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令和４年度砂防学会研究発表会概要集
常願寺川本川での流砂観測における現状と新たな課題
北陸地方整備局 立山砂防事務所 野呂 智之(現 (一財)砂防･地すべり技術ｾﾝﾀｰ),長谷川真英,川合康之
日本工営(株) ○長山孝彦,古谷智彦,林聖也,伊藤 隆郭
京都大学名誉教授 水山 高久
京都大学大学院防災研究所 藤田 正治,宮田秀介
立命館大学 里深好文

1.緒論: 立山砂防事務所では，河川に縦断的に流水・流砂計測機器一式を設置，流砂観測のﾃﾞｰﾀをﾘｱﾙﾀｲﾑに砂防事務所に集めて集中管理すると共に，山地河川における流水と流砂の不連続性，豪雨等に起因した災害発生の予警報ｼｽﾃﾑへの応用を行ってきた。一方で流域内の妙寿砂防堰堤に設置された可動式ｼｬｯﾀｰの将来的な運用を見据えた，流砂観測ﾃﾞｰﾀ取得も担っている 1)。
流砂観測開始後およそ 20 年が経過し，流砂観測の成果と課題が明らかになりつつある。現時点での成果と課題について報告する。
2.観測設備の配置と構成
2.1．観測設備の配置:観測設備の配置は，そ
図-1 常願寺川における流砂観測箇所と目的れぞれの目的を設定し配置した（図-1）。常願寺川流域は，上流より真川と湯川が合流，千寿ヶ原で称名川と合流する。流域単位の土砂動態を捉えることを目的とし，これら合流部と砂防領域下流端に機器を配置した。また，妙寿ｼｬｯﾀｰ砂防堰堤の土砂捕捉・流出調整効果を捉える位置付けで，妙寿堰堤の前後（七郎堰堤・妙寿堰堤・空谷堰堤）を観測点として位置付けている。
2.2．観測設備の構成:観測設備の構成は，掃流砂・細粒成分（浮遊砂），水理条件を捉える計測機器で構成されている(図-2)。掃流砂観測は，ﾊﾟﾙｽ式ﾊｲﾄﾞﾛﾌｫﾝを基本とし，津之浦下流堰堤にはｷｬﾘﾌﾞﾚｰｼｮﾝを行うことを目的とした観測枡が設置されている。ただし，ﾊｲﾄﾞﾛﾌｫﾝの形式
図-2 流砂観測設備の基本構成
については，掃流砂移動により破壊されやすい場所についてはﾛﾊﾞｽﾄﾀｲﾌﾟとして肉厚ﾊﾟｲﾌﾟ型(立山ﾓﾃﾞﾙとして肉厚 10.2mm の特殊版)・ﾌﾟﾚｰﾄ型を配置し，壊れにくい場所(主に下流側)では通常ﾀｲﾌﾟ(肉厚 3mm のﾊﾟｲﾌﾟ)を設置している。細粒成分については，濁度計を設置した。水理条件の把握には，流速計(底面ﾀｲﾌﾟもしくは超音波式）を設置した。底面流速計は掃流砂量を推定する場合に底面流速との親和性が高いことが採用理由だが，数年にわたる計測より，石礫の衝突で故障することが多かったことから，ｱﾀｯﾁﾒﾝﾄ交換式で設置する等の工夫を行っている。水位計については，水圧式を用いている。
3.観測より得られた成果:継続した流砂観測を行った結果，土砂移動特性（土砂移動ﾎﾟﾃﾝｼｬﾙや伝搬性等），土砂流出ｲﾍﾞﾝﾄの有無，粒径別流砂量，等が把握可能なことが示された。また一方で流砂計測の限界，浮遊砂計測の困難さといった課題も詳らかになった。
3.1．土砂移動特性:流量と流砂量の計測結果と掃流砂量式で算出される理論値を比較することで 2)，現状の土砂移動ﾎﾟﾃﾝｼｬﾙを示すことが出来る。掃流砂の場合は理論値で算出される流砂量に対して観測値が乖離していれば，通常時(計測時)の土砂移動ﾎﾟﾃﾝｼｬﾙが低く，比較的安定した流砂環境であることが示唆される（図3）。一方で細粒成分の場合は，これまで他流域で計測されている流量と浮遊砂成分の関連性とを比較することで 2)，常願寺川は細かい土砂が卓越している河川であることが確認された(図-4）。流域を通した観測結果を、時系列で横並びに比較することで，ﾋﾟｰｸ流量・流砂量計測値の発現時のずれの読み取りができ，土砂移動の伝搬性が把握可能となった。それぞれの観測地点（砂防堰堤）間の距離から試算すると大凡 200m/minで土砂移動が下流へ伝播している事が示唆された。
3.2．土砂流出イベントの有無:出水時の水位と観測値(ﾊｲﾄﾞﾛﾌｫﾝﾊﾟﾙｽ数や濁度)の関係を時系列順に結んだﾋｽﾃﾘｼｽﾙｰﾌﾟとして整理，動きをﾊﾟﾀｰﾝ化し評価することで，流域の特定箇所または全域で土砂動態に異常性がないか確認でき，土砂移動監視の一手法となる。常願寺川においては，細粒土砂の移動が活発な傾向にもあることから，出水時には掃流砂より
図-3 掃流砂量と流量の関係－ 301 －

図-4 細粒成分と流量の関係

通過百分率(％)

