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水工学論文集,60,20162ガタ土と砂礫で構成される河床を有する 筑後川感潮域の洪水時の土砂移動と河床変動 BED VARIATION AND SEDIMENT TRANSPORT DURING A FLOOD IN THE CHIKUGO RIVER ESTUARY WITH COMPLEX BED STRUCTURES 金子祐 1 ・福岡捷二 2 ・川邉英明 3 Yu KANEKO, Shoji FUKUOKA and Hideaki KAWABE 1 学生会員 中央大学大学院 理工学研究科 都市環境工学専攻(〒112-8551 東京都文京区春日1-13-272 フェロー 工博 Ph.D. 中央大学研究開発機構教授(同上) 3 国土交通省九州地方整備局筑後川河川事務所(〒830-8567 福岡県久留米市高野1-2-1It is known that the vertical structure of the river bed of the Chikugo River estuary consists of complex structures of gata-soil and sand. In this study, we develop a new model of bed variation analysis in the river estuaries with complex structures of bed layers, and we clarify the mechanism of bed variation and the amount of sand supply from the Chikugo River estuaries to the Ariake Sea during a flood. In the model, when the rate of volume of gata-soil is larger than the porosity of sand, bed variation are calculated by the GBVC method and continuity equation of sediment which takes into account the sediment discharge of sand and erosion speed of the cohesive material so as to correspond to the volume of gata-soil and sand. This is because the gata-soil has characteristics of the transportation different from sand and mixture of the sand and the gata-soil has great influence on the bed variation. Key Words : bed variation analysis , temporal changes in water surface profiles , complex structure , sand , cohesive sediment , chikugo estuary 1.序論 筑後川は有明海に注ぐ最大の河川であり,年間流 入流量の約45%を占めている.このため,筑後川か ら有明海への土砂輸送量は,有明海の水域環境に とって重要である.これまで筑後川では,ガタ土に 着目した議論が数多く行われている一方,砂の移動 流出に着目した研究は少ない.鈴木ら 1) は,筑後川 感潮域において測定された柱状コアサンプリングや 超音波河床材料調査の結果から,筑後川感潮域では 洪水流と潮汐の作用によって,ガタ土と砂が複雑な 堆積構造を形成し,特異な河床変動が起こっている ことを示した.彼等は,ガタ土の鉛直方向の含水比 変化,粒度分布の変化に一定の関係があることに着 目して土砂輸送モデルを構築し,筑後川における洪 水時の河床変動と有明海への砂の流出量を見積もっ た.しかし,鈴木らが用いたガタ土河床の洪水流河 床変動モデルにはいくつかの問題が残されている. 本研究では,鈴木らの解析の不十分な点を修正した 新しい洪水流河床変動解析モデルを用いて,筑後川 感潮域の洪水時の流れと河床変動機構を明らかにす るとともに,有明海への砂の流出量を適切に見積る ことを目的とする. 2.ガタ土と砂礫で構成される河床のモデル化 及び流れと河床変動解析法 筑後川感潮域では潮汐の作用により,海域から微 細なガタ土が河道内に運搬され堆積する.また,洪 水流によって上流域から砂が運ばれることにより, 図-1,2 に示すように鉛直方向に複雑な河床構造を 形成している.17.2km地点にはT.P.+0.6mの塩止め用 の床止めが設置されており,塩水遡上の限界となっ ている(大潮を除く).このため,床止め下流域の 10km~17kmは潮汐の影響が相対的に弱く,含水比約 200%の非常に緩いガタ土が河床表層に1.5m程度堆 積している.ガタ土は砂と異なる特有の浸食形態を 示す 2) ことから,筑後川感潮域の河床の変動の機構 は砂礫河川とは異なる.鈴木らはこのような複雑な 構造を有する河床について,含水比が70%を超える ガタ土層には関根の浸食速度式 3) ,含水比が70%

ガタ土と砂礫で構成される河床を有する 筑後川感潮 …c-faculty.chuo-u.ac.jp/~sfuku/sfuku/paper/0133.pdfstructures of gata-soil and sand. In this study, we develop

