三春ダム直下流における置土侵食の現地観測
（独）土木研究所 正会員○櫻井 寿之
（独）水資源機構 正会員 星野 公秀
（独）土木研究所 正会員 福島 雅紀
（独）土木研究所 正会員 箱石 憲昭
１．はじめに
近年，ダム下流の河川環境保全やダムの堆砂対策の観 点から既設ダムにおいて，ダム下流河道に貯水池内の堆 積土砂を供給する試み（以下「置土」と称す）がなされ ている．置土はダム下流の河川管理者や利害関係者との 調整がつけば，比較的安価で順応的に実施可能な土砂供 給手法である．
土木研究所では，土砂の侵食・流送挙動を体系的に把 握するとともに適正な置土量や置土形状等を計画する手 法の検討を行ってきている 1)．本稿では，上述の検討の 一環として，実際の侵食現象の把握及び侵食予測法の検 証データを得ることを目的に三春ダム直下流における置 土侵食の現地観測を実施した結果を報告する．
２．観測対象
観測対象としたのは福島県の１級河川阿武隈川の支川 大滝根川に平成 9 年に竣工した三春ダムの下流域である．
三春ダムでは付着藻類の更新やよどみの解消等の下流環 境改善の目的でリフレッシュ放流（最大で 20m3/s 程度の 放流量）を行っており，この際に置土による下流への土 砂還元を試験的に実施している．観測を行ったのは 2007 年 10 月 9 日に実施されたリフレッシュ放流であり，設置 された土砂量は約 900m3である．
３．観測項目
観測項目は放流量，貯水位，置土上流・中央・下流の 水位，表面流速，置土の侵食形状，フラッシュ放流後の 横断地形，置土に用いた土砂の粒度分布である．図-１に 現地の平面図と観測地点を示す．放流量と貯水位はダム 管理所の観測データを入手した．水位については，図- １に示す置土上流両岸に各１点，中央左岸１点，下流両 岸各１点に保護管の中にメモリを搭載した水圧式水位計 を設置して計測した．表面流速については，上流から浮 子を投入してその移動速度を計測した．置土の侵食形状 については，置土表面に 2m×2m の格子を白線で引き，観 測位置からのスケッチで水際線を把握した．また，発泡 スチロール製の浮子を置土内に埋めて，侵食により浮上 する時刻から鉛直方向の侵食状況の把握を試みたが，侵 食があまり進まなかったことと流れの乱れでうまく確認 できなかった．その他に上下流の SS 濃度や侵食後の河床 の状況及び横断測量を実施したが本稿では紙面の都合か ら割愛する．
４．観測結果
置土の粒度分布を図-2 に示す．試料は先端部１点，中
央部３点，末端部１点において，リフレッシュ放流の前 日に採取した．この結果から，若干ばらつきはあるもの の 50%粒径が 0.5mm 程度，0.1mm 以上の粒径が 90%程度を 占めており，細砂から礫で構成される土砂であった．間 隙率は 0.20～0.41 までのばらつきが認められるが平均 的には 0.27 であった．
図-3 に各項目の計測結果と侵食量の時系列を示す．リ フレッシュ放流は 9:30 から流量の増加を開始し，概ね 11:30～15:00 までの 3.5 時間の間 20m3/s の一定放流をし た後，流量を減少させる操作が行われた．観測は 9:30～
15:30 の 6 時間で行った．
河道の勾配はおよそ 1/2000 程度でかなり小さいが開 始時の水位をみると，置土の下流と置土上流及び中央で は 0.5m 程度の大きな水位差がみられ，置土により堰上げ が生じている．流量の増加とともに水位は上昇し，20m3/s に達してからの平均値では，上流で EL.273.28m，中央で EL.273.05m，下流部で EL.272.33m となり，上流と中央で 0.23m，上流と下流では 0.85m の水位差が生じている．
表面流速をみると，流量の増加に伴って増加がみられ，
流量が 20m3/s に達してからの平均値は，置土上流で 0.69m/s，置土中央で 2.78m/s であった．このときの平均 的な河床高から求めた水深は，上流で 1.78m，中央で 1.75m であり，この値と表層流速から得られるフルード
キーワード 置土，現地観測，ダム堆砂，リフレッシュ放流，先端侵食，側方侵食
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：水位管設置位置
：流況観測位置
：表面流速計測範囲 置土敷設範囲（L=60m）
