河床の凹凸が礫の躍動に及ぼす効果の定量化

• 研究課題/領域番号: 07780140
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 自然地理学
• 研究機関: 鳥取大学
• 研究代表者: 小玉 芳敬 鳥取大学, 教育学部, 助教授 (50263455)
• 研究期間 (年度): 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円); 1995年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 礫の躍動 / 河床の凹凸 / 閉管水路実験 / 流送砂礫量 / 砂礫床河川 / 渓流 / Saltation / 河床粗度

研究概要

蛇尾川(栃木県)の河原から中径20〜30cmの礫を100個余り採取し、それらを筑波大学水理実験センターの閉管水路(全長16m・幅30cm・深さ40cm、水はポンプで、砂礫はベルトコンベヤ-でそれぞれ循環する)の水路床に互いにインブリケーションさせて並べ、動かない河床の凹凸を作った。そこに径15-20mmの円礫を水と共に流すことで、並べた巨礫の隙間や凹凸の凹部をこれらの円礫が埋めた。このようにして生じた移動床から巨礫の凸の度合いを変えて、5CASEの実験を行った。各CASE毎に流量を段階的に変え4つのRUNを実施した。つまり、各CASE終了時に循環する円礫を百数十kg加えることで、巨礫がなす河床凹凸の凹部に円礫が堆積し、結果的に移動床面から突出する巨礫の凸高を小さくした。実験中、水路側方から2台の8mmビデオカメラを使って、6m〜9m区間での円礫の躍動を撮影した。また細い管から発生させた気泡をビデオで解析することにより流速の垂直分布を測定した。同時にベルトコンベヤ-で循環する砂礫量も測定した。
現在ビデオをコマ送りして、1/30秒毎の円礫の軌跡をトレースする作業を進行中であるが、実施した5CASEの実験では、躍動の大きさに顕著な違いを確認できなかった。原因は2点考えられる。一つは、巨礫の凹部を円礫で埋め、河床高が増すことで、閉管水路の水深は小さくなり流速が増加した(ただし、水マノメーターから求めたエネルギー勾配はCASE毎に大差なかった)。その結果、巨礫の凸高が小さくなると、掃流砂礫量はオーダーを違えて増加し、そのため円礫の躍動高には、巨礫の凸高よりも掃流砂礫量の違いが反映した。二つ目は巨礫の凸高を0にして、従来の均一粒径実験との比較ができなかった点である。96年3月に再度実験を実施して後者を解決する。