十勝川 千代田実験水路の基礎的な土砂挙動特性
9
0
0
全文
(2) 実験水路平面図. 実験水路断面図. 両岸 に配置 した滑車 付の杭 間に横 断方. 図‑2千. 向 に移動可 能な ロー プ を配 置. この ロー プと観測船 を ワイヤー で接続 ワイヤー は観 測船 の先に設 置 してある. 代 田実 験水 路 の概 要. 遠隔 操作可 能な ウィンチ によ り縦 断方 向 に移 動が 可能.. 必 要 で あ る が土 砂 投 入 は 行 って お らず,実 験 終 了 後 に 河 床 低 下 が 見 ら れ た 場 合,そ. これ よ り観 測船は面 的な観 測が可 能.. の 量 を 把 握 し今 後 の 実 験 に. 反 映 す る と共 に 河 床 低 下 部 に は 土 砂 補 充 を 行 っ た.ま 図‑4杭. た 実 験 終 了 毎 に河 床 整 形 を 実 施 した. 各 機 器 を 用 い た 観 測 箇 所 を 図‑3に. 示 す,そ. 毎 に デ ー タを 取 得 し60秒. 分 毎 の 瞬 間 値 を1デ. 平 均 を1. イ バ ー 式 水 位 計 はCase1の. ー タ と して い る が,Case2以. 秒 毎 デ ー タ を 取 得 し60秒. 平 均 を1デ. み1 降 は5. 割 して 実 施 し た.回. 法 で 横 断 方 向 に 断 面 を10分. 割 して 実 施 し た.. 搭 載 し,RTK‑GPS測. ワ イ ヤ ー 式). ー ト ・杭 ワ イ ヤ ー 式. 位(Real. Global Positioning System)で. Time. の 場 合,約10mの. 観 測 を 行 っ た.こ れ よ り. 誤 差 で 位 置 を 決 定)2).ま. 計 測 の た めADCP(ワ Instruments社)を. た 流 向流 速. ワ イ ヤ ー 式 が 約11cmで. 下,土 研 型),及 び バ ケ ッ ケ ッ ト型)を 用 い た.土 研. 測 橋 下 流 が 沈 砂 池 とな っ て い る. 示 す よ う に,ク. レー ン を 用 い て 観 測 橋 よ. り上 流 で 実 施 し,両 岸 か ら ロ ー プ を 用 い て 開 口 部 が 上 こで土 研型 は適. 言 わ れ て お り3),表‑1に. 示 す よ うに今 回 は適 用 範 囲 内 の 流 速 とな っ て い るが,今 後 よ り大 流 量 で あ る150m3/sで. の 実 験 を 計 画 して お り,. 土 研 型 の 適 用 流 速 範 囲 を 超 え る こ と が 予 想 さ れ る.そ ト型 を 用 い た 観 測 も行 った.バ す よ う に,箱. ケ ッ ト型 と は 図‑6に. 型 の バ ケ ッ トを 河 床 内 に 設 置 し,蓋. 示 とつ. な が れ た ロ ー プ を 用 い て 蓋 の 開 閉 を 行 う こ と に よ り土 お 採 取 した 土 砂 は 全 て 土. 質 分 析 を 行 な っ て い る.. 搭 載 し,主 な 設 定 は 層 厚;0.1m,. ー ド数;12(ハ. た め,図‑5に. 砂 を 捕 捉 す る も の で あ る.な. ー クホ ー ス セ ン チ ネル1200kHz; イ レー トピ ンギ ン グ モ ー. ド)で 観 測 を 行 った.喫 水 深 はRCボ. な おCase2に. 流砂. こで今 回の実 験 に おい て も機能 特 性把 握 の ため バケ ッ. Kinematic. 誤 差 で位 置 を 決 定 す る こ とが 出 来 る(単 独 測 位. Ping数:3,モ. 2.4掃. 所 で 実 施 して い る.. 用 流 速 範 囲 が0.5〜2.5m/sと. と も に音 響 測 深 器 を 搭 載 して お り,位 置 精 度 向 上 の た め. RD. 所,計9箇. 流 へ 向 くよ う に して 観 測 を 行 っ た.こ. 測 用 い た 観 測 は ラ ジ コ ン ボ ー ト(以 下,RC. ボ ー ト)と 杭 ワ イ ヤ ー 式 観 測 船(以 下,杭. 数cmの. の3箇. 