移動床水路側岸部に樹木群を設置した場合の河床変動
九州大学 正会員 高畑洋 九州大学 正会員 橋本晴行 長崎県 正会員 山村謙二 九州大学 学生会員 椎木武史 九州大学 正会員 池松伸也
1. 目的
山麓や 渓流沿いに存在 する樹木群は、 様々な防災的機 能を持つものと して古くから利 用されてきた。 加えて近 年では、 豊かな自然環境 を創造するもの として注目され ている。従来よ り、樹木群が一 様に河道内に存 在する場 合の流砂量 や樹木群の抗力係 数について研究1),2)が行われて きた。本研究は、 これらの成果をもと に、様々な存在 形態を有 する樹木群の影 響を検討するた め、移動床水路 内に樹木群模型 を側岸部に設置 し、樹木群内と その周辺 の河床変動を調べる実験を行ったものである。
2. 実験方法
実験 は、図-1に示 すような全 長1200 cm， 幅30cmの両側 アク リルライト製可変勾配水路を、水路床勾配θ=3.027゜に設定し、
下流端か ら1140cmまで敷厚 10cmの移動床とした 。河床材料は 粒径d=0.84mm，比重2.62の硅砂である。下流端から500cmのと ころか ら下流側 にむかって 長さLの区間の右 岸側に、直 径Dの ステ ンレス 丸棒を 千鳥状 に配置 して 造った 樹木群 模型を 設置 した。 樹木群模 型の諸元 を表-1に示 す。λは 密度を、 aは密生 度をそれぞれ表す。樹木群模型の 設置は、表-2に示すような４ つのCaseで行った。単位幅当たりqw0≒200cm2/secで給水し、左 右両 岸側方 からビ デオカ メラを 用い て流れ の状況 を撮影 して 河床高Z，水位Hを測定した。また、1つのCaseごとに同一条件 下で 実験を 2〜3 回繰り 返して おこな い、そ れぞれ 所定の 時間 に給水を停止し、ポイントゲージを用いて河床高を測定した。
3. 実験結果と考察
図-2は、樹木群内およびその周辺の河床高の等高線を表す。
図-3にCase1およ び3にお ける水位 H，河床高Zの30秒ご との左 岸側 、右岸 側それ ぞれの 時間変 化を 示す。 座標軸 は、初 期河 床に沿っ て上流から下流 の方向にx軸 をとり樹木群上 流端を原 点と し、右 岸か ら左岸 の方向 にy 軸、初 期河床 に垂 直にz軸と した。また、時刻tについては、流れの先端がx =0に到達した時 刻をt=0とした。
樹 木群を 設置し た右岸 側では 、樹 木群内 上流端 付近で 堆砂 が生 じ、樹 木群の すぐ下 流側で 洗掘 が生じ た。樹 木群を 設置 して いない 左岸側 でも、 樹木群 上流 端付近 で右岸 側と同 程度 の堆砂が生じた。また、樹木群のすぐ下流側では、右岸側よ
りも深い洗掘が生じ た。また、密生度aが大きくなると堆砂高および洗掘深が 大きくなった。図は省略するが、樹 木群長さLが短いと堆砂高および洗掘深が小さくなった。樹木群幅が小さくなると堆砂高や洗掘深は小さくなった。
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キーワード：樹木群，河床変動，局所的配置
連絡先：〒812-8581 九州大学大学院工学研究科都市環境システム工学専攻（水工） Tel. 092-642-3290
B cm 30cm
L cm 1140cm 1200cm
500cm qw0≒200cm2/sec 樹木群
図-1 実験水路 表-1 樹木群模型の諸元
-2
-1 0 -1
1 2
0 5 10 15 20 25 30
-100 -50 0 50 100 150 200 250 300 y(cm)
x(cm) 樹木群
図-2 河床高の等高線（Case1, t=60sec) D(mm)
λ a(1/cm)
F G
type
5.0 2.0
11×10-3 6.98×10-3 0.028 0.044
樹木群 L(cm) B(cm)
