中小河川の河口閉塞と その対策 - Nihon...

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中小河川の河口閉塞と その対策 日本大学工学部土木工学科 長林 久夫 09.5.8 「水との共生」講座(福島県主催)

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中小河川の河口閉塞と その対策

日本大学工学部土木工学科 長林 久夫

09.5.8 「水との共生」講座(福島県主催)

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1. 中小河川の河口特性

2. 夏井・四倉海岸の海浜過程

3. 夏井川の河口閉塞

4. 効果的な河口処理対策工の検討

話 題

波エネルギー:H2,河川エネルギー:I,沿岸漂砂,岸沖漂砂 キーワード

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1. 中小河川の河口特性

中小河川の河口調査(1991-1998)

海岸形状と波の入射角

(a) 外海に面する河川

(b) 開放型湾に面する河川

(c) 閉鎖型湾に面する河川

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海岸における河川位置

89 90 91 92 93 94 95年

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

L Lsb/W R

90 91 92 93 94 95 96年

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

L Lsb/W R

89 90 91 92 93 94 95 96 97年

-2.0

-1.0

0.0

1.0

2.0

L Lsb/W R

外海に面する河川の相対砂嘴長変化

河口砂嘴の変動特性の検討

接待川(岩手県):季節的変化

津谷川(宮城県):安定

木戸川(福島県) :変化が激しい

右岸

左岸

滑津川(福島県)

Lsb

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外海

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

l / L

L sb

/ W

○岩手県,△宮城県,■福島県,◇茨城県

相対河川位置l/Lと砂嘴長Lsb/Wとの関係

海岸南端 海岸北端

海岸の始点(南端)に位置する河川は左岸から砂嘴が発達し(左岸堆積),終点(北端)に位置する河川は右岸堆積が多い。

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0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

Lsb / W

σ(L

sb / W

)

■河口処理なし,○河口処理あり

砂嘴変動幅から見た河口処理効果

22sbsb)w/L( W/)LL(

n1

sb−=σ

σ:砂嘴変動幅 , Lsb:砂嘴長 W:河口幅

海岸始点,終点の河川は河口処理効果が高い

海岸中央部の河川は河口処理効果が低い

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河口処理効果と河口変動指標

πθ /2dw HF =

20

2 /πθθ rw HF =

PIFR rwi ××=

河口波エネルギー:Fw

河口変動指標:Ri

Ir:河床勾配 P:整備率

両岸が整備されている場合:P=0.1

片岸のみ整備あるいは両岸とも未整備: P=1

10010-110-20

~ ~

河口変動頻度

河口変動指標 Ri=P×Fw×Ir

~~

●:両岸整備されている河川 (P=0.1)○:片岸のみ整備されている河川 (P=1)□:自然状態の河川 (P=1)

Ⅰ:数年に一度 Ⅱ:一年に数度 Ⅲ:時化の度

河口変動指標と河口変動頻度 (河口変動指標:修正後)

H:沖波波高

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まとめ1

外海

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

l / L

L sb

/ W

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0

Lsb / W

σ(L

sb / W

)