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水工学論文集,第60巻,2016年2月

ガタ土と砂礫で構成される河床を有する

筑後川感潮域の洪水時の土砂移動と河床変動 BED VARIATION AND SEDIMENT TRANSPORT DURING A FLOOD

IN THE CHIKUGO RIVER ESTUARY WITH COMPLEX BED STRUCTURES

金子祐1・福岡捷二2・川邉英明3 Yu KANEKO, Shoji FUKUOKA and Hideaki KAWABE

1学生会員 中央大学大学院 理工学研究科 都市環境工学専攻(〒112-8551 東京都文京区春日1-13-27)

2フェロー 工博 Ph.D. 中央大学研究開発機構教授(同上)

3国土交通省九州地方整備局筑後川河川事務所(〒830-8567 福岡県久留米市高野1-2-1)

It is known that the vertical structure of the river bed of the Chikugo River estuary consists of complex

structures of gata-soil and sand. In this study, we develop a new model of bed variation analysis in the

river estuaries with complex structures of bed layers, and we clarify the mechanism of bed variation and

the amount of sand supply from the Chikugo River estuaries to the Ariake Sea during a flood. In the

model, when the rate of volume of gata-soil is larger than the porosity of sand, bed variation are

calculated by the GBVC method and continuity equation of sediment which takes into account the

sediment discharge of sand and erosion speed of the cohesive material so as to correspond to the volume

of gata-soil and sand. This is because the gata-soil has characteristics of the transportation different from

sand and mixture of the sand and the gata-soil has great influence on the bed variation.

Key Words : bed variation analysis , temporal changes in water surface profiles ,

complex structure , sand , cohesive sediment , chikugo estuary

1.序論

筑後川は有明海に注ぐ最大の河川であり,年間流

入流量の約45%を占めている.このため,筑後川か

ら有明海への土砂輸送量は,有明海の水域環境に

とって重要である.これまで筑後川では,ガタ土に

着目した議論が数多く行われている一方,砂の移動

流出に着目した研究は少ない.鈴木ら1)は,筑後川

感潮域において測定された柱状コアサンプリングや

超音波河床材料調査の結果から,筑後川感潮域では

洪水流と潮汐の作用によって,ガタ土と砂が複雑な

堆積構造を形成し,特異な河床変動が起こっている

ことを示した.彼等は,ガタ土の鉛直方向の含水比

変化,粒度分布の変化に一定の関係があることに着

目して土砂輸送モデルを構築し,筑後川における洪

水時の河床変動と有明海への砂の流出量を見積もっ

た.しかし,鈴木らが用いたガタ土河床の洪水流河

床変動モデルにはいくつかの問題が残されている.

本研究では,鈴木らの解析の不十分な点を修正した

新しい洪水流河床変動解析モデルを用いて,筑後川

感潮域の洪水時の流れと河床変動機構を明らかにす

るとともに,有明海への砂の流出量を適切に見積る

ことを目的とする.

2.ガタ土と砂礫で構成される河床のモデル化

及び流れと河床変動解析法

筑後川感潮域では潮汐の作用により,海域から微

細なガタ土が河道内に運搬され堆積する.また,洪

水流によって上流域から砂が運ばれることにより,

図-1,2 に示すように鉛直方向に複雑な河床構造を

形成している.17.2km地点にはT.P.+0.6mの塩止め用

の床止めが設置されており,塩水遡上の限界となっ

ている(大潮を除く).このため,床止め下流域の

10km~17kmは潮汐の影響が相対的に弱く,含水比約

200%の非常に緩いガタ土が河床表層に1.5m程度堆

積している.ガタ土は砂と異なる特有の浸食形態を

示す2)ことから,筑後川感潮域の河床の変動の機構

は砂礫河川とは異なる.鈴木らはこのような複雑な

構造を有する河床について,含水比が70%を超える

ガタ土層には関根の浸食速度式3),含水比が70%を

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下回る砂層には芦田・道上の掃流砂量式を用い,観

測された水面形の時間変化や河床変動を再現するた

め,芦田・道上式の係数を17→85に設定している.

しかし,鈴木らの解析では,ガタ土と砂の混合した

状態は考慮していず,このため,砂の移動に及ぼす

ガタ土の粘着力の影響を考慮していないこと,また,

ガタ土層に流出入する砂の量を考慮していず,砂の

連続性が保たれていない等の問題が残されていた.