型 を 用 い た 観 測 は,観. 転 式流速 計 を用 い た低水 流 量観 測. の2種 類 で 実 施 した(図‑4).RCボ. 床 材 料 調 査 はP260・. 線 上 で 横 断 方 向 に 左 岸 ・中央 ・右 岸. 掃 流 砂 観 測 は 土 研 型II型(以. 浮 子 を 用 い た高 水 流 量 観 測 は 横 断 方 向 に 断 面 を6分. GPSを. P460・P660の3測. ト型 掃 流 砂 捕 捉 機(以 下,バ. 水 及び低 水 流量 観測. (2)ADCP観 ADCPを. 横 断 測 量 は 縦 断 方 向 に50m毎,河. ー タ と して い る.. 量 観測. は,2点. 床 高 ・河 床 材 料. 通 水 前 後 に 横 断 測 量 お よ び 河 床 材 料 調 査 を 行 っ た.. デ ー タ と して い る.ダ. (1)高. 2.3河. 位 観測. 定 点 水 位 計 は5秒. 2.2流. 測. れ ぞれの. 観 測 方 法 の 概 要 は 以 下 に 述 べ る通 り で あ る. 2.1水. ワ イ ヤ ー 式 に よ るADCP観. ー トが 約5cm,杭. 3.実. 験結果. 3.1水. 位 ・水 面 形. あ る.. つ い て は 面 的 な 現 象 把 握 の た め,杭. イ ヤ ー 式 はP405〜P430,RCボ. ワ. 流 況 が 安 定 し て い る 時 間 帯 の 水 位 を 平 均 した 水 面 形. ー トはP500〜P525の. 縦 断 方 向 に3測 線(横 断 位 置 は 河 道 中 心,河 道 中 心 か ら. を 図‑7を. 左 右 に10m)の. い て 上 流 沈 砂 池 ・観 測 橋 ピ ア の 影 響 が 一 部 で は 干 見 受. 観 測 を1回. 実 施 し た.. ―700―. 示 す.整 流 区 間 を 通 過 した 後,上. 流区 間に お.
(3) Q. 表‑1各. :流量(浮 子 を 用 い た 高 水 流 量 観 測 結 果),h:平 配,Iω:水 面 勾 配,n:Manningの ル ズ 数,T*:無 次 元 掃 流 力,T*c:河. 実験 毎 の水 理 量. 均 水 深,u:流. 量 と通 水 断 面 よ り算 出 し た 平 均 流 速,Fγ:フ. ル ー ド数,Ib:河. 床勾. 平 均 流 速 公 式 よ り算 出 し た 粗 度 係 数,u*:摩 擦 速 度,Re*:河 床 平 均 粒 径 に 対 す る 粒 子 レイ ノ 床 平 均 粒 径 に 対 す る 無 次 元 限 界 掃 流 力*Case1は 河 床 材 料 調 査 を 行 っ て い な い た め,Re*以. 降の デー タ無. □. ここ でPは ゲ ー トか らの 距 離[m]を. 土 砂観 測(土 研 型 ・パ ケ ッ ト型). 示す. その 他:横 断 測量 ・河 床 材料 調 査. 図‑3観. 測実 施 箇所. 土砂 捕捉 イメー ジ (1)捕捉 待 機 状 態 (図 の 状 態) (2)蓋 を 開 け る こ と で 捕捉可 能. 図‑5土. 研 型 を用 い た観測 方 法. (3)蓋 を 閉 め る こ と で 捕捉終 了. け られ るが,概 ね水深 が 一定 で あ り等流 状態 で あ る と. 図‑6バ. ケ ッ ト型掃 流砂 捕捉 機. 言 える.下 流 区 間につ いて は本川 の 背水 影響 が見 受 け られ る.こ れ よ り上流 区間 につ いて は実験 水 路 と して 十分 な機 能 を有 して い る と考 え られ,後 述す る観 測 手 法別 流量観 測 結 果の比 較 につ い て も,同 地点 で の観 測. 3.2流. 量. 洪 水 時 な ど の さ ま ざ ま な 厳 しい 条 件 下 で は,そ. の簡. では ない が その値 を 同 じ水理 条件 下 と して比 較す る こ. 便 さ と確 実 さ か ら 浮 子 を 用 い た 高 水 流 量 観 測 が 最 も一. とに 問題 は ない と考 え られ る.. 般 的 で あ る.そ. ―701―. の 他 の 観 測 手 法 と し て は,低. 水 時 に用.