Case1 Case2 Case3 Case4
F F G G
200 100 100 100
13.5 13.5 14.25 8.25 表-2 樹木群模型の設置条件
土木学会第55回年次学術講演会（平成12年9月） Ⅱ-304
-4 -2 0 2 4 6 8
-100 -50 0 5 0 100 150 200 250 300 H(cm),Z(cm)
x(cm)
樹木群 D=5mm
λ=11×10-3 a=0.028(1/cm)
-4 -2 0 2 4 6 8
-100 -50 0 5 0 100 150 200 250 300 H(cm),Z(cm)
x(cm)
樹木群 D=5mm
λ=11×10-3 a=0.028(1/cm)
河床 水位
(a) Case1（樹木群TypeF, L=2m），左岸 (b) Case1（樹木群TypeF, L=2m），右岸
-4 -2 0 2 4 6 8
-100 -50 0 5 0 100 150 200 250 300 H(cm),Z(cm)
x(cm) 樹木群
D=2mm λ=6.98×10-3 a=0.044(1/cm)
-4 -2 0 2 4 6 8
-100 -50 0 5 0 100 150 200 250 300 H(cm),Z(cm)
x(cm) 樹木群
D=2mm λ=6.98×10-3 a=0.044(1/cm)
(c) Case3（樹木群TypeG, L=2m），左岸 (d) Case3（樹木群TypeG, L=2m），右岸 Z(cm),t=30(sec)
Z(cm),t=60(sec)
Z(cm),t=90(sec) H(cm),t=30(sec)
H(cm),t=60(sec) H(cm),t=90(sec) 図-3 水位H，河床高Zの時間変化
-4 -2 0 2 4
-100 -50 0 5 0 100 150 200 250 300 t=10(sec),左岸 t=20(sec),左岸 t=30(sec),左岸 Z(cm)
x(cm) 樹木群
-4 -2 0 2 4
-100 -50 0 5 0 100 150 200 250 300 t=10(sec),右岸 t=20(sec),右岸 t=30(sec),右岸 Z(cm)
x(cm) 樹木群
(a) 左岸 (b) 右岸
図-4 堆砂過程の初期段階における河床高Zの右岸と左岸の比較（Case1）
図-4は、Case1における 堆砂過程の初期段 階においての河床 高の時間変動である 。時刻t=10(sec)における堆砂 の 状況より、左岸では右岸よりも下流側で堆砂しはじめたのがわかる。その後左岸では堆砂が急速に上流に伝搬し、
t=30(sec)では左岸の堆砂ピーク位置は右岸のそれとほぼ同じ位置にきたことがわかる。
樹木群 を設置していな い左岸側でも堆 砂が発生したの は、右岸側の流 速の遅い樹木群 内流体と左岸側 の流速の 大きい流 体との間に働く せん断力によっ て流れの掃流力 が減少したため と考えられる。 樹木群のすぐ下 流側の左 岸側で右 岸側より深い洗 掘が生じたのは 、左岸側は流速 が大きく流れが 集中したこと、 堆砂によって流 砂量が減 少したことにより掃流力が増大したことなどが考えられる。
4. 結論
移動床 水路内に樹木群 を局所的に設置 した場合の河床 変動を調べた。 樹木群を設置し ていない左岸側 において も樹木群 区間には堆砂が 生じ、その下流 側では流れが集 中するため、洗 掘深が大きくな った。また、樹 木群密度 λが小 さくても、密 生度aが大きいと堆 砂高、洗掘 深は大きくな っており、 aの変化が河床変動 に与える影 響が大 きいことがわかった。
参考文献
1) 平野・橋本・玉松・Park・火箱：水工学論文集第43巻，1999．
2) 椎木・橋本・高畑・池松・山村：第55回土木学会年次学術講演会講演概要集，2000（投稿中）．
土木学会第55回年次学術講演会（平成12年9月） Ⅱ-304
