R4 - 14

令和４年度砂防学会研究発表会概要集

鼻ぐり井出を用いた伝統工法による土砂堆積対策に関する実験的研究
日本工営(株) 渡部春樹, 田方 智, 湯澤 樹, 伊藤隆郭

隔壁幅
B’
隔壁幅
B’

隔壁高H

水路幅 B

水路幅 B

平面形状
1. はじめに
隔壁
鼻ぐり井出
暗渠
透過型砂防堰堤では次期出水の捕捉容
隔壁間距離 L
隔壁量の確保等を目的とし，減水期に透過部から土砂流出が行われる。堰堤下流側の
流れ
渓流保全工や取付水路では，透過部から隔壁隔壁：直線配置
流出した土砂が堆積し，流下断面が阻害隔壁間隔壁される事例も見られる。の流れ
隔壁間距離 L
隔壁
一方，農業分野では，用水路の土砂堆積隔壁対策として，水の営力により火山灰や土図‐1 鼻ぐり井出
流れ砂を継続的に流下させるための工法とし隔壁：交互配置て鼻ぐり井出が存在する。用水路内の一部を隔壁として残し，暗渠を透過部面積設けた隔壁を縦断方向に連続的に配置した施設である。これにより，縦断形状 隔壁幅B’×隔壁高H
横断形状
隔壁厚
隔壁間に水流が生じ，火山灰や土砂を巻き上げて流下させる仕組みで
隔壁幅B’
流れ隔壁間ある (図-1)1) 。
距離L
本研究では，渓流保全工や堰堤下流の取付水路等の土砂堆積に対し，効率的に土砂を処理する手法として，伝統工法の鼻ぐり井出の土図‐2 施設配置模式図（隔壁）
砂流出機能と水理特性を実験的に検討した。
2. 実験条件
流れ実験では，有効延長7m，水路幅0.2mの可変式木製水路を用いた。模落差
多段型落差工型縮尺は1/40とし，フルード相似則を用いた。実験条件は，堰堤下流0.5m側の渓流保全工を想定し設定した。鼻ぐり井出は，隔壁と暗渠で構成されるが，渓流保全工への適用を想定した場合，水位上昇により側壁高の設定に与える影響が大きくなる可能性があるため，隔壁とスリッ
図‐3 施設配置模式図（多段型落差工）
トの構造を基本とした。この中で，隔壁を直線的または交互に配置する組み合わせを設定した (図-2) 。その他，落差工の斜路の区間
表‐1 鼻ぐり井出の諸元で流れを加速させることで，下流域に堆積した土砂の遡上防止を透過部
隔壁間
隔壁高さ 隔壁幅 隔壁幅
面積
距離
備考
図る案も設定した (図-3) 。これらを整理すると，本実験で対象と（m）（m） / 水路幅（m）（m ）する鼻ぐり井出の諸元は表-1のようになる。流量は10年確率規模相Run0 無施設
当の46.6m3/sとし，無施設時に水路内に土砂が堆積するような土砂
直線61.620.53.2①配置濃度(cf=0.02)に応じた給砂を行い，継続時間は60分とした。河床勾交互Run161.620.53.2②配置配は1°(i=1/57.3)，水路幅Bは4m，隔壁幅B’は水路幅に対して1/2倍・
直線
61.6
10.25
1.6③
配置
1/4倍，隔壁間距離Lは水路幅の1.5倍，隔壁高Hは越流の有無で7m・
