図-1 本研究の位置づけ

(1)

本研究では，潮汐流，沿岸流，波浪などのない河口部での河口近傍での河床変動の解明を目的とする．

河口部の地形変化の予測ができれば，

・河口閉塞などの土砂堆積が上流側の水位に与える影響

・河口処理対策として浚渫を行うべきか否かの検討を行うことが可能となる．

河口では，

〇河川流，潮汐流，沿岸流，波浪などの影響が複雑に絡みあう為，土砂動態の解明が困難である．

〇大規模な砂州が極端に発達すると，

・河口閉塞による水位上昇

・平水時に航路障害などの問題が生じる．

本研究では，潮汐流，沿岸流，波浪などのない河口部での河口近傍での河床変動の解明を目的とする．

河口部の地形変化の予測ができれば，

・河口閉塞などの土砂堆積が上流側の水位に与える影響

・河口処理対策として浚渫を行うべきか否かの検討を行うことが可能となる．

河口では，

〇河川流，潮汐流，沿岸流，波浪などの影響が複雑に絡みあう為，土砂動態の解明が困難である．

〇大規模な砂州が極端に発達すると，

・河口閉塞による水位上昇

・平水時に航路障害などの問題が生じる．

図-1 本研究の位置づけ

FLOW

写真-1 実験水路河口近傍における河床の形成過程と水理特性に関する研究

A STUDY ON RIVER BED FORMATION AND HYDRAULIC CHARACTERISTICS IN THE VICINITY OF RIVER MOUTH

土木工学専攻１０号一木慎太朗 Shintaro ICHIKI １．はじめに

洪水で運搬されてきた土砂により砂州が極端に発達すると，河口閉塞をもたらし洪水時に水位の上昇により氾濫の危険が生じ，平水時には航路障害などの問題が生じる．また，河川と海岸が接続する河口部では，

河川改修などの人為的な影響と，洪水，潮汐，波浪などの自然現象による影響が複雑に絡み合うため，河口における河床形状と水理特性に与える原因を解明することが困難な状況にある．福岡

^１）

らは実河川における河口部の河床変動量を推算しておられるが，本研究では，潮汐流，沿岸流，波浪などのない河口部近傍での河床変動の解明を目的とする．図-1 に本研究の位置づけを示す．具体的には，河口部を有する水路における河床変動実験を行う.また，一次元河床変動解析を用い，実河川を想定した場合の河口における水面形，

水理量および河床への影響の把握を水理学的観点から行う．

２．河口部を有する水路における河床変動実験２−１．実験概要

著者らは，河口部を有する水路(写真-１)を用いて河床変動実験を行った．本実験では，水路幅が拡幅及び勾配が変わる地点を基準点(0cm)とし河口と定義する．

実験に用いた水路は 2 種類あり，河口から流下方向の水路形状が異なるものである．河口より上流側が水路長 900cm，水路幅 15cm，水路床勾配 1/1000，河口から流下方向に水路長 90cm，水路幅 80cm，水路床勾配 1/10 の直線の単断面水路を case1 とし，河口から流下方向に水路長 200cm，水路幅 155cm，水路床勾配 1/10 の直線の単断面水路を case2 とする．流量は，給水タンクの越流水深から流量を算出し流量一定で流し，水は水路幅が拡幅した水路の右岸側，左岸側，流下方向の 3 方向から越流するよう設計した．実験では 6 時間ごとに水深，流速，河床高を測定し，水深及び流速は水路縦断方向に 20cm 間隔，河床高は横断及び縦断方向に 5cm 間隔で測定した．測定方法は，水深と河床高をポ

イントゲージ，流速は 3 次元電磁流速計を用いた．実験には豊浦標準砂（平均粒径 0.2mm）を使用した．上流側からの給砂は行わないものとした．河口での水位が7cm，流量を3.5L/sで流したものをcase1とし， case2 での河口での水位が 7cm，流量を 3.5L/s で流したものを case2-1，河口での水位が 2cm，流量を 2.5L/s， 3.5L/s で流したものをそれぞれ case2-2，case2-3 とする．

２−２．実験結果

case1，case2-1，case2-2，case2-3 における通水 18

(2)

河口からの距離[cm]

