NUMERICAL INVESTIGATION OF THE IMPACT OF RIVERBED SUBSICENDE DUE TO THE 2011 OFF THE PACIFIC COAST OF TOHOKU EARTHQUAKE

NUMERICAL INVESTIGATION OF THE IMPACT OF RIVERBED SUBSICENDE DUE TO THE 2011 OFF THE PACIFIC COAST OF TOHOKU EARTHQUAKE

ON ESTURAY CIRCULATION IN THE KITAKAMI RIVER

Takashi NAKAMURA, Takashi KIKUCHI and Tadaharu ISHIKAWA

The 2011 off the pacific coast of Tohoku Earthquake caused the subsidence of the riverbed in the Kitakami River estuary and it was observed the subsidence reached up to several tens cm. In this paper, by conducting three- dimensional simulations of estuary flow in the Kitakami River estuary, the impact of the riverbed subsidence on the estuary circulation is investigated. After the validation of the numerical model using the field measurement data observed before the earthquake, the numerical simulation of the flow with the subsiding riverbed was conducted. As a result of comparison, it is found that the estuary circulation tends to be enhanced due to the subsidence, and the residence time of the saline water tends to be shorter.

Key Words : Kitakami River Estuary, Estuary Circulation, the Tohoku Earthquake, subsidence of riverbed, three-dimensional numerical flow simulation

2011 3 11

-

cm m

1m

1)

(DO)

DO DO

2)

DO DO

3),4)

249km 10,150km²

17.2KP( KP km )

( )

3m³/s

(2009 )

14KP 16KP T.P. -8m

1 1

2006

5) 8 9

10 16KP 1km

2006 6 2007 3 15KP

Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP)

5 25cm

, 30psu

3 2006 8 8

31

ADCP 2.66m

(u>0) (u<0)

3),4)

u_r(z)=1

T

∫

u(t,z)dt

T u_r

0 200 400 600

-8 -6 -4 -2 0 2 4

(m)

(T.P.m)

N km

(17.2KP) 5KP

10KP 15KP

2009

(km) 5 0

10 15

-10 -5 0

(T.P.m)

-5

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 (psu)

16 14 KP 12 10

(m)

2006 8 17

(1) ur

2006 8 8 31

( ) I_r

I_r= u_r dz

u_r<0

∫

100m³/s

0 100 200 -0.5

0 0.5

-0.1 0 0.1

m 3/s

T.P.m

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

um/s 2.66m

8

2006 8 15KP ADCP

-0.1 0 0.1

0 2 4 6

-0.1 0 0.1 -0.1 0 0.1 -0.1 0 0.1 -0.1 0 0.1 -0.1 0 0.1

m

urm/s

15KP .

Ir=5.78(cm²/s)

Ir=18.5(cm²/s) Ir=234(cm²/s) Ir=252(cm²/s) Ir=8.07(cm²/s) Ir=6.73(cm²/s)

0KP

5KP 10KP

15KP

(T.P.m) -4 -3 -2 -1 0 1 2 -6 -5

-7 -8 -10

(2009 )

CIP-Soroban

k-

2006 8 8 0:00 31 24:00

200m 2009

7km x

200m y 25m

200m

7),8) 20cm

34psu

0psu

100m³/sec

3m³/sec

10KP 16KP

34psu 0m/s

8 20 150m³/s 8 21

14KP cm

15KP

,

-7 -6.5 -6 -5.5 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0

0 5 10 15 20 25 30 35

Depth[m]

Salnity[psu]

-7 -6.5 -6 -5.5 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0

0 5 10 15 20 25 30 35

Depth[m]

Salnity[psu]

-7 -6.5 -6 -5.5 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0

0 5 10 15 20 25 30 35

Depth[m]

Salnity[psu]

-7 -6.5 -6 -5.5 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0

0 5 10 15 20 25 30 35

Depth[m]

Salnity[psu]

m

0 1 2 3 4 5 6

0 10 20 30

(psu) 0 10 20 30 0 10 20 30 0 10 20 30

16KP 14KP 12KP 10KP

2006 8 1

( ) 2006 8

(psu)

0 10 20 30

8/16 19:00 8/16 19:00

8/19 17:00 8/19 17:00

8/21 0:00 8/21 0:00

8/23 3:00 8/23 3:00

KP ^{5 0}

10

KP 5 0 15

15 10

Z(T.P.m)

-8 -4 0

Z(T.P.m)

-8 -4 0

Z(T.P.m)

-8 -4 0

Z(T.P.m)

-8 -4 0

2011 200m

2m

1m

2011

5psu

(5KP) (10KP) (15KP)