海岸の始点(南端)に位置

する河川は左岸堆積が,終点(北端)に位置する河川は右岸堆積が多い。

海岸始点と終点近くに位置する河川の砂嘴は安定,構造物による河口処理効果が高い。

来襲する波エネルギーと入射角からなる,河口変動指標を提案

海岸中央に位置する河川は構造物による河口処理効果が低い。

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:調査地点

夏井・四倉海岸において95年から2000年にかけて,海岸砂の粒径調査,河口砂嘴状況調査を実施

2. 夏井・四倉海岸の海浜過程

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夏井・四倉海岸の河口,海浜

四倉海岸 仁井田川河口 夏井川河口

新舞子ビーチ 滑津川河口 弁天川河口

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仁井田川河口

05/7/31 07/1/30

07/5/1 07/9/10 07/12/4

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夏井川河口

05/6/26 07/2/10

06/5/1 07/9/6

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滑津川

05/6/26

05/7/31

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弁天川

05/6/26

05/7/31

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夏井・四倉海岸の汀線変動幅と海岸構造物の関係

30年間で前浜が大きく前進している

前浜の後退

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四倉漁港の構造物の展開 と汀線変化状況

1966年 1976年 1986年

1996年 2000年

泊地への砂の堆積

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海岸内の砂の平均粒径分布

:仁井田川

:夏井川

:滑津川

夏井・四倉海岸における漂砂源は夏井川水系の掃流砂

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粒径の時系列変化から見た漂砂動向の検討

仁井田川河口

夏井川河口

滑津川河口

弁天川河口

新舞子ビーチ 北端は北向きの沿岸漂砂が卓越

海岸中央部は漂砂方向が変化する

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夏井・四倉海岸における河口変動特性と構造物建設の影響

新舞子ビーチにおける突堤建設期間の5年間程度,河口特性に影響が見られた。

その後,河口特性が回復している。

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2000年

まとめ2

夏井四倉海岸の沿岸漂砂の卓越方向は始点では南,終点では北向き

海岸の中央付近の沿岸漂砂の卓越方向は変化

夏井四倉海岸の漂砂源は夏井川,仁井田川

構造物建設による沿岸漂砂の影響回復には5年以上を要する

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3. 夏井川の河口閉塞

04年2月6日

04年2月23日

短期間の河口変動は何によって起こる?

沿岸漂砂? 岸沖漂砂?

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内容

(1)長期的河口変動特性(沿岸漂砂) (2)短期的河口変動(岸沖漂砂) (3)Cパラメータと海岸地形 (4)異常潮位と夏井河口の長期閉塞

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仁井田川. 夏井川 滑津川 弁天川 流域面積 106.8㎞2 748.6㎞2 36.5㎞2 3.5㎞2

流路延長 21.1㎞ 67.1㎞ 11.2㎞ 1.8㎞

流域概要

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GPS 水位計

河口地形の測定:

ハンドヘルドGPS(不定期)

デジタルスチルカメラ(昼間1時間毎)

河口内水位:自記水位計

海象データ:小名浜港湾

河口調査概要

監視カメラ

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(1)長期的河口変動特性(沿岸漂砂)

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(2)短期的変動(岸沖漂砂)

Sea

Estuary

04年2月における短期的河口地形の変化

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砂嘴地形と河口内水位,海象条件 04.2.6 14:00 04.2.12 15:00 04.2.16 15:00

2/6 2/8 2/10 2/12 2/14 2/16 2/18 2/20 2/22

DAY

E

W

2004

-1

0

1

2

3

η(m

)

R(㎜

)

0

20

024

H(m

)Significant wave

N

S Wave direction

Arttifical excavationWave heightPrecipitaionEstuary level Sea level

Diurnal inequality A wave from east of double day tide

Wave setup 1日2回潮

1日1回潮

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04.2.17 16:00 04.2.18 8:00 04.2.23 15:00

2/6 2/8 2/10 2/12 2/14 2/16 2/18 2/20 2/22

DAY

E

W

2004

-1

0

1

2

3

η(m

)

R(㎜

)

0

20

024

H(m

)Significant wave

N

S Wave direction

Arttifical excavationWave heightPrecipitaionEstuary level Sea level

Wave setup

高潮位,海水遡上

開削工

砂嘴地形と河口内水位,海象条件

河口内水位上昇 開口

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21/7/2005 8:00 25/7/2005 8:00 27/7/2005 16:00

8/8/2005 14:00 14/8/2005 16:00 17/8/2005 16:00

汀線位置と河口位置の推移

水理海象条件と汀線位置,相対河口位置との関係

67.0

0

27.0

0

0 )(tan

= −

LdC

LH β

砂村・堀川のCパラメータ

(3)Cパラメータと海岸地形

D=0.11cm,β=6°,

0.6

0.8

1

汀線

位置

0

0.5

1

相対

位置 左岸砂州 右岸砂州

0.5

1.5

2.5

河口

内水

位(m

河口内水位 潮位

0

25

50

75

100

雨量

(m

m)