水路左岸からの距離[cm]

河床変動量 [mm]

-100-80 -60-40 -200 2040 6080 100120 140160

-20 0

0 0

0 20 0

20

20 40 40

60

-20

-20 -40 -20-40

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Flow

河口 80cm

80cm

-100-80 -60-40 -200 2040 6080 100120 140160

-20 0

0 0

0 20 0

20

20 40 40

60

-20

-20 -40 -20-40

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Flow

河口

-100-80 -60-40 -200 2040 6080 100120 140160

-20 0

0 0

0 20 0

20

20 40 40

60

-20

-20 -40 -20-40

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

-100-80 -60-40 -200 2040 6080 100120 140160

-20 0

0 0

0 20 0

20

20 40 40

60

-20

-20 -40 -20-40

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 -100-80-60-40-20020406080100120140160 -20

0

0 0

0 20 0

20

20 40 40

60

-20

-20 -40 -20-40

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Flow

河口 80cm

80cm

図-2 case1 の通水 18 時間後の

初期河床からの河床変動量分布

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0 20

0 0

20 40 0

60 0

0 0

0 60

0

0 -20

-20 -20

0

0 0

0

0 0

0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 河床変動量 [mm]

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0 20

0 0

20 40 0

60 0

0 0

0 60

0

0 -20

-20 -20

0

0 0

0

0 0

0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0 20

0 0

20 40 0

60 0

0 0

0 60

0

0 -20

-20 -20

0

0 0

0

0 0

0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Flow

河口 200cm

80cm

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0 20

0 0

20 40 0

60 0

0 0

0 60

0

0 -20

-20 -20

0

0 0

0

0 0

0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 河床変動量 [mm]

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0 20

0 0

20 40 0

60 0

0 0

0 60

0

0 -20

-20 -20

0

0 0

0

0 0

0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0 20

0 0

20 40 0

60 0

0 0

0 60

0

0 -20

-20 -20

0

0 0

0

0 0

0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Flow

河口

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0 20

0 0

20 40 0

60 0

0 0

0 60

0

0 -20

-20 -20

0

0 0

0

0 0

0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 河床変動量 [mm]