15KP 10KP 2

(2)

I_r I_r

2 3.5

2.7 1.4

15KP 10KP 5KP

0 2 4 (m) 6

0

-0.5 0.5 1

ur(m/s) -0.5 0 0.5 1 -0.5 0 0.5 1

15KP 10KP 5KP

0 2 4 6

0

-0.5 0.5 1

ur(m/s) -0.5 0 0.5 1 -0.5 0 0.5 1

15KP 10KP 5KP

0 2 4 6

0

-0.5 0.5 1

ur(m/s) -0.5 0 0.5 1 -0.5 0 0.5 1

15KP 10KP 5KP

0 2 4 (m) 6

0

-0.5 0.5 1

ur(m/s) -0.5 0 0.5 1 -0.5 0 0.5 1

15KP 10KP 5KP

0 2 4 (m) 6

0

-0.5 0.5 1

ur(m/s) -0.5 0 0.5 1 -0.5 0 0.5 1

15KP 10KP 5KP

0 2 4 6

0

-0.5 0.5 1

ur(m/s)

0

-0.5 0.5 1 -0.5 0 0.5 1

(5KP) (10KP) (15KP)

(m) 0KP

10KP 5KP 15KP

(2009 )

-3 -2.5 -2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1

表 1エスチュアリー循環による上流への輸送フラックス

L

の地震前後での比較．

15KP（上流） lOKP（中流） 5KP（下両 地（c震mL前／s{' 地（c震m後L/s{r 地震後

地（c震m前Lis{' 地（c震mヴ街s)r 地震後

地

（c震mヴ前s{' （地c震mL後／s{' 地震後

÷地震前 ÷地震前 ÷地震前

中潮① 200  219  1.10  351  396  1.13  lラ196 849  0.71 

ノj、棚 _{294  279  0.95  370  477  1.29  882  728  0.83}  中潮② 136  300  2.21  94  335  3.56  405  512  1.26  大潮 165  432  2.62  149  540  3.62  957  848  0.89  中潮③ 230  182  0.79  330  605  1.83  1,314  lラ054 0.80  全期間 1.39  ｜｜  2.67   ｜｜ 0.84 

ハH U Z

︑ ぜ

︵自

色己

N

ハリ

ζ J

︵自

色己

N

15  10  KP  5  図 12大潮（8/233:00）時の滞留日数湾筋断面分布

口から侵入した水塊を追跡する計算を行い，震災前後で の滞留日数分布を求めた．図−

1 2

に大潮での滞留日数の

i

零筋断面での分布を示す．また，図−

1 3

にSKP, lOKP

及 び

15KPにおける樗筋河床上lmで、の滞留日数の時系列に ついて，地震前後での比較を示す．エスチュアリー循環 強度の増加が見られなかったSKP付近の下流域では明確 な差異が見られない一方，循環強度の増加が見られた中 流(lOKP付近）と上流(15KP付近）では，地震前後で大潮期

を中心に約

l

日程度の滞留日数の短縮が確認される．

4 まとめ

2006

年

8月について東北地震前後での河床地形を用い た数値解析を実行し，エスチュアリー循環に関わる比較 を行った．結果， 1）エスチュアリー循環の強度は地盤沈 下により増加し， 2）その増加は中流域と上流域で大きく，

出水時期に顕著であること， 3）遡上塩水層の塩分濃度と 層厚が増加し，塩水層の滞留日数は上流・中流域でl日 程度短縮されることなどが確認された．以上を総括すれ ば，地盤沈下により北上川汽水域で、はエスチュアリー循 環が強くなっている可能性が高く，滞留日数の短縮が見 られたことから，地震前に比べ若干貧酸素化が抑制され る傾向にあることが示唆された．

謝辞：本研究を実施するにあたり，河床標高横断測量結 果と各種観測結果など貴重なデータを国土交通省東北地 方整備局北上）｜｜下流河）｜｜事務所からご提供し、ただし叱．

地震前 一 一 15KP ‑ lOKP  一一一5KP 地震後ー・ー・ 15KP ‑・‑・・  lOKP  −−ー・ 5KP 4

2 0 8  

訴巴闘史

6 

。

⁴ ₂ 

0  8/10  8/15  8/20  8/25  8/  図−13湾筋河床上lmの滞留日数の時系列．実線が地震

前，一点鎖線が地震後の地形の結果を表す

ここに記して深く感謝を申し上げます．

参考文献

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繭 樹 盆

k

流動開庁，水工学 論文集，第56巻， pp.1555‑1560,2012 

(2013. 4.  4受付）