低水路拡幅で着目した関係要素とその検証

提供: 河川生態ナレッジデータベース

目次

着目すべき応答関係についての知見

低水路拡幅において着目すべき応答関係の、要素、内容、指標値、応答関係の概説は表のとおりである。

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A:河川形状(蛇行)と河床高の関係

(1) 概要

 蛇行する河道において低水路拡幅を行う場合、その場が大局的にみてどのような河床変化を起こしやすいか判断するための材料

(2) 引用する定量的な知見
  • 相対水深と蛇行度の関係に見る河床低下の縦横断方向発生位置(出典番号7-①②)
  • 実験水路における湾曲河道の河床高の変化(出典番号②)

(3) 関係図

 湾曲部において最大流速が発生する横断的な位置には、蛇行度S(低水路蛇行長/低水路蛇行波長)と相対水深Dr(高水敷水深/低水路水深))の関係があることがわかっている。蛇行度が大きく相対水深が小さい河床では、最大流速は湾曲外側に生じる。これが、蛇行度が小さく相対水深が大きくなると湾曲内側に最大流速が生じるようになり、さらに蛇行度および相対水深が変化すると、低水路線形が流れに影響せず河道中央部に最大流速が発生するようになる。最大流速が発生する箇所は同様に掃流力も強く働くため、最大流速が発生する箇所は大局的に見れば河床低下が進行することになり、逆に流速が弱い箇所では場合によっては河床上昇が進行することが考えられる。
 低水路拡幅は、多くの場合水衝部と反対側に実施され、蛇行部でいえば湾曲部内側が対象になる。この箇所の蛇行度と相対水深の関係から、低水路掘削を行う箇所が河床低下または維持可能な箇所であるか、再堆積しやすい箇所であるかが定性的に把握可能になる。 低水路拡幅を行うにあたっては、河川が持つ水理特性を上記の関係からあらかじめ把握することで、低水路掘削断面の維持が可能か大局的に把握することが考えられる。

(4) 課題

 蛇行度と河床低下量の関係は定量化されていない。また現段階ではこれを推測するデータが見当たらない。このためここでは変化を大局的に捉えるための方法と位置づけた。この推測をより定量的に求めるための方法は2.3以降で考えることとする。

B:河川形状(川幅・水深)と河床高の関係

(1) 概要

 砂州形成の判断指標を用いた低水路掘削箇所の堆積可能性の判断材料

(2) 引用する定量的な知見

 川幅の違いと流速・水深の関係(出典番号4-②)
 掃流力川幅水深比の関係から見た砂州形成の傾向関係(出典番号3-①②)

(3) 関係図

 既存知見より、川幅水深比が大きいほど砂州の形態が多様になることがわかっている。ここに多様な砂州とは単列砂州や複列砂州をいうが、これらは出水のたびに大きさや縦横断的な位置を変化させることから、砂州の大きさや位置の変化が生じる箇所に低水路拡幅を行うと、川幅水深比が増大しいっそう変化が生じやすくなり、場合によっては掘削箇所に新たな砂州が形成され河床が上昇する可能性がある。
 低水路掘削を実施する場所において、川幅水深比を算出するとともに掃流力を算出し、掘削後に形成される砂州のパターンを大局的に分析する。これについては、上記に示した定量的な知見を当該河川に当てはめ、掘削箇所に新たな砂州が形成される可能性を対極的に把握することが考えられる。

(4) 課題

 川幅水深比からの推測はあくまでも大局的なものであり、河川形状や蛇行の程度によっては必ずしも掘削箇所が堆積しない可能性があるこのためここでは変化を大局的に捉えるための方法と位置づけた。この推測をより定量的に求めるための方法は2.3以降で考えることとする。


C:低水路拡幅箇所が形状を維持するために必要な条件

(1) 概要

 低水路拡幅箇所が形状を維持するために必要な条件

(2) 引用する定量的な知見

 低水路拡幅前後における摩擦速度u*と粒径dR関係の変化(出典番号2-④)
  ※現地情データの活用および理論式による換算

(3) 関係図

 河床改変前後の川幅(B)や摩擦速度(u*)の低量的な関係(数値)をもとに、安定した川幅と摩擦速度の関係を整理した(図-1)。ここにx軸は川幅を取るが、データのもととなる各河川川幅はさまざまであり同じ評価軸での整理は難しいことから、u*の関数とすることで評価軸を類似させた。
 図-1を見ると、雄物川、川内川および狩川は比較的近い座標上にプロットされるが、利根川は違う座標上となる。利根川の関係(数値)は河床材料の粒径が0.3mmのでありセグメントがほか3河川とは異なることから、これを対象から外し、x軸のメモリを拡大することで整理した。(図-2)。この図から、改変前後のBやu*がある座標領域に収束する可能性が示唆された。
 河川事業者がこれを指標として使用する場合、u*は計算によらざるを得ないため、この関係を現地で把握可能な指標で変換することとした。変換は岩垣の経験式(粒径2mm以上の材料における関係式)を使用した(図-3)。

(4) 課題

 3河川が収束する座標領域は若干異なっているが、これが3河川データしかないためのものか、川幅の評価軸統一方法によるものか、またセグメント土砂フラックスの代償などほかの要因毎に座標領域が異なるものなのか、今の段階では判断できない。今後のデータ蓄積次第でこの傾向が推測可能と考えられる。






引用文献

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