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0 20

0 0

20 40 0

60 0

0 0

0 60

0

0 -20

-20 -20

0

0 0

0

0 0

0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0 20

0 0

20 40 0

60 0

0 0

0 60

0

0 -20

-20 -20

0

0 0

0

0 0

0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Flow

河口 200cm

80cm155cm

図-3 case2-1 の通水 18 時間後の初期河床からの河床変動量分布

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

-40 -40 -20 -20 0 0

0 20

20 20

40

60

60 10080

80

80 100

120

-60 -60

-60 -60 -60

0

0 0

0

0 0

0

-60

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

河口 Flow

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

-40 -40 -20 -20 0 0

0 20

20 20

40

60

60 10080

80

80 100

120

-60 -60

-60 -60 -60

0

0 0

0

0 0

0

-60

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

-40 -40 -20 -20 0 0

0 20

20 20

40

60

60 10080

80

80 100

120

-60 -60

-60 -60 -60

0

0 0

0

0 0

0

-60

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

-40 -40 -20 -20 0 0

0 20

20 20

40

60

60 10080

80

80 100

120

-60 -60

-60 -60 -60

0

0 0

0

0 0

0

-60

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

河口 Flow

図-4 case2-2 の通水 18 時間後の初期河床からの河床変動量分布

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

-40 -20

-20 0 0

0 20

20

40

60

60 80

100 120

100

100 80

60 60

-40 -60-40 -60

-40 -40 -40

-40 -40

0

0 0 0

0 0

0 0 0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Flow

河口

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

-40 -20

-20 0 0

0 20

20

40

60

60 80

100 120

100

100 80

60 60

-40 -60-40 -60

-40 -40 -40

-40 -40

0

0 0 0

0 0

0 0 0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Flow

河口

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160

-40 -20

-20 0 0

0 20

20

40

60

60 80

100 120

100

100 80

60 60

-40 -60-40 -60

-40 -40 -40

-40 -40

0

0 0 0

0 0

0 0 0

-65 -45 -25 -5 15 35 55 75

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Flow

河口

図-5 case2-3 の通水 18 時間後の初期河床からの河床変動量分布時間後の初期河床からの河床変動量のコンターを図-2，

図-3，図-4，図-5，各 case の通水 18 時間後の縦断方向での断面中央流速，水位，横断平均河床高をそれぞれ図-6，図-7，図-8 に示す．

２−２−１．河道形状の違いによる結果の比較図-2，図-3 より case1 は土砂堆積形状が横断方向に 2 山堆積しているが case2-1 では土砂堆積形状が 1 山に発達している．これは case1 の河口から流下方向の河床面積が狭いため，壁の影響により流下方向に砂を運ぶことができず，土砂堆積が横断方向に発達したと考えられる．最大河床変動量に着目すると case1，

case2-1 共に約 60cm となっているがその位置が異なり case2-1 が河口から離れた位置に堆積しており，壁が土砂輸送を阻害していることがわかる．図-6 より水位は，case1 と case2-1 共に河口上流側で低下背水が起きている．図-7 の横断平均河床高に着目すると case1 と case2-1 に大きな差があり，壁が土砂堆積に大きな影響を与えることがわかる．図-8 より case1 の断面中央流速は，河口部近傍で case2-1 に比べ高い値を示している．これは case2-1 では断面中央に土砂が堆積しており流れを阻害し流速の低下を引き起こすが，case1

は断面中央に土砂が堆積しておらず土砂による流速への影響が少ないため流速差が生じたと考えられる．本実験のように河口部近傍が狭い場合，土砂堆積形態に大きな影響を与え，最大河床変動量，最大河床変動量の位置が変化することがわかった．

２−２−２．下流端境界水位の違いによる結果の比較

図-3，図-4 より，case2-2 は土砂堆積形状が縦断方

向に 2 山,case2-1 は土砂堆積形状が 1 山に発達してお

り case2-1 は case2-2 に比べ実験水路全体の河床変動

量が少ない．図-6 より流速は case2-1 において山を越

えたあたりで流速がほぼ0m/s にとなるがcase2-2 では

流速に急激な低下はみられない．これは最大河床変動

量の違いの影響で case2-1 は堆積した山の影響を受け

るが，case2-2 は山の上を水が流れ堆積した砂による

流速の影響が少ないからと考えられる．水位の変化は

他の比較と同様で、河口付近に水位差があり，河口よ

り上流では低下背水が起こっていることがわかる．本

実験のような下流端水位の変化させた場合，下流端水

位が低い場合は河道内の砂を運び河口での堆積が発達

するが，下流端水位が高い場合は堆積する砂の量が少

なく流速は堆積した砂の影響が少ないということがわ

(3)

–200 –175 –150 –125 –100 –75 –50 –25 0 25 50 75 100 125 150 2

3 4 5 6 7 8 9

– –

–

水位[cm]

155cm Flow 15cm

case1 case2–1 case2–2

80cm

–

case2–3 case1

case2-1

case2-2 case2-3

case1下流端 case2下流端

河口河口

図-6 各 case の通水 18 時間後の水位図

–200 –175 –150 –125 –100 –75 –50 –25 0 25 50 75 100 125 150 –20

–15 –10 –5 0

横断平均河床高[cm]

– –

case1 case2–1 case2–2 case2–3 初期河床高 –

case1 case2-1

case2-2 case2-3 初期河床高 case1下流端

case2下流端

図-7 各 case の通水 18 時間後の横断面平均河床高

–200 –150 –100 –50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 –10

0 10 20 30 40 50

– ––

断面中央流速[cm/s]

155cm Flow 15cm

case1 case2–1 case2–2 80cm

case2–3 –

case1 case2-1 case2-2 case2-3

河口河口

図-8 各 case の通水 18 時間後の断面中央流速図かる．

２−２−３．上流端境界流量の違いによる結果の比較図-4，図-5よりcase2-3は土砂堆積形状が1山だが、

case2-2 は土砂堆積形状が縦断方向に 2 山となっている．また横断方向の広がりに着目すると流量の多い case2-2 に比べ流量の少ない case2-3 が横断方向に発達している．図-6 より水位は，河口より流下方向では一致がみられ河口より上流では低下背水が生じており，