0

1

2

3

4

5

7月11日 7月21日 7月31日 8月10日 8月20日 8月30日

H0(m

■人口開削工

堆積, 侵食

0

0

LH

:波形勾配

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前浜の堆積,浸食と海象条件 前浜への堆積(タイプⅢ)

H0=0.7m-0.8m, H0/L0=0.008

前浜の浸食(タイプⅠ)

H0>1.6m, H0/L0>0.014

タイプⅠ(浸食型)

汀線が後退し砂が沖に砂が堆積する タイプⅡ(中間型)

汀線位置は変化しないが汀線の 岸側と沖側で堆積が生ずる

タイプⅢ(堆積型)

汀線は前進し、沖側での 堆積はない

室内実験 現地海浜タイプⅠ C ≥ 8 C > 18タイプⅡ 8 > C ≥ 4 18 > C > 9タイプⅢ 4 > C 9 > C

堆積

0

5

10

15

0.3 0.5 0.7 0.9

H1/3(m)

N

侵食

0

2

4

6

1 1.4 1.8 2.4 3.2

H1/3(m)

N

堆積

0

4

8

12

0.006 0.007 0.008 0.009 0.100 0.110

H0/L0

N

侵食

0

2

4

6

0.012 0.016 0.020 0.024

H0/L0

N

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(4)異常潮位と夏井河口の長期閉塞

1

2

3

潮位

(m)

降水

量(㎜

)

9/8 満月  大潮 9/22 新月

10/7 満月

10/22 新月

9月19日 9月29日 10月9日 10月19日 10月29日

日付

9月9日8月30日

20

0

(2006年)

小名浜港の潮位記録 9月から11月にかけて2.0mを超える高潮位が継続,7月は最大1.8m程度であったが,10月8日3.2mの潮位を記録

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河口閉塞と水理海象条件

2006/9

-1

0

1

2

3

η(m

)

降水

量(㎜

)

0

20

2006/9/1 2006/9/6 2006/9/11 2006/9/16 2006/9/21 2006/9/26 2006/10/1

DAY

E W

024

H(m

)有義波高

N S

波向

2006/10

-1

0

1

2

3

η(m

)

降水

量(㎜

)

0

20

2006/10/1 2006/10/6 2006/10/11 2006/10/16 2006/10/21 2006/10/26 2006/10/31

DAY

E W

波高降水量河口内水位 潮位

024

H(m

)有義波高

N S

波向

2006年9月26日

一時的閉塞と開口

閉塞 閉塞 開口

低波浪(堆積型)

高波浪によって浜崖が形成(浸食型)

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まとめ3

21/7/2005 8:00 25/7/2005 8:00 27/7/2005 16:00

8/8/2005 14:00 14/8/2005 16:00 17/8/2005 16:00

岸沖漂砂による短期的な河口変形を確認

Cパラメータによる前浜の浸食と堆積 前浜の堆積 H0=0.7m-0.8m, H0/L0=0.008 前浜の浸食 H0>1.6m, H0/L0>0.014

異常潮位による長期閉塞の要因は,潮位差が小さいため,波による前浜への高い砂丘堆が生じたことによる

右岸砂嘴は前浜が大きく安定,左岸堆積は前浜が狭く細く伸張する

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(1)開削工の事例検討 (2)開削工の効果に関する現地観測 (3)開削工の効果に関する実験的検討 (4)導流壁の効果の検討

4. 効果的な河口処理対策工の検討

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(1)開削工の事例検討

11:30 開通

14:30 開削終了 15:40 自然拡張

10:30 開削状況

04年6月8日

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開削工の頻度

夏井川河口開削月別実績(H11年度~H17年度)

