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河口砂州の発達と変形に関する研究

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河口砂州の発達と変形に関する研究

著者 北浦 勝

著者別表示 Kitaura Masaru

雑誌名 昭和63(1988)年度 科学研究費補助金 一般研究(B)  研究成果報告書

1987‑1988

ページ 64p.

発行年 1989‑03‑01

URL http://doi.org/10.24517/00034921

Creative Commons : 表示 ‑ 非営利 ‑ 改変禁止 http://creativecommons.org/licenses/by‑nc‑nd/3.0/deed.ja

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TYPICALDEFORMATIONPROCESSOFSANDBARATRIVERMOUTH

InFig.l,exampleso「changeo「ImnsversegcomctryofrivermouthaccOrdinglolhencld meaSuremenIsattheMogamirivcr(Suga,1985).A(111crivermouthof(heMogami,alargesand barisibrmcdat(helcIIsidc,andlhcwidlllo「lllcrivcrmou(his50〜100minwinteranditbccoI11cs 100〜200maflernoods.And,Fig.lilldica(csthallhescclionalarcaoflllerivermouthis proporiional(o(hewidlh.ThisdepcndsoII(heitlct(11a(Ihewaterdepthat(herivermouthis alwayskept4〜5m.AIIhougll(hemeasuI℃ddaiaduringnoodshavcnotbeenob(ained,wemigll(

cstima(ethat(heincreaseo「(heseclioI1alareaoi (herivermou(hduringnoodsdependsalmos(

Io(allyonsideerosionparticularlyillrivcIswillllargedcp(hsuchas(11eMogami,theCounokawa andothers・Fig.2showsIhallhcchangco「crossscc(iono「Iherivermouthisnotgcomelrically similarbutlha(sidecrosiondomina(cslomakcacrossscclionralhernat.Onlheconlrary,inlllc casewillljctlysuchasinlhcOoyodorivcr,llleiIIcreaseo「(hescclionalarcaorlhcrivcrmou(11 duringnooddependsonscouringo「riverbcd・AccordillgIo(llealbrcmenlionedltIcIs,all analyticalmodclisdcrivcdlodcscribe(hedelbrmalionprocesso「sandbarbasedonanassumplioil

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SectionalArea(m2) Fig.1Varia(ioI1o「gcomc(Iyo「rivermoulho「111cMogamiRivcr

B/2(I11)B=wid(llol.rivermoulll

〕 0 1 1 0 1 6 0 8 C

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Fig.2Relalionbclwccnwidlhandwa(erdcplllatrivermou(11.

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(9)

MODELLINGOFDEFORMATIONPROCESSOFSANDBARATRIVERMOUTH

Prcsenllyproposcdmodclisschema(icallyillus(ra(edinFig.3,and!hebalanceofsedimcnl ainounlisexprcssedbythelbllowingcqua(ioI1,whichisagovcmingequationofdclbrmalioll

proccsso「sandbaratarivermou(h.

(Ip):(BIIL)IIM)B

inwhichpo=porosilyo「sand;B=wid(IIo「lllcrivcrmoulh;

BR=wid(11oIheupstrcampar(o(11crivcr;11=nowdcplll; L=widlllo「sandbar;fl=scdimcnlamoun((subsiantial volume)Iransportcdawayrrom(llerivcr‑mouthareaby rivcrnowaccclcralcdduc(ocoI1(racliollpcrunilwid(hper unit(ime;Ih=scdimen(amoun(supplicdloillerivcr‑moull]

areabyrivernowpcruni(widlllperunil(imc;f3=scdimellt amounIsupplicdIo(herivcr‑I11ou(harcabywaves.A similaroncdimcnsionaimodcllingo「scdimcn(budgc(was alrcadylbmlulalcdandlllcsubscqucn(I1umcricalsiInulalion wasa((cmp(cdbyAola&Shu(oI1(1980);Ogawa,Fujila&

Shuloll(1984);andTanaka&Suga(1985).

