Pa-45
Step-Pool の存在する渓流における土砂流下過程の検討○松本悠花(新潟大学大学院自然科学研究科)
権田豊(新潟大学農学部)
宮田秀介・堤大三・長谷川祐治(京都大学防災研究所)
中谷加奈(京都大学農学部) 今泉文寿(静岡大学農学部)
1. はじめに

3. 結果・考察

現在，砂防工学の分野では，河川の総合土砂管理を

3.1 藤田式の実河川への適用性の検討

背景に Step-Pool が存在する渓流における流砂量の定式 1 に Pool の未堆砂容積，流量の実測値，粒径を代量的な把握が重要な課題となっている。Step-Pool の存入して流砂量を推定し，HSS で計測した流砂量の実測値

在する渓流における流砂量式は，藤田ら(2000)によりと比較した。なお流砂量の推定は，粒径を①HSS の各計次式(以下藤田式)のように提案されているものの，実̅̅̅̅̅̅，測時間の平均粒径𝑑𝑚𝑠，②𝑑𝑚𝑠の計測期間平均値𝑑𝑚𝑠

河川への適用性の検証が不十分という課題を抱えてい③𝑑𝑚𝑠の全計測期間の最小値𝑑𝑚𝑠𝑚𝑖𝑛の 3 通りに変えてる。

行った(図 1)。
粒径に𝑑𝑚𝑠を用いた場合，𝑑𝑚𝑠の時間的な変化に応じ

𝑞𝑠𝑜 = 2.015 × 10−6 × √(𝜎 ⁄𝜌 − 1)𝑔𝑑𝑚3×{47.207𝛼2 𝑞36.62}

122 +0.37𝑞3 )(𝜎⁄𝜌−1)𝑔𝑑𝑚(0.745𝑉𝑤(1)て推定値が変動し，実測値と大きく異なる時間帯があ̅̅̅̅̅̅や𝑑𝑚𝑠𝑚𝑖𝑛でった。しかし，全計測期間中，粒径を𝑑𝑚𝑠

ただし，𝑞𝑠𝑜:プールから流出する単位幅流砂量(m2 /s)，一定として推定値を求めた場合，流砂量の実測値で見𝜎:砂礫の密度(kg/m3)，𝜌:水の密度(kg/m3)，𝑔:重力加速られる Pool の満砂とともに流砂量が急増する時間変化

22度(m/s )，𝑑m:砂礫の平均粒径(m)，𝑞:単位幅流量(m /s)，が再現されていた。これらの結果は，2015 年 11 月 25

𝑉𝑤:プールの単位幅未堆砂容積(m2)，𝛼:係数(=0.41)で日の実験(松本ら,2016)と同様の結果であった。式 1 をある。

用いて流砂量を推定する場合には，粒径の与え方が課

そこで本研究では，京都大学防災研究所ヒル谷試験

題となるものの，流砂量と Pool の未堆砂容積との関係流域において，昨年に引き続き現地排砂実験を行い，は良好に再現されることが再確認された。これらのこ

藤田式の実河川への適用性を検討した。さらに，このとは，式 1 により Step-Pool が存在する渓流において，式を用いたシミュレーションにより Step-Pool の存在流砂が Step-Pool から Step-Pool へと伝播する過程をする渓流における土砂流下過程を検討した。

定性的には把握できることを示唆している。

2. 実験対象地及び実験方法の概要

3.2

現地排砂実験は，2016 年 7 月 3 日に京大防災研穂高Step-Pool の存在する渓流の土砂流下過程の検討

3.2.1 土砂流下過程のシミュレーション

砂防観測所ヒル谷試験流域で行った。試験堰堤及びそ現地排砂実験では土砂が 1 つ 1 つの Pool を埋めながの周辺から渓流に土砂を供給し，試験堰堤の約 40m 下ら徐々に流下していく現象が観測された。式 1 と澤田流の Pool を対象に未堆砂容積及び流砂量の計測を行っ(1985)の Pool における連続式(式 2)を用いたシミュレた。Pool の未堆砂容積は，30cm 間隔で格子状に目印をーションによりこの現象を再現可能かどうか検証した。

つけた箇所の堆砂面の高さを 10 分間隔でレベル測量し計算対象区間は，ヒル谷の暗渠出口から約 40m 下流まて算出した。流砂量は，流路横断方向の流砂量の違いでの 16 個の Step-Pool が存在する区間とし，堰堤からを考慮するために，Helley-Smith Sampler(以下 HSS)