また河道内では水位差がある．これは case2-2 が case2-3 より河道内の河床変動量が多い事により生じたと考えられる．断面中央流速は図-8 から case2-2 では最大河床変動量となった位置では流速がほぼ 0m/s を示している．以上より，流速が低い case2-2 では流れが河口に堆積した山を越えずに砂を運んだため横断方向に広がり、流速が高い case2-2 は堆積した山を避けるように砂を運んだため縦断方向に広がったと考えられる．本実験のような流量を与えた場合、最大河床変動量，堆積・洗堀位置が異なり，また流量の多い case2-2 では縦断方向に堆積が発達し、流量の少ない case2-3 は横断方向に堆積が発達することを示した．

３．実スケールの河道モデルを対象とした数値計算３−１．一次元河床変動解析の概要

本論文では，運動量保存式，連続式，堆積物の連続式及び Engelund&Hansen の流砂量公式を用いて一次元河床変動計算を行った．数値計算は，水位及び x 方向の流量フラックスについて差分し，陰解法を用いた．

計算条件は，時間差分間隔Δt =10s，空間差分間隔Δx

=20m とした．河道に関する設定条件は，水路延長 103km，河幅を上流から 100km の地点で 500ｍから 4000m に広げ，河床勾配を河口の地点で 1/10000 から 1/100 に勾配を急にし， Manning の粗度係数は 0.03s/m

^1/3

で一様とした．初期条件は，定常状態における等流水深を与えた．上流端境界条件は 10000m

³

/s，6000m

³

/s，

2000m

³

/s 一定で与えた．下流端境界条件は 2m， 4m，

6m 一定で与えた．土砂粒径は 0.5mm 一様で与え，土粒子密度を 2.65g/cm

³

で与えた．

３−２．下流端水位が水面形・河床に与える影響の解明

河口から上流に 1km，下流に 1km の距離 2km の区間における通水 48 時間後の水位・河床高縦断図を図-9

に，流速縦断分布図およびフルード数縦断分布図を図 -10 に示す．下流端水位が低くなるにつれ河口より上流側は浸食され，浸食縦断距離も長くなっている．また，河口より下流側の堆積縦断距離も長くなるが下流端境界水位によって堆積深は異なることがわかる．

流速は各時間のいずれも河口で最大値をとっており，

上流側から河口に向かって増加している．また，フルード数は流量が増えることで土砂堆積が増え，河口より下流側で最大となっている．フルード数は下流端境界水位が 8m 以上では河口でフルード数が最大になり，

8m 未満では河口より下流側で最大値に達することがわかる．

３−３．上流端流量が水面形・河床に与える影響の解明

河口から上流に 1km，下流に 1km の距離 2km の区間

における通水 48 時間後の水位・河床高縦断図を図-11

(4)

–1000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 –10

–8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12

–10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12

水位 [m]

河口からの距離 [m]

Flow

500m 4000m

河口

河床高 [m]

水位 [m] （下流端水位 2.0m）水位 [m] （下流端水位 6.0m）水位 [m] （下流端水位 10.0m）

河床高 [m] （下流端水位 2.0m）河床高 [m] （下流端水位 6.0m）河床高 [m] （下流端水位 10.0m） 2m

6m 10m

2m

6m

–1000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

–10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12

水位 [m]

Flow

500m 4000m

河口

河床高 [m]

水位 [m] （下流端水位 2.0m）水位 [m] （下流端水位 6.0m）水位 [m] （下流端水位 10.0m）

河床高 [m] （下流端水位 2.0m）河床高 [m] （下流端水位 6.0m）河床高 [m] （下流端水位 10.0m） 2m

6m 10m

2m

6m

図-9 通水 48

時間後の河口部における水位・河床高縦断図

–10000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

1 2 3 4 5

–10000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

0.2 0.4 0.6 0.8 1

フルード数

Flow

4000m 500m

河口

流速縦断図

フルード数縦断図

下流端水位2.0m

流速 [m/s]

下流端水位10.0m 下流端水位6.0m

下流端水位2.0m 下流端水位10.0m 下流端水位6.0m 2m

10m 6m

2m

10m 6m

–10000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

1 2 3 4 5

–10000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

0.2 0.4 0.6 0.8 1

フルード数

Flow

4000m 500m

河口

流速縦断図

下流端水位2.0m

流速 [m/s]