(4) Case1. Case2. Case3. 縦 軸EL[m]横. 図‑7水. い る 回 転 式 流 速 計,近 年 で はADCPを. 搭 載 しRCボ. トを 用 い た 観 測6)な ど が 提 案 さ れ て い る.こ. 軸P[m]. 位観 測結 果. ー. こで は観. 測 手 法 に よ り得 ら れ る 流 量 に どの 程 度 の 差 が あ る か を 明 らか に す る. 高 水 流 量 観 測 を 基 準 と し,観 測 手 法 別 に 得 られ た 流 量 を 比 較 した も の が 図‑8で. あ る,こ. 量 は 上 流 区 間 に お い て,同. ケ ー ス 同 水 位 で 安 定 して い. こで 示 して い る 流. る時 間 帯 に お け る 流 量 平 均 値 で あ る.今. 回の流 況 下 で. は 高 水 流 量 観 測 と低 水 流 量 観 測 の 観 測 値 に ほ とん ど差 は 見 られ な い.ADCPを に お い てGPSの. 用 い た 観 測 で あ る が,観. 不 具 合 に よ りRTK‑GPS測. 測中. 位 が出来 な. か っ た時 間帯 が あ り,こ の 場 合 は単 独 測 位 の結 果 で あ る. また 流 量 規 模 が 小 さ い 場 合 は水 深 が 浅 く(Case3で 深0.53m程 0.43mの. 度 で 観 測 実 施Case4以. は水. 降 は 水 深 が0.26〜. た め観 測 未 実 施)水 深 方 向 に1層. しか デ ー タが. 取 れ な か っ た た め,流 量 の ほ とん ど を 補 間(水 面 部 で は 第1層 流 速 値:constant,河. 床 部 で は 理 論 式:power. fit4))で算 出 して い る.流. 量 が 小 さ い 場 合 やGPSが. curve 単. 図‑8観. 測手 法 別の 流量 比 較. 独 測 位 の 場 合,高 水 流 量 観 測 との 差 が 大 きい が そ れ 以 外 につ い て は 概 ね‑15%で. あ っ た.な. お 木 下6)も 同 様 に 約. 120例 の 観 測 デ ー タ を 取 り ま と め た と こ ろ,RCボ. ー ト. こ の た め 流 速 分 布 式 か ら大 き く外 れ る よ うな 流 速 分 布. を 用 い た 流 量 観 測 値 は 浮 子 を 用 い た 場 合 の‑15〜‑5%程. で あ っ た 場 合,浮. 度 で あ る と 報 告 し て い る.. れ る 可 能 性 が 考 え られ る.こ. 併 せ て ボ トム トラ ッ キ ン グ に よ る 補 正 の 結 果 も 併 せ て示 し て い る が,GPSを. 子 を 用い た観 測結 果 に は誤差 が含 ま れ につ い て は後述 す る河. 床 波 の 項 で 考 察 を 行 う こ と とす る 。. 用 い た 補 正 と比 較 す る と全 体. 的 に 小 さ い 傾 向 が 見 ら れ る.特. に 流 量 が 大 き くな る と. そ の 傾 向 が よ りは っ き り とな る が,こ. れ は河 床の 移動. 3.3掃. 流 砂量. 土 研 型 及 び バ ケ ッ ト型 を 用 い た 掃 流 砂 観 測 はCase2. が 顕 著 に な っ て い る可 能 性 が あ り,こ れ に つ い て は 今. 以 降 で 行 っ た.図‑9に. 後 の 実 験 を 通 して 明 ら か に す る 予 定 で あ る.. 土 砂 移 動 量 が 小 さ い こ と,ま た 表‑1よ. 浮 子 を 用 い た 流 量 観 測 は,得. ら れ た 流 速 よ り更 正 係. 径 の 砂 礫 が 移 動 す る の はCase2の. 数 を 用 い て 平 均 流 速 を 算 出 し流 量 を 求 め て い る が,更. 以 下 の 検 討 で はCase2を. 正 係 数 は 安 芸 に よ る 流 速 分 布 式5)か ら 求 め られ て い る.. 図‑10にCase2に. ―702―. 観 測 結 果 を 示 す.Case3以. 降は. り河 床 の 平 均 粒. み で あ る こ と か ら,. 対 象 と す る こ と とす る.ま. た. お ける通 水前 後の 河床 材料 粒度分 布.
