2023 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanisms of upstream migration of knickpoints and rapid riverbed degradation
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22H01602
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
井上 卓也 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (20647094)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 龍彦 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 准教授 (00379900)
成瀬 元 京都大学, 理学研究科, 准教授 (40362438)
鳩野 美佐子 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 助教 (40837019) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | ニックポイント / 滝 / 岩盤 / サイクリックステップ / 水理実験 / 現地調査 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，度重なる豪雨により，砂礫層の下にある基盤岩層が露出する河川が増加している．脆弱な岩盤が露出した河川では，遷急点またはニックポイントと呼ばれる滝の上流移動により，河床が急激に低下する事例が報告されている．しかし，最新の研究によって，滝壺は砂礫の堆積によって保護されるため一定以上大きくならず，従来の説ではニックポイントの大規模移動を説明できないことが明らかになった．本研究は，ニックポイントの上流側に新しい滝壺が自己形成され，連続的に更新されることにより大規模な上流移動を引き起こすという新たな仮説のもと，その発生条件と物理機構の解明を試みる．
本年度は，ニックポイントの落差が上流移動速度に与える影響について，水理実験により調査した．実験の結果，上流移動速度はニックポイントの落差が小さいときに速くなることが判明した．これは，落差が小さい場合，上流側に新たな滝壺が形成される自己更新型の速い上流移動形態になるのに対し，落差が大きい場合は下流側の滝壺が徐々に大きくなるオーバーハング型の遅い移動形態になるためである．
次に，落差が小さい場合の流量がニックポイントの上流移動速度に与える影響を実験により調査した．この結果，流量が大きいほど移動速度が大きくなる傾向が見られた．これは，流量の減少に伴い，新たな滝壺（ステップ）の形成間隔が短くなること，水流によって流送される砂礫粒子の岩盤への衝突速度が小さくなる（衝突摩耗速度が低下する）ためである．
最後に，阿武隈川流域の河川を対象に岩種，岩盤強度，粒径などを調査し，岩質の異なる河川区間の侵食速度を数値解析により調査した．この結果，平衡状態においては，砂礫被覆の効果が岩質の効果よりも大きく，河川の勾配変化点（ニックポイント）は岩質の変化点よりも流量・土砂供給の変化点で発生しやすい可能性が示唆された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画において，2年目は体系的な水理実験によるニックポイントの更新型移動条件の把握と，現地調査と数値解析によるニックポイントの初期形成条件の把握を目的としていた．
本年度は，滝の落差や水深を変えることにより，砂礫粒子の掃流速度を変化させ，これがニックポイントの移動形態・移動速度に与える影響を調査した．また，岩質が縦断的に異なる阿武隈川流域の支川を対象に現地調査と数値解析を行い，岩盤強度と砂礫被覆が勾配変化点（ニックポイント）の形成に与える影響を分析した．
以上のことから研究は当初計画通り順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在構築した数値解析モデルは，ニックポイント（勾配変化点）の形成を巨視的にとらえることが出来るが，滝壺が連続的に形成される更新型移動の再現はできない．そこで， 3次元解析によりニックポイント周辺の流れ場を詳細に分析する．ただし，3次元モデルを河川の全延長に適用することは計算負荷から困難である．そこで，非静水圧急変流場を考慮した水深積分モデル（GBVC法）により，ニックポイント周辺の底面流速を評価できるか，常住の3次元モデルによる計算結果と比較し確認する．
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