直線
67.2
20.514.4④1.6mに設定した(原型値での記載)。河床材料の物性値は次の通りで
配置
Run2直線ある。95%粒径 d95＝0.29(m)，60%粒径 d60＝0.02(m)，安息角φs＝
67.2
10.257.2⑤
配置36.0(deg.)，静止堆積濃度c＊＝0.584，土砂の比重σ/ρ＝2.65。実験ケ
多段型
Run3
落差工ースは，施設諸元および隔壁配置との組み合わせで表‐2 実験ケース合計4ケースを設定した (表-2) 。
3. 実験結果
鼻ぐり諸元
ケース 流量 給砂量
構造
隔壁間距離
隔壁幅
隔壁高さ
隔壁配置
3.1 土砂流出機能
Run0
無施設
図-4に透過部面積と供給土砂量に対する流出土砂
7m
1.0m
Run1
(隔壁を越流しない336m
量の比の関係を示す。鼻ぐり井出との比較を行うこ
46.6m /s
直線配置
(水路幅×1/4) 高さ)(1時間 鼻ぐりの構造 6m：10年とから無施設時に水路内に土砂が堆積するような給
2.0m
1.6m
通水， ：矩形断面 (水路幅×1.5倍)
交互配置
確率規
みかけ
(水路幅×1/2) (隔壁を越流する高Run2
模想定
砂条件としたため，供給土砂量に対する流出土砂量の値)
さ，移動層厚程度)17mの比は0.82になった。これに対し，隔壁を交互に配置
Run3
多段型落差工－－－(落差工間距離)し，かつ透過部面積の大きいRun1②では，無施設時よ
Run1②
Run2④
りも流出土砂量が増加し，比率は0.84と最も効果的なRun1①1諸元になった。隔壁高が大きいRun2，多段型落差工のRun3で流出土砂量0.90.8は，流出土砂量はRun1と比較して少ない。
0.7
図-5にRun1②の通水60分後の流況を示す。隔壁間を流下する
0.6
流出土砂量
0.5
流れと隔壁を越流する流れが形成される。通水初期には隔壁直（無施設）
0.4
Run3
Run1③
上流に平面渦と旋回流が形成される。流れの特性により土砂が0.3
流出土砂量
0.2下流に連行されるとともに，隔壁上流で土砂が巻き上げられ，（多段型落Run2⑤0.1差工）土砂流出が行われる。ただし，平衡量以上の土砂を供給してい005
1015るため，通水60分後になると隔壁が土砂で埋没する結果となっ透過部面積（m2）た。その他，隔壁高が大きい場合(Run2④)や多段型落差工(Run3)では，隔壁上流や河床曲面部で土砂が堆積し，十分な土図‐4 透過部面積と流出土砂量/供給土砂量の関係
砂流出機能は確認できなかった (図-6，図-7) 。
3.2 水理特性
図-9および図-11にRun1②の流速分布と水位・無次元掃流力の縦断分布を示す。流速の縦断方向の計測位置
は図-8に示す通りで，横断方向には水路幅4mに対し左岸から1m，中央，右岸から1mの合計3測線とした。無23流出土砂量 / 供給土砂量