(5) Case2 土 研式 は 全5回. Case3 土 研 式 は全6回. 図‑9掃. 図‑10河. Case4 土研 式 は 全6回. Case5 土 研 式 は 全4回. 流 砂 量の観 測 結果. 図‑11小. 規 模河 床形 態 の 区分. 図‑12中. 規 模河 床 形態 の 区分. 床 材 料 粒 度 分 布(Case2). を 示 す. こ こ で バ ケ ッ ト型 を 用 い た 観 測 値 が 土 研 型 と比 較 す る と非 常 に 大 き な 値 と な っ て い る.掃. 流砂 量 は単位 幅. あ た りの 土 砂 通 過 量 で あ るが,図‑6の. 写 真 の 内,茶 色. の 矢 印 で 示 し た よ う に 通 水 時 に バ ケ ッ トの 両 サ イ ドか ら も 土 砂 が 落 ち 込 ん で い た こ と が 確 認 さ れ て お り,こ れ が 過 大 に 土 砂 を 捕 捉 した 原 因 の 一 つ と考 え られ る. ま た 土 研 型 は 流 速 が0.5〜2.5m/s,粒 表‑1よ. り流 速 は 範 囲 内 で あ り,ま た 図‑10よ. 料 の8割. は 砂 堆 が 見 ら れ,Case3以. れ な か っ た た め,河. 径 が0.01〜0.4m. の 範 囲 で 適 用 可 能 と言 わ れ て い る3).Case2に. 状 はCase2で. おいて り河 床 材. 程 度 が 適 用 可 能 な 粒 径 範 囲 で あ る こ とか ら も,. こ こで は 土 研 型 の 結 果 を 真 値 と して 扱 う こ と とす る.. 模 河 床 形 態 の 分 類 図 通 り,Case3以 発 生 せ ずNo 次 にCase2に 図‑12に. Motionと. 床波 の検 討. 4.1河. 床 形態. 図‑11は. 降 につ い て砂 堆 は. お い て 中 規 模 河 床 波 が 発 生 して い た か,. 示 す 黒 木 ・岸8)の 中 規 模 河 床 形 態 の 領 域 区 分. 図 を 用 い て 判 定 を 行 な う.こ れ に よ る と単 列 砂 州 の 領 こで通水 時 間 内に砂. 州 が 形 成 さ れ て い た か を 確 認 す る.藤 田 ら9)は,実 験 結 果 を も とに 定 常 流 場 に お け る砂 州 の 発 達 時 間Teを(1) 式 で 表 して い る.. 芦 田 ・道 上7)の 小 規 模 河 床 形 態 の 分 類 図 で あ. る.こ れ よ りCase3以 はLower. 規. す る こ と と した.. 域 に 入 っ て い る こ とが わ か る.こ 4.河. 降 で は確 認 さ. 床 材 料 は 混 合 粒 径 で あ る が,小. Regimeの. 降 はNo. Motionで. あ り,Case2. 領 域(砂 蓮 ・砂 堆)で あ る.砂. (1). 蓮の. 波 長 ・波 高 は 主 に 土 粒 子 の 粒 径 に 依 存 して お り,粒 子. こ こ で,B:川. レ イ ノル ズ数20以. 流 砂 量 で あ る.Zbe,qbを. 上 で 土 粒 子 粒 径 が0.6mmを. 条 件 下 で は 発 生 し な い こ と か ら,こ して い た こ とが 推 察 で き る.な. 超える. こでは砂 堆 が発 生. お実 験終 了後 の 河床 形. ―703―. 幅,Zbe:平. 衡 砂 州 高,qb:単. 位 幅 当 りの 掃. 算 定 す る こ と に よ り,砂. 州発. 達 時 間 を 算 定 す る こ と が 可 能 と な る. 平 衡 砂 州 高Zbeは,池. 田 ら10)に よ る と(2)式. で 表 さ.
(6) れ る.. (2) こ こ でh:水 深,dm:河. 床平 均粒径 であ る。. 平 均 粒 径 に対 す る単 位 幅 当 りの掃 流 砂 量qbは,芦 道 上7)に よ る と(3)式. 横 断方 向流速[m/s]. 横 断方向流速[m/s]. 横 断方向流 速[m/s]. 流下 方向流速[m/s]. 流下方 向流速[m/s]. 流下方 向流速[m/s]. 田・. で 表 さ れ る.. (3) こ こ でT'*:無 次 元 有 効 掃 流 力,u*c:限 砂 の水 中 比 重,g:重. 界 摩 擦 速 度,s:土. 力 加 速 度 で あ る.. これ らの 式 よ り砂 州 発 達 時 間 を 求 め る と概 ね1300時 間 とな りCase2の. 通 水 時 間 で あ る7時 間 を 大 き く上 回 っ. て い る こ とか ら も,今 回 は 中 規 模 河 床 波 の 発 生 は な か っ た と考 え る こ とが 出 来 る.. 図‑14砂. 