0

4

8

12

16

4月 6月 8月 10月 12月 2月

開削回数

冬季高波浪による閉塞時

5月,8月の降雨出水時期に開削

人工開削時期

開削年度 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 1月 2月 3月 合計平成11年度 1 0 0 1 1 0 2 1 1 1 2 0 10平成12年度 0 1 1 0 2 0 1 1 1 0 0 2 9平成13年度 0 0 0 0 0 3 0 0 4 2 4 2 15平成14年度 1 2 3 2 2 2 2 3 3 5 0 1 26平成15年度 0 6 0 0 0 0 0 0 1 3 2 3 15平成16年度 1 1 1 0 4 1 0 0 0 0 0 0 8平成17年度 1 2 2 3 0 0 2 2 1 2 3 0 18

合計 4 12 7 6 9 6 7 7 11 13 11 8 101

開削回数

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024

H(m

)Significant wave

2000/1/11 2000/1/16 2000/1/21 2000/1/26 2000/1/31 2000/2/5 2000/2/10

DAY

E W

2000/1~2

-1

0

1

2

3

η(m

)

R(㎜

)

0

20

N S Wave direction

Arttifical excavationWave heightPrecipitaionEstuary level Sea level

(2)開削工の効果に関する現地観測 (a) 効果なし (b) 効果あり

波高1m程度,1日2回潮の波で閉塞傾向

日潮不等で低潮位時に河口内水位上昇

河口水位と潮位差大のとき開削効果あり

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人工開削時の水理,海象条件

1999

-1

0

1

2

12.21 12.22 12.23

η(m

)

0

10

20

30

R(㎜

)

PrecipitastionEstuary levelSea level

h1

η1

η2 η3 h2

T

η1:開削時の河口水位と潮位との差,h1:開削後の潮位低下量,

T:河口水位の低下時間

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人工開削工の評価

-1.0

0.0

1.0

2.0

0.0 1.0 2.0 3.0η1 (m)

h1 (m

)

effective

Ineffective

0.0

1.0

2.0

3.0

0 5 10 15 20

η 1(m

)

Effective Ineffective

-1.0

0.0

1.0

2.0

0 5 10 15 20time (hr)h 1

(m)

Effective Ineffective

人工開削工の効果の検討 開削工の効果と開削時間の関係

潮位差(η1+h1)が1.4m以上で開削する場合に良好

開削が自然拡張を含めて8時間以内の場合に良好

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河口閉塞の要因検討

0000

0

0

000

=

igHd

dH

LH

Lh

Lx

Lhf rr ,,,,,,,

ρσ

γ

hr:河床水深,H0:沖波波高,L0:沖波波長,T:

波の周期,d:底質粒径,σ:底質密度,ρ:水の密度,ν:水の動粘性係数,i0:河床勾配

67.0

027.0

00

)/(tan/

LdLHC −=

β

0000

0

0

000

=

igHd

dH

LH

Hh

Lx

Lhf rr ,,,,,,,

ρσ

γ

1

2

3

潮位

(m)

降水

量(㎜

)

9/8 満月  大潮 9/22 新月

10/7 満月

10/22 新月

9月19日 9月29日 10月9日 10月19日 10月29日

日付

9月9日8月30日

20

0

潮位,波形勾配

前浜の侵食,堆積型

河口内水位,潮位,最狭河口断面,河川流量

河川水理条件

波高,波長,沿岸漂砂,岸沖票漂砂,タイダルプリズム 海象条件

1)河川流による運搬土砂の堆積

2)波による土砂の押し込み

3)沿岸漂砂による砂州の形成 野田英明1974.

