2019 Fiscal Year Research-status Report
マルチスケールにおける細粒土砂動態の非平衡性がもたらす土砂堆積現象の解明
| Project/Area Number |
19K04625
|
|---|
| Research Institution | Aichi Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
赤堀 良介 愛知工業大学, 工学部, 准教授 (50452503)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
原田 守啓 岐阜大学, 流域圏科学研究センター, 准教授 (00647042)
川村 里実 (山口里実) 国立研究開発法人土木研究所, 土木研究所(寒地土木研究所), 主任研究員 (70399583)
岡本 隆明 京都大学, 工学研究科, 助教 (70599612)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | マルチスケール / 非平衡性 / 浮遊砂 / ウォッシュロード / 土砂水理学 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
庄内川を対象とした現地観測の結果から得た粒度分布や，高頻度の撮影画像から得たSfM-MVS 解析による微地形の変遷から，その維持機構を検討した．草本群落が河床材料の被覆を受けずに維持されている領域において，平均年最大値規模の出水後に細粒分のみならず砂分を多く含む土砂が堆積する現象に関して，数値解析を併用して水理的な条件を検討した．解析では，簡易な植生内流速の算出法を用いることで，粒子沈降速度との比較から浮遊砂としての連行条件を推定可能であると仮定した．結果からは，浮遊砂としての連行条件を満たしていない領域において砂分の堆積が多く見られた．また庄内川の二次支川である香流川を対象として，河道整備後の裸地の変遷をモニタリングすることで，比較的小規模な河川における同種の現象の機構を検討した．庄内川での現象と同様に，砂州上における相対的な位置の違いに応じた粒度分布の違いが観察され，リーチスケールの流れの構造に応じて植生の影響下で砂分の堆積する自然堤防帯的地形と，局所的に密生した植生がごく低速の流速下で細粒分を堆積させる後背湿地的な地形とに分類が可能であった．
また，木曽川水系揖斐川及び長良川の自然堤防帯区間における高水敷掘削地における土砂再堆積傾向の違いと，両河川のウォッシュロード濃度の関係性を把握するため，高水流量観測時の簡易な表面採水により2018年と2019年の出水期におけるウォッシュロード濃度を計測し，揖斐川は長良川よりも濃度が高いことを示した．ウォッシュロードの堆積速度を対象とした簡易なモデル計算手法を開発し，流量に応じた土砂濃度を直接与えて掘削地における堆積速度を求め，冠水が生じる水位流量の時間頻度をもって積分することにより，年間の堆積速度を予測可能であることを示した．ただし，地表を覆う植物などの微環境が伴わない場合，ウォッシュロードの堆積は生じえないことも示唆された．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究計画において予定していたタスクのうち，初期の主要な項目である現地での地形計測や堆積土砂の分析に関しては，揖斐川（原田）や庄内川（赤堀）を対象とした観測を継続的に実施し，これまでの知見を補足する十分な知見を得た．また香流川（赤堀）の小規模な現地観測では，詳細な微地形の変遷をSfM-MVSにより高頻度に把握し，さらに小スケールで変化する土砂粒径の分布を計測した．これらを合わせ，時空間的な現象の把握のための基礎的データを十分に蓄積できたと考えている．土砂動態の非平衡性についての現地観測に関しては，揖斐川において採水サンプルを元にした詳細な検討手法を確立した他，香流川では濁度計を用いた高頻度，広範囲な手法による検討を実施した．観測が先行して実施されてきた揖斐川，庄内川と比較すると，現状では観測手法に関する蓄積が少ない対象であるが，同様の手法を継続することでさらに良質な観測結果の取得を目指す．
また，現地微地形の観測から得た知見として，自然堤防帯的領域と後背湿地的領域における粒度分布の違い（それぞれ砂分主体の浮遊砂成分と，細粒分主体のウォッシュロード成分）が存在するが，この違いに対する水理学的な機構の分析を詳細に検討することを目的として，新たに研究分担者（岡本）が参加した．当初の計画では水理実験については最終年度において現地観測の知見を確認する意図で実施を予定していたが（赤堀，川村），分担者（岡本）の有する水路実験の知見を積極的に活用するため，初年度から担当者間で積極的な議論を開始した．
|
| Strategy for Future Research Activity |
研究計画通り，高頻度の観測対象として揖斐川（原田），および庄内川（赤堀）の観測を継続し，現在得られている知見の強化に努める．なお，計画で中小規模河川の高頻度観測の対象とした香流川の観測（赤堀）については，その後の河床改修工事区間の範囲拡大により，裸地化初期からの景観の変遷に関し追跡が容易な状況となってきた．また現地での観測データと手法に対するノウハウの蓄積に基づき，時空間的にさらに詳細な観測が可能となってきている．このため，高頻度観測に対する労力の比重を庄内川から香流川に移していくことを予定している．現在，地形や土砂に関するこれまでと同様の観測メニューを実施しているほか，タイムラプスカメラ等を利用した連続観測の実施を予定している．この香流川を実スケールの実験水路的に取り扱うことで，今後予定される水理実験（赤堀，川村，岡本）による詳細なメカニズムの検証を実施する際に，揖斐川や庄内川で得られた大規模な河川の現地状況に基づく知見と，水理実験による知見とを繋ぐことが可能になると考えられる．水理実験に関しては，分担者（岡本）が利用する京都大学内の実験水路での実施を想定しており，植生模型の設定などに関してはグループ間での知見の共有を進め，植生の高さや密生度等の条件を決定しつつある．PIVを主体とした詳細な計測手法が直ちに適用可能であり，水理的な機構の解明に早い段階で取り掛かることを目指す．これにより，研究計画の早い段階から詳細な物理機構に基づく知見を，現地観測の計画およびモデル作成の際にフィードバックできるように全体を修正する．なお，愛知工業大学に設置した，独立した循環経路を有する簡易な実験水路が稼働できる状態であり，現地採取土砂などを利用した予備的な実験が可能である（赤堀）．これを用いて分担者（岡本）が実施予定の詳細な実験施設への負荷を分散し，計画全体での実験の効率化を目指す．
|
| Causes of Carryover |
（理由）
外部機関に依頼した土砂サンプルの粒度分析において，分析可能であったサンプルの実数が見積もりから減少したため．また分担者の追加等で，機器の準備状況が改善されるなどしたため．
（使用計画）
観測対象の一つである香流川において，現地の河川改修の実情に合わせて観測領域が拡大した．この部分での土砂サンプルの粒度分析等に使用予定である．
|
Research Products
(6 results)