以 上 の こ とか ら,Case2の 模 河 床 波 は 発 生 せ ず,小. 規 模 河床 波 であ る砂堆 が 存在. し て い た こ と が 推 定 さ れ る. こ こ でCase2に. 堆 上 の水 深方 向流 速分 布(観 測 値 と理論 値 の比 較). 通 水 中の 河床 形態 は中規. お い て1回. との 概 ね 一 致 して い る 最 下 層 高 を 中 折 れ 部 と仮 定 し,こ だ け で は あ る が,RCボ. ー. れ よ り水 深 下 層 に つ い て は後 流 対 数 分 布 則 と して,山. ト及 び 杭 ワイ ヤ ー 式 を 用 い て 縦 断 測 線 で 観 測 を 行 っ て. 岡 ら13)の 桟 形 粗 度 流 れ の モ デ ル(5)式. お り,そ の 結 果 を 図‑13に. と した.. GPS不. 示 す.こ. こで 得 られ た 結 果 は. を適 用す る こと. 具 合 の た め,単 独 測 位 で の 観 測 結 果 で は あ るが,. 先 の理 論 か らの推 定 され た よ うに砂堆 の 発生 が確 認 で き る.ま た 今 回 の 水 理 条 件 下 で は 理 論 的 な 波 長 は4.6〜 6.5m程. 度,波. 高 は0.14〜0.39m程. 果 で は 波 長 は7m程 4.2河. 度,波. 高 は0.1m程. 度 で あ っ た.. こ こ でU1:中 折 点 に お け る対 数 分 布 則 の接 続 点 の 流 速, Cx:流 速 分 布 の 定 数(こ こで は 中折 れ 点 よ り下 層 の 流 測. 床波 上 の流速 分布. こ こで は 砂 堆 上 の 水 深 方 向 の 流 速 分 布 に つ い て 検 討 を 行 な う,一 例 と し て 砂 堆 が よ り明 確 に 確 認 で き る杭 ワ イ ヤ ー 観 測 を 行 っ た 右 岸 で,図‑14左 う にP417〜P427の ト直 下 流),No.2(砂. 内,赤. 上 に 示 した よ. で 示 し たNo.1(砂. 堆 ク レ ス ト部),No.3(砂. 堆 ク レス 堆 背 面)の. 3箇 所 を 取 り上 げ た.. 観 測 値 を 用 い て 逆 算 し3.98),b:河. 床 か ら中折点 までの. 距 離 で あ る.な お 参 考 ま で に 横 山 ら12)に よ る現 地 観 測 結 果 で は,Cxは3.48,bは0.4m程 図‑14に. 度 で あ る.. 示 す とお り,砂 堆 部 で の 中 折 れ 点 下 層 に お. い て 後 流 対 数 分 布 則 で あ る 山 岡 の 式 を 適 用 す る こ とに よ り,観 測 値 との 一 致 が 良 好 で あ る と言 え る. 以 上 よ り砂 堆 が 発 生 し 中折 れ の 流 速 分 布 が 確 認 さ れ. 開水 路 に お け る一 般 的 な 流 速 の 対 数 分 布 則 は(4)式. る場 合,今. で 表 さ れ る.. 後 の デ ー タ の 蓄 積 が 必 要 で は あ る が,後. 流. 対 数 分 布 則 を 用 い る こ とが 有 効 で あ る可 能 性 が あ る と. (4) お け る 流 速,Ar:8.5(粗. 面),κ:カ ル マ ン定 数(0.4),z:水. 深,κs:相 当粗 度(こ こ. 水 理 量 等 を 用 い て 逆 算 し0.043)で. ぼ 一 致 し て い る が,No.1・No.2で. はほ. は,水 深 下 層 に お い. て 対 数 分 布 則 か ら大 き く外 れ て い る.こ. 流 を考 慮 した 流量算 出. 砂堆 が発 生 して い る場 合 に は,水 深方 向 の流 速分 布 が 対数 分布 則 だ けで は説 明が 出来 ず,後 流対 数 分布 則. あ る.. 観 測 値 と対 数 分 布 則 に よ る 流 下 方 向流 速 分 布 を 図‑14 に 示 す,併 せ て 横 断 方 向 流 速 分 布 も示 す.No.3で. 考 え ら れ る.. 4.3後. こ こでz:河 床 か らの 距 離,uz:zに で は 表‑1の. (5). 度11)で あ り,観 測 結. れ は砂堆 に よ. る 後 流 の 可 能 性 が あ る と考 え12),観 測 値 と対 数 分 布 則. ―704―. を 考慮 す る必要 が あ る ことが確 認 され た.こ こで前 述 の観 測 手法 別 に よる流 量観 測比 較 を行 った 際 に,浮 子 を用 いた高 水流量 観測結 果 とADCPを. 用い た流量観 測. 結果 に差 が生 じた が,こ れ につ い て水深 方 向の 流速 分 布 を用 いて考 察 を行 う..