本研究では,これらを考慮し,それぞれの河床材料

の移動機構を考慮した新しい河床変動モデルを開発

し,これを用いて筑後川感潮域の洪水時の河床変動

機構を説明し,有明海への砂の流出量を算定する.

(1) 対象区間と対象期間

筑後川感潮域での洪水流と河床変動及び有明海へ

の砂の流出量を把握するため,解析対象区間は図-3

に示す筑後大堰(23km)~有明海までとする.対象洪

水は鈴木らと同様に平成21年の3,850㎥/s(6月)と

3,650㎥/s(7月)の2洪水について検討を行う.筑後

川感潮域では潮汐に伴うガタ土の移動により河床高

が日々変化している.そこで,洪水による河床変動

量を正確に把握出来るよう平成21年洪水の直前・直

後に河床横断面形が縦断間隔200m毎に観測された.

また同年に,図-3 に示すように洪水前後の縦横断

鉛直方向の河床材料分布,洪水中の水面形の時空間

分布が詳細に観測されている.上下流端境界条件に

は,22kmと-0.2km地点の観測水位ハイドログラフを

与える.上流からの土砂の流入条件は,経年的な地

盤高変化の比較的少ない筑後大堰下流地点で平衡流

砂量を与えた.

(2) 一般底面流速解析法

鈴木らは水深積分した渦度方程式を用いた準三次

元解析法を流れ場の解析に用いたが,この解析法は

浅水流の仮定や流速鉛直分布の簡略化により.解く

べき方程式を減らした解析法であった.しかし,筑

後川感潮域では,ガタ土の存在により10km~17km区

間で洪水中に2m以上の河床低下が生じ,下流域で

は諸富川・早津江川との分合流やデレーケ導流堤が

建設されているなど,静水圧分布からの圧力偏差や

流れの三次元性が洪水中の河床変動に影響を与える

と考えられる.そこで,本研究ではそれらを考慮す

ることが出来る一般底面流速解析法(GBVC法)4)

を適用する.一般底面流速解析法は,平面二次元解

析の枠組みで鉛直方向流速と圧力の鉛直分布を計算

することなく,流れの三次元性を考慮した上で,底

面での静水圧分布からの圧力偏差と底面流速を評価

出来る特徴を持つ準三次元モデルである.底面流速

は渦度の定義式を水深積分した式(1)より評価する.

i

bb

i

ss

i

jijsibix

zw

x

zw

x

Whhuu

3 (1)

ここで,i,j=1,2(x,y方向),ubi:底面流速, usi:水表面

流速,εij3:エディトンのイプシロン,Ωj:水深積分

渦度,h:水深,W:水深平均鉛直方向流速,ws,

wb:水表面,底面の鉛直方向流速,zs,zb:水面高,

河床高を表す.なお,流速鉛直分布は式(2)で示す三

次多項式より近似している.

2323 3411212' iiiii uuUuu (2)

ここで,ui:i方向流速,Ui:i方向水深平均流速,

= (zsz)/h,ui = usi Ui,ui = usi ubiを表す.

底面の静水圧分布からの圧力偏差は,式(3)で示す

水深積分した鉛直方向運動方程式を解くことで得ら

れる.

j

bbj

j

jb

x

z

x

hWU

t

Whdp

(3)

ここで,dpb:底面の静水圧分布からの圧力偏差,

ρ:水の密度,bi:底面せん断応力を表す.一般底

面流速解析法ではここで示す方程式の他に,水深積

分連続式,水深積分運動方程式,水深積分渦度方程

式,水表面流速の方程式,底面の静水圧からの偏差

圧力の方程式及び鉛直方向流速の方程式が解かれる.

詳細は文献4),5)を参照されたい.