も細粒土砂の流下が早く始まることが確認された。一方掃流砂は，近年左回りのﾙｰﾌﾟが現れている。ある観測点の掃流砂ﾋｽﾃﾘｼｽﾙｰﾌﾟを図-5 に示すが，ﾋﾟｰｸ後に流砂量が流量に対して流砂量が大きな状態が続いていることから上流で土砂移動が活発化するｲﾍﾞﾝﾄ(河床内工事を含む)があったことが示唆された。
3.3．粒径別流砂量:掃流砂観測結果より，土砂の粒径・粒度分布が算出可能となった。算出方法は，直接観測枡に堆積した土砂の粒度分布を用いる方法と，ﾊｲﾄﾞﾛﾌｫﾝの音響波形ﾃﾞｰﾀ・底面流速計などの流速計測ﾃﾞｰﾀを用いて推定する方法がある。2021 年出水で計測したﾃﾞｰﾀを用いた比較では，音響波形ﾃﾞｰﾀより推定する手法でも，流速の与え方（流速計利用もしくは理論式の利用）で観測枡実測値の 0.5～10 倍の精度までの予察が可能となっている（図-6）。動的観測である
図-5 掃流砂量でのﾋｽﾃﾘｼｽﾙｰﾌﾟ
掃流砂計測では，一出水中の流砂粒径の経時変化を100示すことが出来る。これでは，出水前半には細粒成ﾊｲﾄﾞﾛﾌｫﾝからの算定値
90(流速:芦田･道上式より)80分の土砂流出が計測され，その後遅れて粗粒成分がﾊｲﾄﾞﾛﾌｫﾝからの算定値
70(流速:底面流速計より)60流下していることが把握されている（図-7）。
観測桝による直接採取
503.4．流砂計測の限界:掃流砂観測(音響法)は，通常4030時の流砂計測を行う計測適地の選定と，流況に応じ2010たﾛﾊﾞｽﾄﾀｲﾌﾟの計測機器の配置などで，安定した計0測が出来るようになってきた。しかし流砂量の増大
0.010.1110100
1000
粒径(mm)や，粒径が粗粒化した際には，計測値が飽和し限界があることが分かっている（図-8 左）。ﾛﾊﾞｽﾄﾀｲﾌﾟで
図-6 粒径別流砂量の算定結果は計測感度が鈍くなるため，この計測限界値が高くなることが観測を通して示されたが，代わりに小流径のものが検知され難くなった（図-8 右）。
3.5．浮遊砂観測手法の必要性:一定規模の出水までは浮遊砂はほぼ細粒分で構成され，濁度計での観測値で代用できている。しかし急流河川では大粒径でも浮遊して流下・衝突した痕跡が観察された(図-9）。
山地急流河川では，掃流砂/浮遊砂とも幅広い粒径を持ち，分離することが難しくなる事が示唆された。
4.結論:常願寺川においては，縦断的な流砂観測ｼｽﾃﾑを用いた観測を進め，通常時からある程度の出水規
図-7 粒径別流砂量の時間的変化模までの持続的な流砂量計測
プレート型ハイドロフォン 増幅率1024倍0.0025を行う体制が構築された。こﾊﾟﾙｽの上限:4500
ﾊﾟﾙｽの上限:3500
れにより，流砂に関する土砂0.0020
移動特性（ﾎﾟﾃﾝｼｬﾙや伝搬性），土砂移動の監視検知，流砂量0.0015の推定については対応可能で0.0010有り，情報を蓄積できる事が示された。
0.0005
一方で，掃流砂観測における音響法の限界も見えつつあ
0.0000
01000
2000
3000
40005000
6000
7000
る。ただし，この課題に対してパルス数（回/５分）
は荷重等との組み合わせで対
図-8 ﾊﾟﾙｽ式ﾊｲﾄﾞﾛﾌｫﾝでの計測上限（左:通常ﾀｲﾌﾟ 右ﾛﾊﾞｽﾄﾀｲﾌﾟ(ﾌﾟﾚｰﾄ型) ）応を行うこと（例えば：通過重量で流砂量を観測する試み（掃流砂量計：特許番号:6084896）で 3），より多様な流砂に対応できる可能性があることや，流砂観測自体にどの規模の出水(流砂量)までを観測対象とするか目的を設定することで，対応できることがある。さらに，流砂は水中で一様には流下せず，空間的に濃度差が生じることから，観測地点での情報を川幅に凹み引延ばした場合には 1～2 桁のずれが生じる可能性が残されている。このような精度上の限界もあるため，観測に対しての限界を把握して計測を進めることが望まれる。
さらに，急流河川では流砂の浮遊砂成分が大径となることから，計測すること，さら図-9 ｽﾘｯﾄ中段付近に掃流砂と分離することが難しい。この解決策については，常願寺川ではﾊｲﾄﾞﾛﾌｫﾝをの計測が浮遊砂に縦型に並べ，浮遊成分の観測が可能であるか試行計測を行っている。これらの観測成より凹んだ例
果を活用し，土砂移動の実態解明と検知監視の両面を進めていく予定である。
参考文献: 1) 三上幸三ら：砂防学会誌, Vol.66, No.5, p.42-48, 2013. 2) 川合康之ら：平成 28 年度砂防学会研究発表会概要集, (B),p.40-41,2016. 3) 後藤健ら：平成 26 年度砂防学会研究発表会概要集(B),p.66-67,2014.
シルト

細砂

中砂

0.25

0.075

細礫

粗砂

0.85

2

粗礫

中礫

4.75

19

巨石

粗石75300

2016年 出水2017年 出水2018年 出水

単位幅流砂量（m3 /s/m)

2019年出水－ 302 －

2020年出水

2021/4/29 出水
2021/8/10 出水

上限包絡線(+50%)

キャリブレーション式
下限包絡線(-50%)