(7) 図‑13ADCPに. よる河 床高 測定. 高水 流量 観測 で は対 数則 分布 か ら大 き く外れ るよ う な流速 分布 で あ った場 合,浮 子 を 用い た流 量算 出 に は. 5.1既. 往の 掃流 砂 量式. 掃 流 砂 量 式 は 多 くの 計 算 式 が 提 案 さ れ て い る.掃. 流. 誤 差 が含 まれ る可 能性 が考 え られ る.こ れは従 来,流. 砂 の 運 動 は 流 水 と河 床 面 の 境 界 近 傍 の ご く薄 い 層 で 発. 速 の鉛 直分 布 曲線 の想 定 が 困難 であ り,室 内実 験水 路. 生 す る複 雑 な 現 象 で あ る た め,流 砂 の 運 動 機 構 の モ デル. と実 際河川 との流 れ の比較 が 困難 で あ る等 の理 由に よ. 化 な い しは 次 元 解 析 的 な手 法 に よ っ て 掃 流 砂 量 式 が 誘. る もので あ る14).. 導 さ れ て い る.こ. 千代 田実 験水 路 で の実験 で は,浮 子 を用 い た流量 観 測,ADCPを. 用い た流量観 測,ADCPを. 用 い た河 床波. 形 状 の観測 と河床 波上 の流 速分 布 が得 られて い る.こ. Peter‑Mullerの. こ で は次 元 解 析 モ デ ル と し てMeyer. 式15),抗. 力 モ デ ル と して 芦 田 ・道 上 の. 式7),揚. 力 モ デ ル と し て 佐 藤 ・吉 川 ・芦 田 の 式16)を 用. い て,粒. 径 別 に掃 流 砂 量 計 算 を 行 っ た.こ. の とき前述. れ よ り対数 分布 則 を仮 定 した場 合 と,後 流 等 を考慮 す. し た よ うに 実 験 水 路 上 に 砂 堆 が 形 成 さ れ た と し て 有 効. る対数 分布 則 か ら外れ て い る場 合 につ い て,単 位 幅流. 掃 流 力 を 考 慮 し た.そ. 量 を算 出 し比 較 す る こ と とした.単 位 幅流 量 は(6)式. 下 に 示 す.. を用い る.. れ ぞれ の粒 径 別掃 流砂 量式 を以. 芦 田 ・道 上 の 式 は(8)式. で 表 さ れ る.. (6). (7). こ こでq:単 位 幅 流 量 で あ る.こ の式 を 用 い て一 例 と して 後 流 区 間 で あ る 図‑14のNo.1に. つ い て 計 算 を 行 う と,. 対 数 分 布 則 の 値 を 用 い る と単 位 幅 流 量 は1.99m2/s,砂. こ こ でdiは 土 粒 子 の 粒 径(全14区. 堆 の 影 響 を 考 慮 し後 流 対 数 分 布 則 の 値 を 用 い る と単 位. 囲 の 中 央 値),下 付 添 字iは 混 合 粒 径 にお け る粒 径diの. 幅 流 量 は1.72m2/sで. 粒 子 に 対 す る物 理 量 で あ る こ とを 示 す(以 下 に 現 れ る記. あ り,対 数 分 布 則 の み の 値 を 用 い. た 場 合 と 比 較 す る と約86.6%で 量 観 測 結 果(ADCPを 測 値 の‑15%)と. あ る.こ. れ は今 回 の流. 用い た流 量観 測 値 は高水 流 量観. 号 全 て に共 通).ま た,qbi:粒 径 別 掃 流 砂 量,pi:粒 径diの 粒 子 が 河 床 に 存 在 す る割 合(各 粒 径 区 分 範 囲 の存 在 率), :土砂 の 水 中 比 重,g:重. 概 ね 一 致 す る.ま た 例 え ばNo.1とNo.3. 分 した 各 粒 径 区 分 範. 力 加 速 度,T'*i:粒 径 別 無 次 元 s有. で は 水 深 は 概 ね 等 し く,流 下 方 向 流 速 分 布 も底 面 を 除. 効 掃 流 力,T*ci:粒 径 別 無 次 元 限 界 掃 流 力(=u2*ci/sgdsi),. き ほ ぼ 一 致 して お り,こ れ で は 流 量 が 地 点 に よ り異 な. u'*:有効 摩 擦 速 度,u*:摩. る こ と と な る が,No.1とNo.3の. 力(=u2*/sgdi)で. す る とNo.1で. 横 断方 向流速 を 比較. は特 に 水 深 下 層 部 で の 値 が 大 き く,こ れ. が 要 因 の 一 つ と考 え ら れ る.た. だ し こ れ は 流 況1ケ. 度 は(8)式. 擦 速 度,T*i:粒 径 別 無 次 元 掃 流. あ る.こ. こでu*ci:粒 径 別 限 界 摩 擦 速. で 示 すEgiazaroff・. 浅 田 の 式17)で 求 め る.. ー. ス で 一 部 の み の 結 果 を 用 い た 比 較 で あ り,今 回 の 結 果 か ら結 論 を 出 す に は 早 急 で あ る が,流. (8). 量観 測手 法 に よ. り誤 差 が 生 じ る 原 因 の 一 つ の 可 能 性 が あ る と言 え る. 佐 藤 ・吉 川 ・芦 田 の 式 は(10)式 5.掃. で 表 さ れ る.. 流 砂量 の検討. (9) こ こで は 前 述 の 掃 流 砂 量 の 観 測 結 果 と既 往 の 掃 流 砂 理 論 式 と の 比 較 を 行 い,千. 代 田実験 水 路 にお いて適 用. 可 能 な 掃 流 砂 理 論 式 を 明 ら か に す る.. ―705―.
