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給砂量の給砂量の時間的な時間的な変化が変化が流砂の流砂の伝播特性に伝播特性に与える影響
える影響
京都大学大学院工学研究科 ○久加 朋子
京都大学防災研究所 藤田 正治，竹林 洋史
Case-FB と Case-MB では，固定床と移動床水路での流砂

1. はじめに
近年，都市近郊や農村域を中心にコンクリートの伝播速度を比較するため，初期に 800g と多めの土砂を河川や河床低下による基岩露出河川などの固定床置土状に給砂投入点に与えた．
水理条件は一定流量とし，河川における土砂の再被覆を目的とした環境配慮

岸・黒木による中規模河床波が形成されない水理条件と事業が全国的に実施されている．しかし，固定床した．実験中は，下流端で流出土砂を採集し，実験終了

1）

後，河床地形の測定を行った．

上の流砂特性 については十分な知見が得られておらず，上流からの流砂が少ない固定床河川にお実 験 で 与 え た 給 砂 量 は CaseFB-1 ， CaseMB-1 ，ける河床地形および堆積土砂の粒度の予測が非常

CaseF-1 は移動床の平衡流砂量であり，CaseF-3，に難しい現状がある．実河川では供給土砂量が時

CaseF-4 は固定床の堆積限界の掃流砂量付近，およびそ間的に大きく変化し，土砂の堆積・浸食とともにれ以上に相当する．平衡流砂量は，水理条件が給砂した固定床から移動床，移動床から固定床にと，土砂砂礫の限界掃流力付近であったことから，実験水路に砂は時空間的に変化しながら伝播している．本研究

礫を流して妥当な値を設定した．堆積限界掃流砂量は，では，固定床河川における土砂供給量と流砂の伝限界摩擦速度を椿の研究成果 2）よりを与え，芦田・道上播特性との関係に関する基礎情報を得ることを目式 2）を用いて値を計算した．
通過質量百分率(%)

的とし，一定流量の給水条件で異なるタイミングで土砂を供給した場における土砂の伝播特性の違いを水理実験で検討した．
2. 実験方法

100806040200

珪砂5号
均一砂0.0

実験水路は全長 21m，幅 0.5m，勾配 0.0012 の0.1

1.010.0

粒径(mm)

長方形断面水路を用い，平均粒径 0.53 mm の珪

図-1 実験砂の粒径加積曲線

砂 5 号（図-1）を張り付けたベニヤ板を水路底に表-1 実験の水理条件敷いて固定床とした．水路下流端には水深を等流
河床勾配
流量（L /ｓ）
水深 H0 (cm)粗度係数 n水深に調節するためのゲートおよび土砂を捕捉するための採砂箱を設置し，下流端から 5.2m 上流地点には給砂投入点を設定した．給砂材料は全て

実験条件
0.0012 BI0.2/H0
15.24 τ*7.3 U*
0.012 一様砂dm (mm)1.780.040
0.026
1.08

表-2 実験条件の実験を通して平均粒径 1.08mm の一様砂とし，移動床実験のみ河床砂として珪砂 5 号を敷き詰めCASEた（図-1）
．

F-1
F-2
F-3F-4FB
MB

実験の水理条件を表-1 に，実験条件を表-2 に示す．図中の実験ケースのうち F および FB は固定床実験を，MB は移動床実験を示す．CaseF-1～F-4

初期給砂量
給砂終了
回数給砂量(g) /回 (g）
時間 (min.)
4060
3008030
15020012602400
10800
404020800
406030

実験時間(min.)
1,5,10,20,30,80
1,5,10,20,30,80
1,5,10,20,30,80
1,5,10,20,30,80
1,5,10,20
1,5,10,20,30