Sedimenldiscllargcbyunidircc(ioI1alnowis cxpressedasalllnclioilornowvcIoci(ylbrcoI]s(ant

malcrialsasIbllows:

(1)

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(2)

inwhichqB=sedimcn((ransportralcbynow;U=cross‑sccIiollallyaveragednowvelocily;alld kB=dimensionalcoI1sIanllbrpropcrlicsoscdimenl(diamclcr,spccincweiglltandsoon).SiIIcc lllclmnsportmlcmiglltbcproporlionallo(llcuni(sircampowcr(ToU;To=bedsilcarstress)and(llc bcdshears(rcssisalmos(propor(ionalIo(11csquarcofUIbrunidircclionallurbulcntnow,thc cxponentmo「UinEq.(2)isal・ound3,and(llcnEq.(2)isconsisien(Io(hcgcneraltranspor(

lbrmulaelbrrivcrsedimcI,lalioII(qBII3/2;III=TO2/I(Op)gd}=Shicldsparamelcrlbrriverregion; o=densityosand;p=dcnsi(yowaler;g=gravilyaccclcralion;alldd=sanddiamcter).WhcI1 Eq.(2)isapplicd(ocs(ima(elalldf2,(11cyarcexpresscdasibllows:

,kB(f)"cBm;[2ku(F:F)"p: (3)

6

(10)
(11)

DcvclopmcntofSandBarCollapscofSandBar

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0 1 2 3 4 5 8 ★ t O 1 2 3 4 5β★t Fig.4Sand‑bardcvclopmenlandcollapsc.

APPLICATIONOFTHEPRESENTMODEL

Inlhclbllowing,severalpmclicallyill(cIsIingpoillIsrclaicdiolllcapplicalionoflllcplcscI1( modclareiI1vcs(igalcd:

Theunknownparamclcrsin(11eprcscI1Imodclarcq*alldP*.Thereccntlbrmulalbl・

sedimcn(IranSportbyunidircc(ionalnowcancasilyprovideanevaluationofα*,andevcnlllc evalualionol.P*isalsolessdimcullirlhecomplcxilyandrigorousmechanismarcdespiscd.

Aclually,accuraleevaluationsoIhcmshouldbclilrlllcrillvcsligalcd.111sIeadofdircclevalualiolls o「Iheseparamelers,thelbllowingpracticaimelhodmightbellereproposed.Asindicaledby Eq.(8),acombinaliono「α*andP*providcsBe,andi「weknowlllcequilibriumgeomelryo「(11c rivermoulhagainsIIhecondiliollsorrivernowalldseawaves,111ebchaviourorsalldbaralrivcr moulllcanbedescribcdorpredic(cdwilllou(dircclevalualionorbolllq*andP*.

Whenlhesedimen(Imnsportmlebyrivernowandlllatdueiowaveaclionarereprcsclllcd byqBandqD,respec(ively,thelbllowingmailipulalionisdcduccd.

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inwhichyDR=qD/qB=ralioo「scdimcnllransporlbywavcsIoIhatbyrivcrnow・SinCeYDR delcrmincsBe/BRandqB(1+YDR)dclcmlincsIheproccssmleobardclbrmalion,YDRisregardcd asthemos(impoIlan(pammelerAI(11ougllllleindividualnoodsduringwhichbardelbrmalionis appreciable,annualchangeo「river‑mou(hillorphologycomparalivclydependsoI1thc

‑8‑

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ることから,内祁流速場がかなり複雑になっているものと考えられる.砕波点と砕波帯でも同様に,

一般的な傾向はみられない.なお,水面変動の時系列を見ると,砕波帯外において既に乱れがみら れ,反射波の成分が亜なっているようである.

鉛直水粒子速度の測定値は,やはり乱れが大きいが,底面付近では強い上向き成分がみられる.

この上向き成分は,砕彼点と砕波帯の底面で非常に大きな値となっている.

これらのことから,Case‑4の砕け寄せ彼は,砕波によって波動性が大きく減少し,また反射波 の影習も大きいことから,数値フィルター法の適用範囲外といえる.

4 . 2 水 粒 子 速 度 の 敗 大 値 の 分 布 (1)水平方向の水粒子速度

図−8は,水平方向の水粒子速度の肢大値の分布を示す.図中Idは,計算値と測定値の岸沖方向

顛6060C一112−一一

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図−8水平方向の水粒子速度の簸大値の分布

‑23‑

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(34)

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IXII′典眺腱iY(IIMM(ノk{│;Ikのjリ合)

いて鮎ll'lし,さらにlli砂器を川いた澱砂蹴のill'l定を ijったが,深砂州l'l定は図lに示‑j‑A、Bおよびcの 3地点とした。また,砂6W状の測定は,水平床全休 に漣って砂ハfが形成さ八定'肘状態になった雌に,細lIl .'l':ir傍の砂蠅I()波に上'し波II.Ijと波長をill'l定し,そIい、)