下流端水位10.0m 下流端水位6.0m

下流端水位2.0m 下流端水位10.0m 下流端水位6.0m 2m

10m 6m

2m

10m 6m

図-10 通水 48

時間後の流速・フルード数縦断図

–1000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

–10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8

水位 [m]

Flow

500m 4000m

水位 [m] （上流端流量 2000m³/s）

河口 ^{水位・河床高縦断図}

河床高 [m]

河床高 [m] （上流端流量 2000m³/s）

10000m³/s 6000m³/s

2000m³/s

10000m³/s

6000m³/s 2000m³/s

–1000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

–10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8

水位 [m]

Flow

500m 4000m

河口 ^{水位・河床高縦断図}

河床高 [m]

10000m³/s 6000m³/s

2000m³/s

10000m³/s

6000m³/s 2000m³/s

図-11 通水 48

時間後の河口部における水位・河床高縦断図

–10000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

1 2 3 4 5

–10000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

0.2 0.4 0.6 0.8 1

フルード数

Flow

4000m 500m

河口

流速縦断図

流速 [m/s]

上流端流量10000m³/s 上流端流量6000m³/s 上流端流量2000m³/s 上流端流量10000m³/s 上流端流量6000m³/s 上流端流量2000m³/s 10000m³/s

6000m³/s

2000m³/s

10000m³/s

6000m³/s 2000m³/s

–10000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

1 2 3 4 5

–10000 –500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

0.2 0.4 0.6 0.8 1

フルード数

Flow

4000m 500m

河口

流速縦断図

流速 [m/s]

上流端流量10000m³/s 上流端流量6000m³/s 上流端流量2000m³/s 上流端流量10000m³/s 上流端流量6000m³/s 上流端流量2000m³/s 10000m³/s

6000m³/s

2000m³/s

10000m³/s

6000m³/s 2000m³/s

図-12 通水時間 48

時間後の流速・フルード数縦断図

に，流速縦断分布図およびフルード数縦断分布図を図

-12 に示す．上流から与える流量が増えるにつれ河口より上流側は浸食され，浸食縦断距離も長くなっている．また，河口より下流側の堆積縦断距離も長くなることがわかる．流速は各時間のいずれも河口で最大値をとっており，上流側から河口に向かって増加し，フルード数は流量が増えることで土砂堆積が増え，河口より下流側で最大となっている．

４．まとめ

(1)下流端境界水位が変化しても，河口より上流側で洗堀，下流側で堆積することがわかった．また本論文の河道条件では下流端境界水位が低くなるにつれ，洗堀・堆積縦断距離および最大洗堀深は増加するが，最大堆積深は下流端境界水位によって異なることがわかった．

(2)河口より下流側の水路が狭い Case1 では１次元河床変動解析と同様に断面平均流速は上流から河口に向かって上昇し河口で最大値をとっているが，河口より下流側の水路が広い Case2 では河口より上流側で最大値をとりその値はどの断面でもほぼ一様となっていることがわかった．

(3) 流量を変化させると，土砂堆積形状が縦断方向や横断方向に堆積し，ある位置までは河床変動量が同じ値を示すが，最大河床変動量やその位置は変化することを示した．下流端水位の変化が，水路全体の河床変動量に大きな影響を与えることを示し、河口部近傍での最大河床変動量が流速に影響を与えることがわかった．