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(3)開削工の効果に関する実験的検討

縦断図

二次元造波装置

縦断図縦断図縦断図

二次元造波装置

η

造波水路全景 開削水路初期状態

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No. Q(ml/s) η(cm) W(m) D(m)A1 50 0.010 0.060 0.018A2 50 0.025 0.064 0.023A3 50 0.050 0.087 0.033A4 100 0.010 0.101 0.025A5 100 0.025 0.110 0.030A6 100 0.050 0.123 0.035A7 300 0.050 0.175 0.048A8 50 0.015 0.064 0.015A9 50 0.035 0.115 0.018A10 50 0.055 0.102 0.031A11 100 0.015 0.180 0.014A12 150 0.015 0.201 0.019A13 150 0.055 0.168 0.026

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.00 0.02 0.04 0.06

η(cm)

D(c

m)

Q=50ml/s Q=100ml/s Q=300ml/s

-0.06

-0.04

-0.02

0.00

0.02

-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10

X(m)

D(m

)

Q=50,η=0.05 Q=100,η=0.05 Q=300,η=0.05

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.00 0.02 0.04 0.06

η(cm)

W(c

m)

Q=50ml/s Q=100ml/s Q=300ml/s

①開削水路の拡張実験

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波高 周期H(m) T (s)

C1 0.01 2.84 ⅢC2 0.03 8.51 ⅠC3 0.05 14.18 ⅠC4 0.01 2.27 ⅢC5 0.03 6.80 ⅡC6 0.05 11.33 ⅠC7 0.01 1.43 ⅢC8 0.03 4.29 ⅡC9 0.05 7.15 ⅡC10 0.01 1.10 ⅢC11 0.03 3.29 ⅢC12 0.05 5.48 ⅡC13 0.01 0.91 ⅢC14 0.03 2.72 ⅢC15 0.05 4.53 Ⅱ

No. タイプC

0.7

4

1

2

3

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

X(m)

Z(m

)

η=0,H=3.57 η=0,H=4.57 η=7,H=5.00

Q=0ml/s,T=1.44s

0.0001

0.001

0.01

0.1

0.0001 0.001 0.01(tanβ)-0.27(d/Lo)0.67

Ho/

Lo

C=8

C=4

堆積型

中間型

侵食型

h=0.07m

侵食型

堆積型

②砂州堆積形状とCパラメータ

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③開削水路の開口・閉塞実験 水位差 波高 流量 周期η (m) H (m) Q(ml/s) T (sec)

E0 0.05 7.16 Ⅱ (中間) 閉塞

E1 0.02 2.86 Ⅲ (堆積) 閉塞 0.012 0.40 0.003

E2 0.03 4.29 Ⅱ (中間) 閉塞 0.044 0.36 0.005

E3 0.04 5.73 Ⅱ (中間) 閉塞 0.053 0.30 0.006E4 0.06 8.59 Ⅰ (浸食) 閉塞 0.071 0.13 0.010E5 0.02 2.86 Ⅲ (堆積) 開口 -0.019 0.50 0.003E6 0.03 4.29 Ⅱ (中間) 開口 -0.009 0.60 0.005E7 0.04 5.73 Ⅱ (中間) 閉塞 0.032 0.50 0.006E8 0.05 7.16 Ⅱ (中間) 閉塞 0.052 0.10 0.008E9 0.06 8.59 Ⅰ (浸食) 閉塞 0.046 0.10 0.010E10 0.02 2.86 Ⅲ (堆積) 開口 -0.070 1.10 0.003E11 0.03 4.29 Ⅱ (中間) 開口 -0.016 0.70 0.005E12 0.04 5.73 Ⅱ (中間) 開口 0.036 0.40 0.006E13 0.05 7.16 Ⅱ (中間) 開口 0.049 0.35 0.008E14 0.06 8.59 Ⅰ (浸食) 閉塞 0.012 0.43 0.010E15 0.04 5.73 Ⅱ (中間) 開口 -0.037 0.70 0.006E16 0.05 7.16 Ⅱ (中間) 閉塞 0.040 0.20 0.008E17 0.06 8.59 Ⅰ (浸食) 閉塞 0.025 0.10 0.010E18 0.02 2.86 Ⅲ (堆積) 開口 -0.052 0.70 0.003E19 0.03 4.29 Ⅱ (中間) 開口 0.021 0.20 0.005