グ)・ド均II"・求y)た。《1蛾粂i'│:は,ノkWMIjの水深をl5 cI''j;.t(Jr20(''1の2池りとし、從肱に川いた波は表

lに示す21卜剛iて.ある。

2.2実験結果および考察 ll)砂漣の特性

ここて・li,1jW(の州;jilノに支I妃的なMW・ノj・えると 5えられている砂糀の形状およびその特性にIMけるネ,'i w.'2(a)I1ill'l7ii.('ICIA j;tljlblIM.j.lj7&'ili(IIIII),IMIIIll.(lili ク)ノkIW仙inの、│&│帥ii畠側阿、をとったものである。帥│!

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ノーものて.あるが、本実験の純lllll'、lて'は,砂純旧jよび 6・!/i;Mは!│奇に波によるノkil‑l:の仙遊のw榊冊にいば此 ','.'Ii!}'IWI

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となる。

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‑ご《'.)も。ここて.、シールス收吻は、

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‑30‑

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(37)

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(tan8)o27(d/L)067 図8海底断而形状の区分

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ルタイフ・の│Wilili形状も│耐│時に示した。このIIlかl,)・

C;Isc2‑2j)よび'CIIse2‑5は砂卜│の分l(Iて・1"iV(

!)lll'j:jl,'i 采による燗'l!方向加剛i面形状から見るとダイーフ。lルノ)

IIM!Wと見なしi¥る。また、Case2‑l,Cage2‑・l jjよびCase2‑8の水実験結果は,i州の分!(W!'州と よく−一致しておI).ll型と見なしi!}る。cas(》2−3,

C;1se2‑6,Case2‑7,Case2‑9およびCi'"2

I()IYIHIi)IW!jj'),f/4'IM i,'j:t,C(Isc28IJ,li 'bが│)')llll',6IY!!,

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2‐I 1.37 3.2 2.7 ().0110 L

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(38)

た○│11,△印および[)印は,砂│:│の示したIM,llリリ およびlll型に良く対応していると房える。

(2)岸沖方向漂砂量

トノルリ│汀練よ')沖向きにxfIIIをとり,l《洲liレベルより とった各位i〃での庇而irノiさをz(x、/),llll/il3を正とし /二''1位棚IIWH:WIIII当I)のi[味の燗il!噸砂lilをりぃ',/), IIWi砂の窄附ドを心と‑│‑ると,IM'(1,レIII:のIWi:ll'l、ヒ

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11『のrのllhを庖味 │ る。図7の地形変化にこの式をj':l llll̲て,I;!i'l!洲州:を1)雄した#i!州を図9(3)・・、‑(c)に;l<

│‑。(3),(b)jj"k(J<Ic)には,IM1,ll剛および1IIIWのそ l(ぞj(のlt"l!jなケースで!})るCflsc2−l(1,Cflse2

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{,lllifllll'/j.(Mlililiでら,.l,. 砂│jiて ある。すなわち下のIrlの州IIIは,6.ill'l定点を示 ,IIMilll(ll)iuillji1lli.li):IIMlll:fllll .'リ』jii効洲州〃=ri/(l一ル,)て‑ル)ら。上IXlの▽川』よ

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IYl()ilijI'IIWilili変化と脳'l!噸砂li{Qの分n) l;ll,lMIMI()lll'}IIIIli.I: ある。Cf'sc2‑10は侵食型のI型であI),潔砂III',Mj は企li(にわたI)i'lilイリき溌砂である。特に砕波'III:におい ては,深砂lilが繩めて火きい。また│1§川させた波が激 しい/こめ,砕波によって発生した浮遊砂がi'l!│イリざに述 ばれ,−−雛水深部まで遠している搬干が肌索さI(た。

C;Isc2‑lはII'IIIIIWのII期であるが,砕波'IIWiビで'よ li!│イリさ洲,しがIli.低し,洲州斌は主に抓流淵'ルで hる ことが州l'lさ八/と。砕波州においては,i'l!│イリき洲,しが wIil肌ておI),iW.州の最大仙が!'北ている。CIge2