(3) 河床構造のモデル化と河床変動解析

初期の河床構造は,ボーリングにより採取された

図-3 対象区間と観測位置

-10

-8

-6

-4

-2

0

0 50 100 150 200 250 300

T.P.m

横断距離(m)

砂粘性土混じり砂砂混じり粘性土粘性土(含水比 低)ガタ土(含水比 高)

コアサンプル採取地点

超音波河床材料調査(平成20年2月)

10km地点

図-2 超音波河床材料調査結果(10km地点)

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

河床面からの深度(m

)

縦断距離(km)

坂口床止め下流域では出水前のガタ土の堆積が顕著に起こる.洪水直前の超音波河床材料調査の結果からも,ガタ土が河床表層に厚く堆積していることを確認した.このため,各サンプル採取時の採取地点地盤高及び洪水直前の横断測量データより,地盤高を比較し,ガタ土の堆積が予測される高さの層をガタ土層と設定する

含水比

粘性土

砂混じり粘性土

粘性土混じり砂

ガタ土(浮泥を含む粘性土)

図-1 河床材料鉛直柱状図

坂口床止め

筑後大堰

瀬の下水位流量観測所

デレーケ導流堤

0k000

6k000

12k000

14k000筑後川

23k000

21k000

有明海

調査項目:水位観測地点(dt=5分):柱状コアサンプル調査実施地点:超音波河床堆積構造調査実施断面

*河床深浅測量(200m間隔)

17k000

9k000

有明タワー総合気象観測所

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各観測位置の河床材料のコアサンプルデータに基づ

き,鉛直方向10cm毎の粒度分布と水含有率を解析に

取り込んだ.横断面内の分布は考慮せず,縦断分布

は実測データの線形補間値を与えた.

粘着性材料の浸食速度の式として関根らの式(4)を

用いた3). 3

*

5.2uRE wcs (4)

ここで,浸食速度Esは粘性土の種類や水温に依存す

る係数αと水含有率Rwc,摩擦速度u*の関数で表され

る.横山ら6)は筑後川洪水でガタ土の浸食に伴う地

中温度の変化を観測し,式(4)のα=0.21×10-5を得た.

本研究では,このガタ土の浸食速度式と芦田・道上

の流砂量式を用いて河床変動の定量化を試みた.

図-4 にガタ土と砂から成る河床が洪水中に浸食

図-4(b) ガタ土と砂の混合河床の河床変動のモデル図( VG≦λ の場合の河床低下)

(a1) 初期状態 (a2) ガタ土のみ浸食され,砂はその場に留まる (a3) t秒後

FLOW

1tbz

0tbz0tbz

FLOW

ガタ土

0tbz

河床高

1

交換層

割合

GV

0 1

砂 ガタ土

0tbz

河床高

1

交換層

割合

GV

1tbz z

0 1

z

図-4(a) ガタ土と砂の混合河床の河床変動のモデル図( VG≧λ の場合の河床低下:掃流力が小さい場合)

0tbz

FLOW

0tbz

1tbz

0tbz

FLOW

ガタ土

0tbz

河床高

1

交換層

割合

GV

0 1

(b1) 初期状態 (b2) 砂は掃流され,ガタ土は砂の移動に追随し消失 (b3) t秒後

ガタ土

0tbz

河床高

1

交換層

割合

GV

1tbz z

0 1

ガタ土(青色)と砂(茶色),それぞれの河床変動量を計算

する

平均した河床高を式(5)より求める

また,式(7)より交換層内の粒度分布の更新

式(6)より河床変動量を計算する 式(7)より交換層内の粒度分布の更新

図-5 交換層内における計算のイメージ図

【河床表層】

【河床表層】

0tbz

河床高

1

交換層

割合

GV

0 1

1tbz z

ガタ土

交換層

0tbz

河床高

1

割合

GV

0 1

1tbz z

z

ガタ土

kkP交換層内の河床材料の粒径階kの割合:

kLP原河床内の河床材料の粒径階kの割合:

掃流砂内の砂礫における粒径階kの割合: bkP

n

bz河床高:

H交換層厚:

【凡例】

H

z

z

kkP

bkPn

bz

1n

bz

n

bk

n

kk

n

kk

n

kk PPH

zPP

1

in:out:

zPn

bk

zPn

kk

《河床上昇時》

H

z

z

kkP

kLP

n

bz

1n

bz

n

kk

n

kL

n

kk

n

kk PPH

zPP

1

in:out:

zPn

kL

zPn

kk

《河床低下時》

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され,どの様な層が河床表面に露出するかを表現す

るための考え方を模式的に示す.河床に占めるガタ

土の存在割合が砂の空隙より大きい状態にある場合

と小さい状態にある場合で層内の砂の移動特性が異

なる.図-4(a) に示すようにガタ土の存在割合が砂

の空隙よりも大きい場合(VG≧λ),つまり,ガタ土

が砂を含んでいるような状態では,ガタ土の存在が

層の粘着性を増し,砂の移動及び河床高の変動に大

きな影響を及ぼすと考える.解析ではこの層の状態

を抽象化して考え,図-4(a) の下図に示すように砂

のみの領域とガタ土のみの領域が分かれた状態を仮

定する.そして,それぞれの河床変動量をそれぞれ

の移動形態に則した式を用いて計算し,平均した河

床高を式(5)により求める.これはガタ土と砂が混合

状態にある場合には,流砂量式またはガタ土の浸食

速度式を単独で適用するには問題があり,砂の流砂

量とガタ土の浸食量を別々に求める必要があると考

えるためである.掃流力の違いによりガタ土と砂の

浸食量は異なる.このため,掃流力が小さい場合に

はガタ土のみ浸食し,砂はその場に留まる(図-

4(a) 参照).一方,掃流力が大きい場合には砂とガ

タ土の双方の河床変動量が計算される.

tEVtx

qqzz sG

iin

b

n

b

11 (5)

ここで,zbは河床高,qは粒径75μm以上の砂の流砂

量,VGは河床表層に占めるガタ土(粒径75μm未

満)の体積割合を表す.

-7.00

-5.00

-3.00

-1.00

1.00

3.00

5.00

7.00

-2.000 2.000 6.000 10.000 14.000 18.000 22.000

T.P.m

縦断距離(km)

2009/6/29 20:00 2009/6/29 22:00 2009/6/30 0:00

2009/6/30 2:00 2009/6/30 4:00 2009/6/30 6:00

2009/6/30 8:00 初期低水路平均河床高 低水路平均河床高(6/30 8:00)

(a) 6月洪水増水期

-7.00

-5.00

-3.00

-1.00

1.00

3.00

5.00

7.00

-2.000 2.000 6.000 10.000 14.000 18.000 22.000

T.P.m

縦断距離(km)

2009/6/30 8:00 2009/6/30 12:00 2009/6/30 16:00

2009/6/30 20:00 2009/7/1 0:00 2009/7/1 4:00

2009/7/1 8:00 低水路平均河床高(6/30 8:00) 低水路平均河床高(7/1 8:00)

図-6 縦断水面形の時間変化と平均河床高

(b) 6月洪水減水期

(a) 流量ハイドログラフと有明海潮位(6月洪水)

(b) 流砂量ハイドログラフと累加流砂量(6月洪水)

図-7 流量・有明海潮位・流砂量の関係

(c) 流量ハイドログラフと有明海潮位(7月洪水)

(d) 流砂量ハイドログラフと累加流砂量(7月洪水)

-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.5

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

7/24 17:00 7/25 5:00 7/25 17:00 7/26 5:00 7/26 17:00 7/27 5:00 7/27 17:00

T.P.m

流量(㎥/s)

日時

瀬の下解析流量 筑後川0km解析流量 瀬の下観測流量 有明タワー潮位

-2.5

-1.5

-0.5

0.5

1.5

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

6/29 12:00 6/30 0:00 6/30 12:00 7/1 0:00 7/1 12:00 7/2 0:00 7/2 12:00

T.P.m

流量(㎥/s)

日時

瀬の下観測流量 瀬の下解析流量 筑後川0km解析流量 有明タワー潮位

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

0.18

0.21

0.24

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

6/29 12:00 6/30 0:00 6/30 12:00 7/1 0:00 7/1 12:00 7/2 0:00 7/2 12:00

単位時間断面通過流砂量(㎥

/s)

累加流砂量(㎥)

日時

累加断面通過流砂量(筑後川0k) 累加断面通過流砂量(早津江川0k)

筑後川0km流砂量 早津江川0km流砂量

0

0.03

0.06

0.09

0.12

0.15

0.18

0.21

0.24

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

7/24 17:00 7/25 5:00 7/25 17:00 7/26 5:00 7/26 17:00 7/27 5:00 7/27 17:00

単位時間断面通過流砂量(㎥

/s)

累加流砂量(㎥)

日時

累加断面通過流砂量(筑後川0k) 累加断面通過流砂量(早津江川0k)

筑後川0km流砂量 早津江川0km流砂量

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一方,図-4(b) に示すようにガタ土の体積割合が

砂の空隙よりも小さい場合(VG<λ),つまり,砂の

空隙内にガタ土が存在するような状態では,空隙内

のガタ土は砂の移動に追随し,ガタ土の消失は河床

高の変動にほとんど影響を及ぼさないと考え,河床

変動量を式(6)で示す土砂の連続式で計算する.

tx

qqzz iin

b

n

b

11

1

1

(6)

ここで,λは砂の空隙率(0.4)を表す.