(8) 粒径区分. 図‑15無. 次 元掃流 砂 量. n≧0.025f(n=0.623. 図‑16粒. 径別 土砂 量. n≦0.025f(n)=0.623(40n)‑3.5. Meyer. Peter‑Mullerの. 式 は(11)式. で 表 さ れ る 。. 図‑16に. 粒 径 別 掃 流 砂 量 を 比 較 し た 結 果 を 示 す.こ. れ よ り今 回 の 条 件 下 で は 観 測 値 に 対 して,佐 藤 ・吉 川 ・. (10). 芦 田 の 式 で は よ り粒 径 の 細 か い も の が 過 大 に 計 算 さ れ る結 果 と な っ た.こ. れ に 対 し,芦. 田 ・道 上 の 式 は 観 測. 値 と比 較 し粒 径 の 広 い 範 囲 で 同 じ傾 向 を 示 す こ とが わ か っ た. 以 上 の 結 果 よ り,千 代 田 実 験 水 路 の 水 理 条 件 ・河 床 材 料 等 の 条 件 下 で は,芦 こ こ でnb:Stlicklerの 粗 度 係 数,d90:粒 径(た だ し,こ. 度 分 布 の90%粒. こ で の 単 位 は[cm]),n:マ. 田 ・道 上 の 式 を 適 用 す る こ と. が 最 適 で あ る と言 え る.但. し,こ. れ は1ケ. ー スの みの. 観 測 結 果 を 比 較 し て い る だ け で あ る た め,今. ン ニ ン グの 粗. 度 係 数 で あ る.. な 流 況 下 で 観 測 を 行 い,検. 後 は様 々. 討 を 行 う必 要 が あ る.さ. に 各 掃 流 砂 量 式 毎 に 結 果 に 違 い 生 じ て い る が,こ. こ こで 各 掃 流 砂 量 式 の 特 徴 につ い て 簡 単 に 述 べ る18).. とに つ い て も今 後,検. ら. のこ. 討 を 行 な う予 定 で あ る.. 混 合粒 径 にお ける掃 流砂 量 を粒 径別 に計 算 出来 る よ う に 芦 田 ・道 上 の 式 と佐 藤 ・吉 川 ・芦 田 の 式 は 考 慮 さ れ て い る が,Meyer. Peter‑Mullerの. 式 は 本 来,全. 流砂 量. を 算 出 す る 式 で あ り粒 径 別 に 計 算 す る式 とは な っ て い な い.そ. こ で 粒 径 別 に 計 算 が 出 来 る よ う に便 宜 的 に0修. 正(di,pi,T*ciを. 導 入)し,(10)式. と し て広 く用 い ら. れ て い る.. 6.ま. とめ. 今年 度 は小 雨の た め流量 規模 が 小 さい条 件 下で の実 験 と な っ た が,今 とな っ た.1)小. 回 の 観 測 結 果 よ り次 の こ と が 明 らか 規 模河 床波 の領 域 区分が 実 スケー ル で. も 適 用 可 能 で あ る.2)砂. 観 測 値 と の 比 較 を 行 う に あ た りCase2は 砂 堆 が 発 生 し て い た.そ Peter‑Mullerの. 前述 の通 り. こで 芦 田 ・道 上 の 式,Meyer. 式 は 有 効 掃 流 力 を 導 入 して い る(Ｔ'*i).. 佐 藤 ・吉 川 ・芦 田 の 式 に は 有 効 摩 擦 速 度 ・有 効 掃 流 力 を 表 す 項 が 入 っ て い な い.し. か しf(n)に は 粗 度 係 数n. が 含 ま れ て お り,観 測 結 果 よ りnを. 求 め る こ とによ り. 河 床 波 と河 床 材 料 に よ る 抵 抗 を 考 慮 す る こ と が 出 来 る 。. 堆 上 の流速 分布 に は中折 れ点. が 存 在 し,こ の 点 よ り水 深 の 浅 い 箇 所 で は 後 流 対 数 分 布 則 を 用 い る こ とで 説 明 が 可 能 で あ る3)砂. 堆 に よ る後. 流 が 浮 子 を 用 い た 流 量 観 測 値 とADCPを. 用 い た流 量. 観 測 値 の 差 に 影 響 を 与 え て い る可 能 性 が あ る.4)実 ケ ー ル で あ る 千 代 田実 験 水 路 に お い て は,掃. 流砂 量式. は 芦 田 ・道 上 の 式 が 適 用 で き る.今 後 は2007年 実 施 で あ っ た 大 流 量 下 で の 実 験 を 行 い,よ. ス. 度に未. り幅 広 い 流. 量 下 で の 現 象 を 明 らか に す る 必 要 が あ る 。 5.2観. 測 値 と既 往 の 掃 流 砂 量 式 の 比 較. 図‑15に. 