暗渠出口までの区間は考慮しないこととした。

を流路横断方向に一定時間間隔で移動させながら計測

𝑉𝑤𝑖+1,𝑗 = 𝑉𝑤𝑖,𝑗 −した。

ただし，λ:空隙率，Δt:刻み時間，i は時間ステップ，- 476 -11−𝜆(𝑄𝑠𝑜𝑖,𝑗−1 − 𝑄𝑠𝑜𝑖,𝑗 )∆𝑡(2)j は Pool の上流側からの位置を示す添え字である。

を意味する。

計算に使用した Pool の未堆砂容積は予備調査(2015年 4 月 26 日)の際に計測した Pool 形状から算出し，粒4. おわりに径と流量は 2015 年 11 月 25 日の実験時に計測された値

本研究によって，藤田式により Step-Pool の存在すを使用した。上流端の流入土砂量は実験時の総土砂量る渓流における土砂流下過程を，定性的に評価できるを排砂時間と Pool 幅で除した値を一定値として用いた。

ことが分かった。今後は，この流砂量式を，流下過程計算の結果，土砂が 1 つ 1 つの Pool を埋めながら徐々で河道の側岸部などに堆積することにより損失する土に流下する現象は表現できることが分かった。しかし，砂の量を考慮できるように改良するとともに，渓流に現地実験の際に Pool の未堆砂容積の計測を実施した，存在する Pool の未堆砂容積の総容積を推定する手法の15 番目の Step-Pool に土砂が到達し満砂するまでの時研究をする必要があるといえる。

間は，実際には 54 分だったが，計算結果では 15 分となり，計算値が約 40 分早い結果となった。これは，計引用文献

算では，流下の過程で流砂が河道の側岸や Step-Pool

藤田ら(2000):水工学論文集,第 44 巻,1215-1220と Step-Pool の間の河道に堆積する現象を考慮してい松本ら(2016):H28 砂防学会研究発表会概要集，78-79ないことから，流砂量が過大になり，到達時間が過小澤田(1985):京都大学博士論文,149p100に評価されたものと推測される。

8:52

10-1

9:21

9:50

10:19

10:48

11:16

11:45

12:14

12:43

10-2

3.2.2 土砂流下過程に𝑉𝑤 の総量が及ぼす影響の検証

め，粒径，流量，上流端の流入土砂量は 3.2.1 と同一の条件で，16 個の Step-Pool における Pool の未堆砂容積の総容積(3.78m2)は一定のまま，1 つ 1 つの Pool の未堆砂容積のみを変えて土砂の流下過程をシミュレーションした(図 2)。具体的には，Pool の未堆砂容量を，(a)現地で計測した Pool の未堆砂容積そのまま用いたケース，(b)全 Pool の未堆砂容積が，現地で計測した
2

Pool の未堆砂容積の平均値(0.23m )であると仮定した

10-410-510-610-710-8

実測値(HSS)

10-710-82.5は，流砂の挙動が式 1 に従うならば，Step-Pool の存在する渓流に存在する複数の Pool をそれらの総容積と等しい 1 つの Pool に置き換えて計算を行っても，StepPool が土砂の流下を遅延させる効果を表現できること- 477 -(a)

510152021.510.5(b)0051015202.5流砂量(m2/s・103)での時間は変わらないという結果になった。このこと

0.52.5の場合も 16 分だった。つまり，渓流に存在する Poolの総容積が同じであれば，最下流の Pool が満砂するま10流砂量(m2/s・103)の Pool に土砂が到達し満砂するまでの時間は，いずれ21.502各ケースの土砂の流下過程を比較した結果，16 番目)

図 1 流砂量の実測値と推定値の比較

ケース，(c)未堆砂容積が大きい Pool(0.8m )を 4 個，の 3 通り変えて計算した。

)

推定値(推定値(2小さい Pool(0.04m )を 12 個存在すると仮定したケース

推定値(10-9流砂量(m2/s・103)

渓流における土砂流下過程に及ぼす影響を検証するた流砂量(m2/s)

Pool の未堆砂容積の総容積が Step-Pool の存在する

10-3

21.5
10.5(c)005

101520

時間(分)図2土砂流下過程の比較)