筑後川感潮域では,上流域から運ばれて来る砂と

潮汐が運ぶガタ土が混じり合うことで,河床表層が

質的に変化する.混合砂礫河床の河床変動モデル7)

では,河床表層に流砂との間で砂粒を交換し粒度分

布が変化する交換層を考えることで,流水による分

級作用をうける河床変動を表現する.本研究では,

導いた式(5),(6)から求められる河床変動量と交換

層内の粒度割合の連続式である式(7)より粒度分布の

更新を行い(図-5 参照),ガタ土と砂が混在した河

床の河床変動を表現する.

0

z

wP

t

P kk (7)

ここで,w=-Δz/Δtは河床高変動速度(下向き正),

Δzは河床高変動量,Pkは粒径階kの存在割合を表す.

VGは式(7)から求められるガタ土(粒径75μm未満)

の粒径割合と含水比より算出する.

また,粒径の小さなガタ土は一度移動を開始する

と再び河道内には堆積せず,流れに乗って海まで流

下するとして扱う.

3.解析結果と考察

図-6 に水面形の解析結果と観測値の時間変化及

び低水路平均河床高の解析値を示す.水位の低い時

間帯で若干の差異が見られるものの,実線で示す解

析水面形はプロットで示す観測水位を概ね再現して

いる.また,平均河床高の推移を見ると,6月洪水

増水期に10km~17km区間で1.5m程度の河床低下が生

じている.これは図-1 で示した河床表層に堆積し

ていたガタ土がフラッシュされたことによるためで

ある.図-7 に流量ハイドログラフと有明海の潮位,

及び河口から有明海への単位時間当たりに断面を通

過する流砂量と断面通過累加流砂量を示す.(a),

(c)では黒い破線で筑後川0.0km地点の解析流量,赤

線で瀬の下地点の解析流量,赤いプロットで瀬の下

地点の観測流量,青線で有明海の実測潮位を示す.

また,(b),(d)では赤と青の破線と実線でそれぞれ

筑後川と早津江川の0.0km地点における流砂量ハイ

ドログラフと累加流砂量を示す.これらより,瀬の

下地点(25.5km)の流量の解析値は観測値を概ね再現

することが出来ている.また,河口(0.0km)の流量ハ

イドログラフは洪水中も有明海の潮位変動の影響を

強く受けており,下げ潮時に流量がピークに達して

いることが分かる.筑後川河口から有明海に流出す

る流砂量も河口の流量と同様に,有明海の潮位変動

と共に変化し,干潮時に最も多くの砂が流出してい

ることが分かる.洪水のピーク流量は瀬の下地点で

同程度であるが,7月洪水の有明海への砂の流出量

は6月洪水の砂の流出量の2倍以上の値となっている.

これは,6月洪水時は小潮のため潮位差が3m程度で

あったのに対し,7月洪水時は中潮のため潮位差が

5m程度あり,より多くの流量が河口から流出した

ためであると考える.

河床表層を構成する河床材料の時間変化を把握す

るため,図-7(a) 中のハイドログラフの緑色の棒線

で示す時刻における9km~17km区間の河床変動量コ

ンターの解析結果を図-8 に示す.図-9 は同地点の

河床表層に占めるガタ土の体積割合の解析結果であ

り,白~青色がガタ土河床,白~赤色が砂河床であ

る.これらより,洪水前に10km~17kmに堆積してい

たガタ土が6月洪水増水期に全て掃流され,洪水

ピーク時には,砂が河床面に露出していることが分

かる.この区間では粗度が上昇することが予測され

ることから,解析ではこの区間の粗度係数を観測水

面形を再現するように0.021→0.028に時間的に変化

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ガタ土の割合

図-9 河床表層の河床材料の時間変化(9km~17km)