参考文献

1) 川口広司，福岡捷二，安部友則：常願寺川河口部における洪水中河床変動量の推算と河口部計画の改善策，水工学論文集，第 51 巻，

2007.2

2) 宇野宏司，中野晋，辻本剛三，柿木哲哉：吉野川河口における河床変動要因の解析，水工学論文集，第 51 巻，2007.2

3) 舛屋繁和，清水康行，ウォンササニット，村上泰啓：流域規模での洪水流出および土砂流出特性について，水工学論文集第 50 巻，

2006.2

図-1 本研究の位置づけ

本研究では，潮汐流，沿岸流，波浪などのない河口部での河口近傍での 河床変動の解明を目的とする．

本研究では，潮汐流，沿岸流，波浪などのない河口部での河口近傍での 河床変動の解明を目的とする．

図-1 本研究の位置づけ

FLOW

写真-1 実験水路 河口近傍における河床の形成過程と水理特性に関する研究

A STUDY ON RIVER BED FORMATION AND HYDRAULIC CHARACTERISTICS IN THE VICINITY OF RIVER MOUTH

土木工学専攻 １０号 一木 慎太朗 Shintaro ICHIKI １．はじめに

洪水で運搬されてきた土砂により砂州が極端に発 達すると，河口閉塞をもたらし洪水時に水位の上昇に より氾濫の危険が生じ，平水時には航路障害などの問 題が生じる．また，河川と海岸が接続する河口部では，

河川改修などの人為的な影響と，洪水，潮汐，波浪な どの自然現象による影響が複雑に絡み合うため，河口 における河床形状と水理特性に与える原因を解明す ることが困難な状況にある．福岡

水理量および河床への影響の把握を水理学的観点か ら行う．

２．河口部を有する水路における河床変動実験 ２−１．実験概要

著者らは，河口部を有する水路(写真-１)を用いて河 床変動実験を行った．本実験では，水路幅が拡幅及び 勾配が変わる地点を基準点(0cm)とし河口と定義する．

２−２．実験結果

case1，case2-1，case2-2，case2-3 における通水 18

図-2 case1 の通水 18 時間後の

初期河床からの河床変動量分布

図-3 case2-1 の通水 18 時間後の 初期河床からの河床変動量分布

図-4 case2-2 の通水 18 時間後の 初期河床からの河床変動量分布

図-5 case2-3 の通水 18 時間後の 初期河床からの河床変動量分布 時間後の初期河床からの河床変動量のコンターを図-2，

図-3， 図-4， 図-5，各 case の通水 18 時間後の縦断方 向での断面中央流速，水位，横断平均河床高をそれぞ れ 図-6，図-7，図-8 に示す．

２−２−２．下流端境界水位の違いによる結果の比較

図-3， 図-4 より，case2-2 は土砂堆積形状が縦断方

向に 2 山,case2-1 は土砂堆積形状が 1 山に発達してお

り case2-1 は case2-2 に比べ実験水路全体の河床変動

量が少ない． 図-6 より流速は case2-1 において山を越

えたあたりで流速がほぼ0m/s にとなるがcase2-2 では

流速に急激な低下はみられない．これは最大河床変動

量の違いの影響で case2-1 は堆積した山の影響を受け

るが，case2-2 は山の上を水が流れ堆積した砂による

流速の影響が少ないからと考えられる．水位の変化は

他の比較と同様で、河口付近に水位差があり，河口よ

り上流では低下背水が起こっていることがわかる．本

実験のような下流端水位の変化させた場合，下流端水

位が低い場合は河道内の砂を運び河口での堆積が発達

するが，下流端水位が高い場合は堆積する砂の量が少

なく流速は堆積した砂の影響が少ないということがわ

– –

–

–

図-6 各 case の通水 18 時間後の水位図

図-7 各 case の通水 18 時間後の横断面平均河床高

図-8 各 case の通水 18 時間後の断面中央流速図 かる．

２−２−３．上流端境界流量の違いによる結果の比較 図-4， 図-5よりcase2-3は土砂堆積形状が1山だが、

３．実スケールの河道モデルを対象とした数値計算 ３−１．一次元河床変動解析の概要

本論文では，運動量保存式，連続式，堆積物の連続 式及び Engelund&Hansen の流砂量公式を用いて一次元 河床変動計算を行った．数値計算は，水位及び x 方向 の流量フラックスについて差分し，陰解法を用いた．

計算条件は，時間差分間隔Δt =10s，空間差分間隔Δx

=20m とした．河道に関する設定条件は，水路延長 103km，河幅を上流から 100km の地点で 500ｍから 4000m に広げ，河床勾配を河口の地点で 1/10000 から 1/100 に勾配を急にし， Manning の粗度係数は 0.03s/m