無 次 元 掃 流 力 の 結 果 を 示 す.こ. の 結 果 よ り,. 観 測 値(土 研 型 の 観 測 結 果 の 平 均 値)と 比 較 す る 芦 田 ・ 道 上 の 式,及. び 佐 藤 ・吉 川 ・芦 田 の 式 と概 ね 一 致 して い. る が,Meyer. Peter‑Mullerの. 式 で は過 大 とな って い る.. 参 考 文 献 1). 十 勝 川 千 代 田 実 験 水 路, 建 設 部,. http: //www.. chiyoda/zi/zi0. 2). GPS連. 国土 交 通 省 北 海 道 開 発 局 帯 広 開発 ob. hkd. mlit. go. jp/hp/kakusyu/. htm 続. 観. 測. シ. ス. テ. ム,. http: // vldb. gsi. go. jp/sokuchi/shape.. ―706―. 国. 土. html. 地. 理. 院,.
(9) 3) 研 究 概 要 書: 健 全 な 水 循 環 系 ・流 砂 系 の 構 築 に 関 す る 研 究, 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所, 参 考 資 料, pp.8, 2006. 4) Win River操 作 手 順 書, 株 式 会 社SEA, pp.31, 2005. 5) 安 芸 皎 一, 浮 子 特 に 竿 浮 子 に 依 る 観 測 流 速 の 更 正 係 数 に 就 い て, 土 木 学 会 誌, 1932.. 第18巻. 第1号,. pp.105‑129,. 6) 例 え ば, 木 下 良 作: ADCP (超音 波 流 速 計) に よ り うか が わ れ る 洪 水 時 の 流 れ 構 造, 土 木 学 会 第51回 水 工 学 講 演 会, PP.12, 2007. 7) 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 研 究, 土 木 学 会 論 文 報 告 集, 第206号, pp.59‑69, 1972. 8) 黒 木 幹 男 ・岸 力: 中 規 模,. 中規模 河床 形態 の領 域 区分 に. 関 す る 理 論 的 研 究, 土 木 学 会 論 文 集, 第342号, 1984. 9) 藤 田 裕 一 郎 ら: 網 状 流 路 の 形 成 過 程, 土 木 学 会 第31回 10). 水 理 講 演 会 論 文 集, pp.695‑700, 1987. 池 田 駿 介 ら: 砂 床 蛇 行 河 川 の 三 次 元 流 れ と河 床 形 状, 土. 木 学 会 論 文 集, 第369号, pp.99‑108, 1986. 11) 水 理 公 式 集, 土 木 学 会, pp.183, 1999. 12) 横 山 洋 ・喜 澤 一 史 ・長 谷 川 和 義: 鵡 川 洪 水 に お け る 水 位 変 化 と 水 理 量 の 関 係 に つ い て, 土 木 学 会 第55回 年 次 学 術 講 演 会 第2部, pp.204‑205, 2000. 13) 山 岡 勲: 河 床 上 の 矩 形 粗 度 が 水 路 の 抵 抗 に 及 ぼ す 効 果 の 研 究, 土 木 試 験 所 報 告, 第27号, 14) 水 文 観 測, 全 日本 建 設 技 術 協 会,. 1962. pp.165,. 1996.. 15) Meyer-Peter,E. and Muller,R.: Formulas for bed-load transport, Proc.2nd Cong. ITAH, Stockholm, Sweden, pp.39-64, 1948. 16) 佐 藤 清 一 ・吉 川 秀 夫 ・芦 田和 男: 河 床 砂 礫 の掃 流 運 搬 に 関 す る 研 究 (1), 建 設 省 土 木 研 究 所 報 告, 第98号, 1958.. pp.13‑31,. 17) Egiazaroff, I.V.: Calculation of Nonuniform Sediment Concentrations, Proc. ASCE, vol.91, No.HY4, pp.225-247, 1965. 18) 末 次 忠 司 ・日 下 部 隆 昭 ・谷 口丞: 土 砂 動 態 予 測 の た め の 河 床 変 動 モ デ ル の 改 良, 国 土 技 術 政 策 総 合 研 究 所 資 料, No.69, pp.58‑60, 2003.. (2008年4月14日. 受 付). ―707―.
(10)
関連したドキュメント
