯れ上がりを防ぐための間引き管理が重要と考えられ
寒地土木研究所月報№752

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る。

参考文献

間引きと風向の影響調査の結果、間引きにより防風機能が低下することや、間引きパターンの違いにより

１）独立行政法人 土木研究所 寒地土木研究所：道路

風向変化に対する防風機能の変動の傾向に違いがある

吹雪対策マニュアル（平成23年改訂版）第２編

ことがわかった。風向角90 ～ 70°程度の範囲では千雪林編、2011．

鳥間引き、風向角70 ～ 40°程度の範囲では列間引きの防風機能が高くなったことから、実際の間引きを行防２）財団法人日本建築センター：実務者のための建築物風洞実験ガイドブック、2008．

う際には、現地の冬期主風向を考慮して間引きパター

３）老川進、苫米地司、石原孟：建物近傍の雪吹きだンを選定することにより、間引きによる防風機能の低まりの風洞相似則に関する考察、日本雪工学会誌、下をある程度抑えられるものと考えられる。

Vol.23、No.2、pp.13-32、2007．
４）山﨑貴志、住田則行、中村隆一：吹雪風洞実験における防雪林縮尺模型と PIV について、雪氷研究大会（2014・八戸）講演要旨集、P240、2014．

山﨑貴志＊

住田則行＊＊

幸田勝＊＊＊YAMAZAKI Takashi

SUMITA Noriyuki

KOUDA Masaru

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
主任研究員

寒地土木研究所
技術開発調整監付寒地機械技術チーム
研究員

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