200(cI'') 0 100

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これは式(19)の非平衡流砂以式でピックアップ・レイトの矩形状変化を想定し,ステップ.レングスを指数分布に従 うとして解枅的に得られる紬果と合致する.実測されたピックアップ・レイトは,図−9に示すように非平衡状態に おいてわずかに増加傾向を示す(平衡状態においてPsの約1餅リを占める,上流から運ばれてくる砂粒の衝突の効 果による分が増加する;図‑10a,bに闘突によるピックアップ・レイトpscと,衝突によらず純粋に流体力によるそれ ps「を分艫して場所的変化を示している)ものの,流砂風の変化に比べほぼ一定とみなせる(psO).図‑11には,

粒子速度(Ug)の場所的変化の実測例を示すが,非平衡にかかわらずほぼ一定である.また分布するステップ.レ

ングスを用いる流砂モデルではpdは次式で表され,とくにステップ・レングスが指数分布するときには次式の敏右 辺に示すように,局所的に涜砂風と比例する(式(17)を得るための仮定が成立).

C O

''(x)IPMx(IM' 23

Z‑12は図−8とともにステップレングスが指数分布することを支持しており,これらから逆算した平均ステップ'レ ングスはトレーサーテストなどから知られた値の,あるいは画nsicin(1950)が指摘したオーダー,粒径のlOOiW 程度(厳密には掃流力とともに80‑250傭に瑚加)となっている.

上述より,婦流砂のadnplationlcng山はせいぜい粒径の1000階程度の比較的"短い"ものとなって,大規模な移動 床 現 象 で は 無 視 で き る こ と が 多 い . す な わ ち と く に 柵 対 水 深 が 大 き く て 水 深 ス ケ ー ル 以 上 の 規 模 の 現 象 を 扱 う と き は 、 帰 流 砂 の 非 平 衡 性 は 無 視 で き る が , 棚 対 水 深 を 盃 ま せ た 小 さ な 模 型 や , 実 験 水 路 内 の 移 動 床 基 礎 実 喉 で は 掃流砂の非平衡性を免れないことが多い.すなわち,逆に首えば,実験室規模の非平衡性に強く影響された現象か らこの非平衡性を抜き差って原型現象を外押せねばならない.柵岡ら(1984)は1次元斜面の河床低下過程を式 (18)型の非平衡流砂且式で解斫してその適用性を誠論しているが,その例とされる実峨室内移効床過程はまさに 非平衡性が強く効いている(実現象スケールでは多分無視できよう).また辻本(1987a)は漸拡・漸縮を綴り返 す流賂において,実験室規模の小スケールの現象では,州流砂の遅れ距月Kが現象の支配スケール(例えば流路変化 の 波 長 や 水 深 ) の オ ー ダ ー に も な り , 洗 堀 部 ・ 体 積 部 の 繰 り 返 し パ タ ー ン が そ れ に 支 配 さ れ る こ と を , 実 験 と 理 論 によって強"リしている.図̲'3は,こうした流路でピックアップ・レイトの変化と局所流砂趾の間の河床材料のスケ ールの遅れが涜路変化のスケールと同程痩となって出現していることを,ビデオフイルム解析紬果によって示した ものである.

柵流砂の非平衡性は,小川覚河床形態の発生槻禍においては重要な役削を果たす.すなわち,式(19)を用いる ことで局所流砂鼠が局所唾而せん断応力に対してもつ位相差(ノc6)が次のように定められ,Kclmcdy(1963)に よってスタートした河床不安定解研を綿流砂特性の面から発展させた(中川・辻木1980).

sinK6=KM/両而三cosK6=lハ/両面丁(24)

上記の帖果によると,底面せん断応力に対する局所流砂風の位相差は節1象眼に属し,河床形態と底面せん断応 gR(E)

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図 1 4 非 平 衡 姉 流 砂 蚊 図15pick‑uprnleに対する流砂嵐と (Bcll&Suthcrlimd)dcpoSitmlcのi1rやulSCrcsponSc 図13非一破水路でのpick‑upmlcと

流 砂 風 と の 位 相 遅 れ

44

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その仕上げが図式形成なのである[ Heidegger 1961 : 訳132 - 133頁]。.

行列の標準形に関する研究は、既に多数発表されているが、行列の標準形と標準形への変 換行列の構成的算法に関しては、 Jordan

Short-term topographic changes of the Nakatajima dune, which is located on an eroded beach on the Enshu-Nada coast, have been investigated with continuous field surveys over two

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