：置土材料調査位置 流向
←上流約250mにダム
図-1 観測領域平面図及び観測地点
0 50 100
0.01 0.1 1 10 100
粒 径 (mm)
通過重量百分率(％)
置土先端部 置土中央部(中央) 置土中央部(左岸側) 置土中央部(右岸側) 置土末端部 平 均
図-2 置土材料の粒度分布
2-126 土木学会第63回年次学術講演会(平成20年9月)
-251-
数はそれぞれ上流で 0.17，中央で 0.67 となり常流の流 れとなっている．
図-4 に侵食状況の写真を，図-5 に置土侵食平面形状を 示す．流量の増加に伴い 11:30 頃から上流端への越水が 始まり，徐々に冠水領域が下流へ広がっていったが，越 水した水の流れは弱く，落ち込み時の侵食や小さな澪筋 の侵食以外には大きな侵食は認められなかった．
図-5 の面積の変化量に，平均的な置土堆積厚さである 1.5m を乗じて算定した侵食量の時系列を図-3 の最下段 に示している．侵食量については，流況観察とスケッチ から判断して，図-5 中に示すように先端部の侵食量と，
側岸侵食が卓越している側岸部及び全体の侵食量の３つ に分類した．なお，置土先端から 40m 付近より下流はや や侵食量が多いが，これは，通常時の小流量で置土が侵 食されて濁水が発生しないように置土の外縁に巨石が配 置されており，40m 付近に比較的大きな巨石があるため 流況が乱されることによって生じたと考えられる．
侵食速度の移り変わりをみると，先端部については，
流量がピークになって 30 分程度経過してから，水位がピ ークに達して侵食量が増加して，１時間程度経過すると 侵食量が安定している．一方側岸部については，放流期 間中ほぼ一定の侵食量であった．
図-5 から求めた最終的な侵食量は 6 時間で 358m3であ った．ただし，置土設置時期との関係で置土設置前の精 度の良い横断地形のデータが得られなかったため，横断 測量からの侵食量の算定ができなかった．リフレッシュ 放流終了後の横断測量からは，水際線より外側で置土材 料が残存している状況が認められ，実際の侵食量は前述 の値より小さくなる可能性がある．
５．おわりに
現地での置土侵食現象について，水理量と土砂侵食量 を定量的に把握することができた．今後，この知見を侵 食量の予測手法，置土実施の計画手法の検討に反映して いきたい．最後に，現地観測実施において様々なご協力 をいただいた国土交通省東北地方整備局三春ダム管理所 各位に感謝の意を表します．
参考文献
1) 星野公秀・泉倫光・櫻井寿之・箱石憲昭：置土侵食実験にお ける先端および側方侵食量推定式の提案，第 62 回土木学会年次 学術講演会講演概要集，2-204，pp.407-408，2007.9
270.5 271.0 271.5 272.0 272.5 273.0 273.5
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 時間（時：分）
水位(EL.m)
置土上流左岸 置土上流右岸 置土区間 置土下流左岸 置土下流右岸
0 20 40 60 80 100 120 140 160
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 時間（時：分）
侵食量(m3/時)
0 50 100 150 200 250 300 350 400
累積侵食量(m3) 先端部
側岸部 全体
累積侵食量（全体）
0 5 10 15 20 25 30
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 時間（時：分）
放流量(m3/s)
観測実施期間
図-3 観測結果の時系列
9:30 10:00 10:30 11:00 11:30
12:00 12:30 13:00
13:30 15:30
14:00 14:30 15:00
流向 図-4 置土の侵食状況
図-5 置土侵食平面形状（水際線のスケッチ）
観測開始時 9:30 Q=6.0m3/s
3時間経過 12:30 Q=21.2m3/s
リフレッシュ放 流終了後 0.0
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 時間（時：分）
表面流速(m/s) 置土上流地点
置土中央地点
