2022年度 河川技術に関するシンポジウム
The symposium about river engineering, 2022
海域への流出土砂量予測における支川粒度分布と浮遊砂浮上量式の影響
著者
梶川 勇樹1，梶本 健介2，黒岩 正光3，三輪 浩3，和田 孝志4
1．鳥取大学 准教授 学術研究院工学系部門，2．八千代エンジニヤリング株式会社，3．鳥取大学 教授 学術研究院工学系部門，4．鳥取大学 助教 学術研究院工学系部門
説明資料
似たような研究を行っており、興味深く拝見いたしました。
・河道横断形状に複断面を与えておられるのですが、その計算上の扱い方と、それによる影響が分かれば教えてください。
・河床材料の粒度分布の評価は、交換層モデルをお使いでしょうか。交換層厚さを教えてください。
・例えばCase2-3, 2-4(p.14)では浮遊砂量に対して掃流砂量が圧倒的に少ないのですが、なぜでしょうか。
鳥取大学の梶川と申します。ご意見頂き誠にありがとうございます。
［１つ目のご質問に対する回答］
河道横断形状は法面勾配90°の矩形複断面としておりまして、計算では各断面の低水路と左右岸高水敷に対して、幅と標高、高水敷高さをそれぞれ与えています（低水路と高水敷とで粗度係数も変えています）。単純な一次元計算ですので、連続式から通水断面積を求め、その面積と先程の横断形状データから水深（水位）を逆算しています。また、その複断面の影響とのことなのですが、単純な矩形単断面での計算との比較はしておりませんでその点は不明です。大変申し訳ございません。ただ、論文には頁数の関係上示せてはいないのですが、対象区間に約10個所ほど水位計を設置しまして、出水時（高水敷に乗る程度）のデータを得ています。その出水を対象とした再現計算では本モデルで良好に水位変動を再現できていましたので、これが矩形単断面ですと再現できなかったのではないかなと考えております。
［２つ目のご質問に対する回答］
交換層モデルを使用しております。その交換層の厚さですが、竹林先生の河床変動モデルと同じく、江頭先生・芦田先生の式（平均粒径と掃流力に応じて交換層厚（平衡掃流砂層厚）を求める式）を使用しております。
［３つ目のご質問に対する回答］
掃流砂量が圧倒的に少ないとのことなのですが、掃流砂の”量”自体は他のケースと殆ど変わりありません。ですので、掃流砂量が少ないのではなく、浮遊砂量が圧倒的に多いのだと思われます。では、なぜこのケースは浮遊砂量が圧倒的に多いのか？につきましては、正直「使用した式に依るのかな…？」ぐらいしか言えない状況です。申し訳ございません。芦田・道上式と芦田・岡部・藤田式では圧倒的に浮遊砂量が増えました。プログラムも間違ってはなさそうでした（自作ですが）。ただ、千代川の河口域では河床勾配が1/4000程度で、平均粒径も0.3mm程度となりますので、浮遊砂が卓越してもおかしくはないかなと考えております。答えになっておりますでしょうか…？
梶川先生 （申し遅れましたが、土木研究所の原田と申します）
詳しくご回答いただき、ありがとうございました。論文も拝見しないうちに、フライング気味にお尋ねしてしまい恐縮です。３つ目については、掃流砂が２オーダー程度小さいようなので、疑問に思い、質問させていただいた次第です。
今回の計算結果には、浮遊砂浮上量式が直接影響しているので、各式のどの要素が結果の違いを導いたのか、考察されることは大変重要ではないでしょうか。
例えば、今回の４つの式は（多分）いずれも、浮上量が沈降速度Woに反比例する形式ですから、粒径が小さいほど浮上量が大きいのだと思います。p.14をみると、0.075mmの粒径階の輸送量は極めて大きいようで、計算結果は一番小さい粒径階のサイズ設定に強く依存するのではないでしょうか。例えば0.03mmのような粒径階を設定されていれば、輸送量は1オーダー大きいかもしれません。（ちなみに、粒径の細かい２支川の河床低下は、計算ではかなり大きいのではないでしょうか。） van Rijn (1986)やGarcia-Parker (1991)などを使えば、かなり違った結果になるように思います。
ところで、このような土砂流出計算の検証には我々も大変苦労しておりますが、今回の計算結果の検証の考え方について、もしお時間があれば、教えていただければ有り難く思います。
ご返信頂きありがとうございます。ご指摘の通り、各式についてはどの要素が効いているのかきちんと確認する必要があると考えております。無次元掃流力τ*の変化に対する無次元浮遊砂浮上量qsu*の変化をみると、Lane-Kalinske式と芦田・岡部・藤田式等は勾配がほとんど同じなので、結局は係数が効いているんだろうなぁと感じる部分もあります。その係数も、式によっては実験結果に合わせて同定しているところもあるため、もしかしたら海岸分野での漂砂量係数のように、現場に合わせて係数値を設定していく必要があるのかな？とも考えたりしています。ご指摘の点は今後是非検討させて頂きたいと思います。
また、計算結果の検証の考え方なのですが、私も悩みどころです…。昔、バケツ採水で表面水の濁度を計測し、ラウス分布を仮定して浮遊砂浮上量式の実河川での妥当性を検討しようとしたこともありました。ですが、やっぱり表面しかデータがありませんので上手く行かず。河床変動計算が実測に合うような式を探す？とも考えましたが、計算の誤差、実測の誤差、計算上の仮定（実河川のモデル化）等を考えると、どれが正しいとの正確な答えを出すのも難しい…。現状では、汀線変化モデルで海岸域の汀線変化を長期に再現できる河川流出土砂量と、一次元河床変動計算による流出土砂量の比較による検証が無難なのかなと感じているところです（一次元河床変動だけならダム堆砂の実績との比較とかも…）（現場で鉛直方向に浮遊砂濃度が計測できればいいのですが…）。ただ、それも各モデルの仮定もしかり、上記の「浮遊砂の係数って現場でもこの値でいいの？」との疑問もついてきて、考えれば考えるほど混乱してしまいます(笑)。
私からも、是非とも良い検証方法がございましたら、ご教授またはご議論させて頂ければ幸いです。
ありがとうございます。特に、検証については具体的に教えていただき、参考になりました。採水、河床変動、粒度分布といった現地の状況と総合的に比較することが重要なのでしょうね。
今回の計算では、特に粒度分布の細かい大路川と新袋川の河床変動（侵食量）が妥当なオーダーかというのが重要だと思いました。（支川は平衡流砂量を与えられているとのことで、その総流出量が河道の侵食や山地からの供給と見合うかどうか）。
というのも、流域面積で千代川の（多分）1/10にも満たない新袋川からの流出が全体の半分以上という結果には、違和感を持たざるを得ないからです。
今後、またいろいろと教えていただければ幸いです。ありがとうございました。
私もいろいろとご指摘を頂き大変勉強になりました。確かに、よくよく考えれば新袋川からあれだけの土砂が出るとはおかしいよなとこの時まで気づきませんでした（平衡流砂で与えた所為もあるでしょうが…）。また、勉強させて頂ければ幸いです。ありがとうございました。