河床変動量(m)

6/30 8:00

6/30 0:00

洪水前

図-8 河床変動量の時間変化(9km~17km)

ガタ土河床

砂河床

洪水前

6/30 0:00

6/30 8:00

Page 6: ガタ土と砂礫で構成される河床を有する 筑後川感潮 …c-faculty.chuo-u.ac.jp/~sfuku/sfuku/paper/0133.pdfstructures of gata-soil and sand. In this study, we develop

させた.次に洪水前後の河床変動量コンターの比較

を図-10に示す.(a)は23km~14km,(b)は15km~5km,

(c)は6km~有明海の区間を表す.それぞれ左側が洪

水前後の実測値,右側が洪水前後の解析結果を示し

ている.本解析では,実測より得られたガタ土が多

く堆積し,鉛直方向に粒度分布の変化の大きい区間

(10km~17km)での河床洗掘の傾向を良好に再現して

いる.しかし,6kmより下流域で実測の河床変動量

よりも小さな傾向を示す結果となった.これは筑後

川感潮域では河床に存在するガタ土の影響で,砂同

士のかみ合わせが弱まり,砂だけの均一状態で存在

している場合よりも砂の移動がしやすいためである

と考えられる.

4.結論

本研究では,密に観測された筑後川感潮域の洪水

中の水面形の時間変化,河床材料や縦横断面形の観

測データを用い,砂とガタ土が入り混じった複雑な

河床構造を有する筑後川感潮域における洪水流と河

床変動の検討を行った.以下に主な結論を示す.

1) 筑後川感潮域での洪水中の河床変動を再現する

ため,砂とガタ土の輸送特性,混合状態に応じ

た掃流・浸食形態を考慮し,時々刻々変化する

表層と各層内の土砂のやり取りについて新しい

モデル化を行った.そして,観測水面形の時間

変化を解とした洪水流のGBVC法とこの新しい

河床変動モデルを用いた一体解析を行うことに

よって洪水中の観測流量ハイドログラフ及び河

床変動を説明した.これより,本解析手法が筑

後川感潮域の洪水流・河床変動の解明に有効で

あることを示した.

2) 平成21年に発生した2洪水によって,10,000㎥

程度(6月:約2,800㎥,7月:約7,200㎥)の砂が筑後

川から有明海へ流出していることを示した.筑

後川感潮域では洪水時だけでなく,平水時の大

きな潮位変動により発生する流れによって有明

海へ砂が流出している.今後は,平水時につい

ても有明海への砂の流出量について検討をする

必要がある.

参考文献 1) 鈴木健太,島元尚徳,久保世紀,福岡捷二:筑後川感

潮域の洪水中の河床変動解析,土木学会論文集B1(水工

学),Vol.67,No.4,I_877-I_882,2011.

2) 海田輝之,楠田哲也,二渡了,粟谷陽一:柔らかい底

泥の巻き上げ過程に関する研究,土木学会論文集,第

393号/Ⅱ-9,1988.5.

3) 西森健一郎,関根正人:粘着性土の浸食過程と浸食速

度式に関する研究,土木学会論文集B,Vol.65,No.2,

pp.127-140,2009.6.

4) 内田龍彦,福岡捷二:浅水流の仮定を用いない水深積

分モデルによる底面流速の解析法,土木学会論文集

B1(水工学),Vol.68,No.4,I_1225-I_1230,2012.

5) 内田龍彦,福岡捷二:様々の水深積分モデルを用いた

湾曲部三次元流れ機構と適切な解析法の考察,土木学

会年次学術講演会,第Ⅱ部門,2016.

6) 横山勝英,山本浩一,金子祐:筑後川感潮河道におけ

る洪水時の底質浸食過程と有明海への土砂輸送現象,

土木学会論文集B,Vol.64,No.1,pp.71-82,2008.3.

7) 平野宗夫:Armoringをともなう河床低下について,土

木学会論文報告集,第195号,pp.55-65,1971.11.

(2015.9.30受付)

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河床変動量(m)

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図-10 河床変動量コンター図(洪水前後)

(a) 23km~14km

(b) 15km~5km

(c) 6km~有明海

実測

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