Pb-58
山地河川における流砂量推定の課題と解決策
国土技術政策総合研究所 岡本敦
井内拓馬（現(株)建設環境研究所），泉山寛明（現：国土交通省砂防計画課），内田太郎，桜井亘(株)コルバック 吉村暢也

1. はじめに山地河川の流砂量は，砂防事業の実施，総合土砂管理の推進などのための最も基本的な情報の 1 つである。このため，近年，全国の直轄砂防事務所を中心に精力的な流砂観測が実施され，国総研では全国の流砂量年表 1)を作成した。一方，
山地河川では，流砂を直接採取し，量を計測することは多大な労力が必要となる。そのため，一般的には，流砂の量と相関のある物理量を間接的に計測し，流砂量を推定する手法（ハイドロフォンや濁度計）が一般に用いられている。また，観測を多点で実施することは多大な費用や労力を要するため，少数の点の観測により流砂量を推定する必要がある。
ところが，ハイドロフォンや濁度計の観測結果からある断面を通過する流砂量を推定するためには，多くの課題が残されている 2)。そこで，本稿では各課題を整理するとともに，今後の流砂年表の改善に向けた流砂の推定手法について検討する。

2. 課題
ここでは既往の研究，調査結果例えば2)を踏まえて，ハイドロフォン・濁度計を用いた流砂量を推定する上での課題について下記の 2.1，2.2 のように整理した。
2. 1 ハイドロフォンによる掃流砂量推定の課題① （流砂の非衝突）掃流砂として流下している土粒子の一部がハイドロフォンに衝突しないため，掃流砂量が過小評価になる場合がある。
② （流水ノイズの影響）流水によるノイズが計測される音響波形に影響するため，衝突音が小さい粒径の小さい土粒子の衝突を検知できないおそれや，流水のノイズの影響で過大評価になるおそれがある。
③ （短期時間変動）計測間隔が長いと短期的に生じる流砂量の時間変動が把握できない可能性がある。
④ （流速の影響）音響波形から掃流砂量を推定する際に流速の影響が考慮されていないため，流速が大きいときに過小評価になる可能性がある。
⑤ （流砂の横断分布）河道内において横断方向に掃流砂量のばらつきがあるため，ハイドロフォンの計測結果が当該箇所の掃流砂量を代表していない可能性がある。
2. 2 濁度計による浮遊砂量推定の課題① （粒径依存性）濁度計で計測される濁度と土砂濃度の関係は粒径によって異なるため，濁度から土砂量に換算するにあたっては，粒径の影響を評価する必要があり，特に，粒径が大きいと土砂濃度によらず濁度がほとんど一定になるため，粗い粒径の土砂濃度観測が困難である可能性がある。
② （濃度の鉛直分布）浮遊土砂濃度は鉛直分布があるため，1 深度の濁度計の計測では通過した浮遊土砂量に変換することが難しい可能性がある。

3. 検討結果
ここでは 2.1，2.2 で整理した課題の既往の検討状況を整理する。
3. 1 ハイドロフォンによる掃流砂量推定の課題の検討状況① （流砂の非衝突）水路実験により，非衝突の実態の把握を行い，無次元掃流力が 0.1～0.3 程度のとき，衝突率が 0.3～0.7 になることを示した 3)，4)。
② （流水ノイズの影響）水路実験，現地実験により，流水によるノイズの影響の把握を行い，流水のノイズの影響が大きい流砂量の小さい場合であっても 2.0mm 以上の粒径の土砂は概ね計測できることを示した 4)。2mm 以下の粒径の細かい土砂は浮遊砂として流下しうることを併せて考えると，流砂の粒径構成にもよるが流砂量の大きい時期においては流水ノイズの影響は比較的小さいと考えられる。
③ （短期時間変動）これまで，天竜川水系与田切川の 1 分間隔の観測データを用いて，計測間隔が掃流砂量の推定結果に及ぼす影響を分析すると，1 出水の流砂量や日流砂量といった長期の流砂量に及ぼす影響は小さく，通常の 15分間隔のデータと比較して違いは 5％程度以下であることを示した 5)。
④ （流速の影響）水路実験等では，ハイドロフォンの音響波形の大きさは土粒子の体積よりも運動量に比例することが示され，掃流砂量の変換においては流速の影響を受けることが確認された 4)。一方，流速の変化は流砂量の変化に比べて小さいと考えられるため流速の影響は限定的であると考えられるが，現時点までにこの影響については定量的に評価できていない。