3－ 295 －－ 296 －無次元掃流力無次元掃流力

56.0m

52.0m

標高（m）

標高（m）

43.0m
45.5m
43.5m

47.0m

40.5m

40m

真上
次元掃流力は95％粒径に対しエネルギー勾配を用いて算出した。Run1②では，隔壁の配置上，透過部になる40.5m右岸側や45.5m左岸側では流水が集中するため，河床近傍で高速流(5m/s程度)になる。隔壁間の43mでは，拡大下流側(40.5m)の隔壁配置の影響により，右岸側で水深方向に直線的，中流れ
通水60分後真横
央や左岸側では半水深付近で最大流速が生じる。無次元掃流力は，隔壁隔壁間に土砂が堆積
上下流2m付近では0.5以上，隔壁間では0.05から0.5程度で推移している。
隔壁間の一部や隔壁地点では，無次元限界掃流力(τ*c=0.05)よりも小さな隔壁値になっている箇所もあり，隔壁間で土砂の流下と堆積が繰り返し行われる特性がある。隔壁を交互配置にした場合は，このような複雑な流速
図‐5 流況（Run1②，隔壁：交互）および無次元掃流力の分布が縦断的に連続しており，平面的な流れの特性と併せて，土砂が流出しやすい施設配置であると考えられる。
真上
一方，図-10および図-12にRun3の清水時の流速分布，水位・無次元掃流力の縦断分布を示す。Run3では，落差上流の43.5mから56mまでは，流拡大
速自体に違いはあるものの分布形はほぼ同等で，半水深付近に最大流速
隔壁間に土砂が堆積
流れ
通水60分後真横が生じる。落差部(40m)では，河床底面に最大流速(6m/s程度)が生じ，無次元掃流力も同様に落差部で大きな値を示す。落差部からその下流の直線部で流れの加速域になるが，河床曲面部では減速するため，土砂が堆隔壁積しやすくなったと考えられる。
3.3 鼻ぐり井出の適用
流れRun1②
透過型砂防堰堤の下流域等，平衡量以上
図‐6 流況（Run2④，隔壁：直線）の土砂が長期間に渡って流下する可能性
真上のある条件下では，鼻ぐり井出による流水の営力のみで，継続的に土砂を流出させるRun3ことは難しいと考えられる。しかし，流出拡大
流れ
通水60分後機能が流出土砂量を上回るような状況(出真横曲線部に土砂が堆積水以降の平時の流水等)では，鼻ぐり井出から土砂流出が行われ，出水から平時までのある程度の期間を想定した場合に効果
図‐8 流速計測位置（縦断方向）があるものと考えられ
図‐7 流況（Run3，多段型落差工）
る。その他，流出土砂量
6.0
1.4
水位_左岸側が鼻ぐり井
1.25.0
水位_中央
出の流出機
1水位_右岸側
4.0
能以下とな
0.8
河床位_固定床
3.0
るような場
隔壁_左岸側配置
0.6(例：道路側2.0
隔壁_右岸側配置
0.4
溝，火山灰
1.0
無次元掃流力_左岸
0.2
無次元限界
掃流力0.05の堆積な
無次元掃流力_中央
0.00
図‐9 流速分布（Run1②，隔壁：交互）
30405060708090ど)での効
無次元掃流力_右岸
縦断距離（m）
無次元限界掃流力果も期待される。多段図‐11 水位・無次元掃流力の縦断分布（Run1②，隔壁：交互）
型落差工
は，河床底
6.0
10090面の曲面部
水位_中央5.080の半径を大704.0
河床位（m）
きくする
603.050等，流れが多段型落差工
402.0
減速しにく30
図‐10 流速分布（Run3）
無次元掃流力_中央20
い施設形状
1.010にすることで，土砂流出の効果が向上すると考えられる。
無次元限界掃流力0.050.00
無次元限界掃流力
30405060708090
鼻ぐり井出の適用にあたっては，想定されうる最大最小縦断距離（m）の流出土砂量を把握し，流出土砂量以上の流出機能を持
つ鼻ぐり井出の諸元を設定することで，出水から平時の図‐12 水位・無次元掃流力の縦断分布（Run3）
期間内で，効果的に土砂を流下させることが可能になる。
4. おわりに渓流保全工や堰堤下流の取付水路等の土砂堆積に対し，効率的に土砂流出を行うために，伝統工法の鼻ぐり井出の土砂流出機能や水理特性を実験的に検討した。減水期の透過型砂防堰堤からの土砂流出を想定し，平衡量以上の土砂を継続的に供給したため，隔壁が埋没していく結果となった。今回設定した施設諸元の中では，隔壁を交互に配置した場合，平面的な流れと複雑な流速および無次元掃流力の分布が形成されるため，土砂が流出しやすい施設配置であることがわかった。想定される流出土砂量を把握し，流出土砂量以上の流出機能を持つ鼻ぐり井出の諸元を設定することで，効果的な土砂流出が可能になる。今後は，1出水を想定した場合の効果を確認するために，非定常流の条件で実験を行う予定である。
参考文献: 1) 菊陽町文化財ツーリズム,“人の道・水の道”, https://www.kikuyotsu-rizumu.jp