では，固定床河川に与える給砂量の違いによる土砂の伝播速度の違いを確認するため，土砂の総給

3. 固定床と固定床と移動床水路との移動床水路との流砂との流砂の流砂の伝播速度の伝播速度の違い

砂量を 2400g に統一し，少量ずつ時間をかけて土固定床水路と移動床水路における水路下流端での単位砂を給砂する CaseF-1 から土砂を一度に置土状に時間あたりの流砂量を図-3 に示す．移動床実験では，河与える CaseF-4 まで給砂方法を変化させた．また，床に 1mm 未満の桂砂 5 号を敷いているため，ここでは- 370 -縦渦による影響である可能性が考えられる．

1mm 以上の土砂に着目している．図-3 より，移動床水路（Case-MB）では 30 分経過後においても置5. おわりに土状に給砂された土砂が全く下流端から流出してこないが，固定床水路（Case-FB）ではわずか 1

固定床上を流れる流砂は，単時間あたりの供給砂量に分後から流出し始め，8 分後には，継続的に与え応じて伝播速度を変化させ，その境界が土砂の堆積限界続けた平衡流砂量 40g よりも多量の土砂が下流端掃流砂量付近に存在することが明らかとなった．固定床から流出し始めた．つまり，固定床上に置土状に河川で河川整備を行う場合，移動床河川に比べて給砂の土砂を与えたとしても，移動床河川に比べると活質と量の時間的な変化が，下流域の地形や河床材料の粒発に土砂が下流へと輸送されるようである．これ度への影響として早く現れる点に注意が必要である．

は，移動床水路では給砂された土砂が河床材料と60下流端での流砂量(g/s）

混合しながらゆっくり下流に伝播するが，固定床水路では給砂された土砂が河床材料と混合することなく伝播するため，流砂の伝播速度が非常に速くなると考えられる．

CaseFB
CaseMB

504030201004. 固定床水路の固定床水路の流砂の流砂の伝播速度0510

総給砂量を統一した上で，給砂量を時間的に変1520TIME(min.)2530

図-3 固定床と移動床での土砂の伝播速度の比較化させた場合における水路下流端への流出土砂量の違いを図-4 に示す．図-4 より，堆積限界掃流砂
下流端流出土砂量 / 給砂量

100%

量より少ない土砂を与えた CaseF-1 と CaseF-2 では，どちらも土砂が短時間で下流端まで到達し，伝播速度も大きく異ならなかった．一方，CaseF-3および CaseF-4 では，一度に多くの土砂を与えたにも関わらず，下流端からの初期の流出量が少ないという結果が得られた．つまり，一度にたくさ80%
F-1F-2F-3F-460%
40%20%0%01020

んの土砂を与えられた固定床水路ほど，土砂が下304050
TIME (min.)607080流に輸送されにくいようである．これは，少しず

図-4 給砂量に対応した砂礫の伝播速度の比較

つ流砂を供給した場合は流砂が流れに与える影響
横断方向(m)0.5

流下方向が小さく，ほぼ等流状態の流れ場の流体力を受けて土砂が下流に流下されること，および本条件で0は固定床河床と砂礫との内部摩擦角が砂礫と砂礫0.5との内部摩擦角より小さいため，流砂の伝播速度0が速くなるものと考えられる．一方，多くの土砂0.5が河床上に堆積している場合，堆積した土砂の下流側に流れの剥離域が形成され，土砂が剥離域に3.0取り込まれながら下流に伝播するため，流砂の下4.005.0
下流端からの距離(m)

河床位(mm)

図-5 固定床と移動床での土砂の伝播速度の比較

流への伝播が遅くなるものと考えられる．
ただし，
図-5 に示すとおり，移動床水路（Case-MB）と異5. 参考文献

なり，固定床上に形成された地形は，上流側から

1）江頭進治・吉栖雅人・伊藤隆郭：固定床開水路における砂礫の輸送形態と輸送能力，水工学論文集 35，pp.441-446，1996
2）芦田和男・道上正規:移動床流れの抵抗と掃流砂量に関する基礎的研究，土木学会論文報告集，208，pp.59-63, 1972の浸食により比較的短時間で分裂を繰り返しながら崩壊した．これは，固定床河川に特徴的な強い- 371 -