- 718 -

流砂量 (m3/m)（流砂の横断分布）掃流砂量の横断分布について，
10800
与田切川
小渋川既往の観測結果を収集した。横断方向に 3 箇所以8600
上のハイドロフォンが設置され，複数の出水デー
6タが収集できたのは天竜川水系与田切川（坊主平4004堰堤），小渋川の 2 箇所であった（図 1）。河道内に200中州が見られる与田切川では常に出水単位の流砂
左岸
左岸
2中央
中央
量が多い箇所（左岸），少ない箇所（右岸・中央）
右岸
右岸
00が見られ，それぞれの箇所の流砂量は断面平均の05
100200400600800
平均流砂量（m /m）
平均流砂量（m /m）
流砂量 2 倍ないしは 1/2 以下程度であった。一方，
図1 出水ごとの断面平均と各箇所の掃流砂量の関係
河道内に明瞭な中州が見られない小渋川では出水単位の流砂量が多い箇
所（中央），少ない箇所（右岸・左岸）の違いは平均流砂量の倍半分以下であり，中央が多く，両岸が少ない傾向が見られた。以上のことより，限られた事例ではあるが，中州が存在するような河道では，掃流砂量が常に過大ないしは過小評価になるおそれがあり，流砂の横断分布を評価する必要があると考えられる。一方，中州が見られないような河道では，影響は比較的小
図2 河床近傍の浮遊砂濃度と上部（水面付近）の浮遊砂濃度の関係
さいものの，出水単位で見た場合に河岸近傍で観測した結果は最大 0.5 倍程度過小評価になっているおそれがあると考えられる。
3. 2 濁度計による浮遊砂量推定の課題の検討状況① （粒径依存性）粒径の影響を考慮した濁度から浮遊砂量に変換する式を提案した 6)。これを用いることによりこの影響はある程度排除できると考えられる。
② （濃度の鉛直分布）浮遊砂の土砂濃度の鉛直分布について，既往の富士川水系大武川，越美山系の坂内川，天竜川水系の与田切川（坊主平堰堤），六甲山系の芦屋川，白水谷における観測結果を収集分析した（図 2）。いずれの観測においても，深さ方向に 3～4 地点で直接採水を行い，土砂濃度の鉛直分布が観測されている。上流に荒廃地が広がっている六甲山系白水谷を除くと鉛直方向の土砂濃度の違いは小さく概ね 0.8 から 1.2 倍の間に入っている（図2）。これに対して，上流に荒廃地が広がっている白水谷では，水面に近いほど明瞭に土砂濃度が低下する傾向が見られた。以上のことから，通常の山地河川においては，鉛直方向の濃度分布が浮遊砂量の推定に及ぼす影響は小さいと考えられる。
流砂量 (m3/m)⑤334. まとめハイドロフォン，濁度計を用いた観測結果を掃流砂量，浮遊砂量に変換するにあって，考慮すべき事項は次の通りである。
・掃流砂量への変換にあたっては，非衝突の影響，横断分布の影響を考慮する必要があり，河岸近傍に設置されたハイドロフォンで計測した場合，非衝突の影響と横断方向の流砂量の分布の影響で，最大 7 倍程度過小評価になっている可能性が考えられる。
・浮遊砂量への変換にあたっては，濁度計の粒径依存性の影響が考慮できていれば，通常の山地河川ではある程度の精度で浮遊砂量が推定されていると考えられる。
今後は，今回，十分に議論できていない問題（例えば，ハイドロフォンや濁度計の適用限界など）も含めて検討を継続し，流砂量の変換手法を明確にしていきたいと考えている。
参考文献 1) 国総研 砂防研究室（2016）：国総研資料. 第 886 号, 2) 国総研 砂防研究室（2016）：国総研資料. 第 887 号, 3) 内田ら（2015）：
砂防学会誌, 67(5), 24-29, 4) 井内ら（2016）：砂防学会誌, 69(3), 4-14,5) 井内ら（2016）：平成 28 年度 砂防学会概要集, 6) 吉村ら（2017）：
平成 29 年度 砂防学会概要集- 719 -