で一様とした．初期条件は，定常状態における等流水 深を与えた．上流端境界条件は 10000m

/s，6000m

/s，

2000m

/s 一定で与えた．下流端境界条件は 2m， 4m，

6m 一定で与えた．土砂粒径は 0.5mm 一様で与え，土 粒子密度を 2.65g/cm

で与えた．

３−２．下流端水位が水面形・河床に与える影響の解 明

河口から上流に 1km，下流に 1km の距離 2km の区 間における通水 48 時間後の水位・河床高縦断図を図-9

流速は各時間のいずれも河口で最大値をとっており，

上流側から河口に向かって増加している．また，フル ード数は流量が増えることで土砂堆積が増え，河口よ り下流側で最大となっている． フルード数は下流端境 界水位が 8m 以上では河口でフルード数が最大になり，

8m 未満では河口より下流側で最大値に達することがわ かる．

３−３．上流端流量が水面形・河床に与える影響の解 明

河口から上流に 1km， 下流に 1km の距離 2km の区間

における通水 48 時間後の水位・河床高縦断図を図-11

図-9 通水 48

図-10 通水 48

図-11 通水 48

図-12 通水時間 48

に，流速縦断分布図およびフルード数縦断分布図を図

４．まとめ

本研究では，潮汐流，沿岸流，波浪などのない河口部での河口近傍での河床変動の解明を目的とする．

本研究では，潮汐流，沿岸流，波浪などのない河口部での河口近傍での河床変動の解明を目的とする．

写真-1 実験水路河口近傍における河床の形成過程と水理特性に関する研究

土木工学専攻１０号一木慎太朗 Shintaro ICHIKI １．はじめに

洪水で運搬されてきた土砂により砂州が極端に発達すると，河口閉塞をもたらし洪水時に水位の上昇により氾濫の危険が生じ，平水時には航路障害などの問題が生じる．また，河川と海岸が接続する河口部では，

河川改修などの人為的な影響と，洪水，潮汐，波浪などの自然現象による影響が複雑に絡み合うため，河口における河床形状と水理特性に与える原因を解明することが困難な状況にある．福岡

水理量および河床への影響の把握を水理学的観点から行う．

２．河口部を有する水路における河床変動実験２−１．実験概要

著者らは，河口部を有する水路(写真-１)を用いて河床変動実験を行った．本実験では，水路幅が拡幅及び勾配が変わる地点を基準点(0cm)とし河口と定義する．

図-3 case2-1 の通水 18 時間後の初期河床からの河床変動量分布

図-4 case2-2 の通水 18 時間後の初期河床からの河床変動量分布

図-5 case2-3 の通水 18 時間後の初期河床からの河床変動量分布時間後の初期河床からの河床変動量のコンターを図-2，

図-3，図-4，図-5，各 case の通水 18 時間後の縦断方向での断面中央流速，水位，横断平均河床高をそれぞれ図-6，図-7，図-8 に示す．

図-3，図-4 より，case2-2 は土砂堆積形状が縦断方

量が少ない．図-6 より流速は case2-1 において山を越

図-8 各 case の通水 18 時間後の断面中央流速図かる．

２−２−３．上流端境界流量の違いによる結果の比較図-4，図-5よりcase2-3は土砂堆積形状が1山だが、

３．実スケールの河道モデルを対象とした数値計算３−１．一次元河床変動解析の概要

本論文では，運動量保存式，連続式，堆積物の連続式及び Engelund&Hansen の流砂量公式を用いて一次元河床変動計算を行った．数値計算は，水位及び x 方向の流量フラックスについて差分し，陰解法を用いた．

で一様とした．初期条件は，定常状態における等流水深を与えた．上流端境界条件は 10000m

6m 一定で与えた．土砂粒径は 0.5mm 一様で与え，土粒子密度を 2.65g/cm

３−２．下流端水位が水面形・河床に与える影響の解明

河口から上流に 1km，下流に 1km の距離 2km の区間における通水 48 時間後の水位・河床高縦断図を図-9

上流側から河口に向かって増加している．また，フルード数は流量が増えることで土砂堆積が増え，河口より下流側で最大となっている．フルード数は下流端境界水位が 8m 以上では河口でフルード数が最大になり，

8m 未満では河口より下流側で最大値に達することがわかる．

３−３．上流端流量が水面形・河床に与える影響の解明

河口から上流に 1km，下流に 1km の距離 2km の区間