2

150

250

100

0.015

0.035

0.055

0.035

l (m)No. H0/L0C 海岸 堆積 h (m)

(50%粒径 d=97.24μm)

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E10, 潮位差η=0.035m,波高 H=0.02m, 流量Q=150ml/s, 周期T=2sec

E14, 潮位差η=0.055m,波高 H=0.06m,流量 Q=150ml/s,周期 T=2sec

流量一定,水位さηと波高Hの効果の検討 開口

閉塞

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η=0.035m,H0=0.06m,Q=150ml/s

η=0.035m,H0=0.06m,Q=250ml/s η=0.035m,H0=0.03m,Q=100ml/s

η=0.035m,H0=0.02m,Q=100ml/s

河口地形に及ぼす潮位差η,波高H0,流量Qの影響

開口

開口

閉塞

開口,河口偏奇

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-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

2 2.5 3 3.5 4縦断距離 (m)

高さ

(m

)

E0 E10E11 E12E13 E14

η=0.055m

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

2 2.5 3 3.5 4縦断距離 (m)

高さ

(m

)

E0 E5E6 E7E8 E9

η=0.035m

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

2 2.5 3 3.5 4縦断距離 (m)

高さ

(m

)

E0 E1E2 E3E4

η=0.015m

潮位差と波高,流量による開削水路の閉塞実験 η=0.015m

η=0.035m

η=0.055m

潮位差大:砂丘堆を海側に形成する(河川掃流力増加)

Q=150ml/s

波高大:砂丘高さの増加 E7

-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

2 2.5 3 3.5 4

縦断距離 (m)

高さ

(m

)

Q=150(ml/sec)Q=250(ml/sec)

h η

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ℓ/L0

砂丘堤の堆積高,位置と波形勾配から見た開削工の効果の検討

砂丘堤の堆積高さの検討

砂丘堤の頂点位置 -2

0

2

4

6

0.002 0.004 0.006 0.008 0.010H0/L0

h/η

Ⅰ:堆積 Ⅱ:中間 Ⅲ:浸食

開口

-6

-2

2

6

0.002 0.007 0.012

η=0.015m,Q=150ml/s

η=0.035m,Q=150ml/s

η=0.055m,Q=150ml/s

η=0.035m,Q=250ml/s

η=0.035m,Q=100ml/s

0.00

0.10

0.20

0.002 0.004 0.006 0.008 0.01H0/L0

ℓ/L

0

流量大

流量小

流量増加で堆積高さ減少

流量増加で砂丘提は前進

波高増加で砂丘提は後退

波高増加で堆積高さ増加

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(4)導流壁の効果の検討 導流壁の有無による開削水路の相違 導流壁

E7, 潮位差η=0.035m,波高 H=0.04m,流量 Q=150ml/s,周期 T=2sec

導流壁

導流壁

前浜の方部より海側に砂丘堤が堆積するために閉塞

導流壁を前浜の肩部まで設置

導流壁を前浜肩部前面まで設置

前浜の方部より海側に導流壁を設置したために開口

砂丘堤

河川流

波なし

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-3.0

-1.0

1.0

3.0

-10 -5 0 5横断距離 (cm)

水深

(cm

)0sec120sec900sec1800sec3600sec

case-A-2

-3.0

-1.0

1.0

3.0

-10 -5 0 5横断距離 (cm)

水深

(cm

)0sec120sec900sec1800sec3600sec

case-A-2

導流壁のない場合の開削水路の拡張状況

導流壁がある場合の開削水路の拡張状況

導流壁を設けると水路幅は狭くなり,最深河床が低下する(河川流の掃流力増加)

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-2.0

0.0

2.0

4.0

-10.0 -5.0 0.0横断距離 (cm)

水深

(cm

)0sec900sec1800sec3600sec

-2.0

0.0

2.0

4.0

-10.0 -5.0 0.0 5.0

横断距離 (cm)

水深

(cm

)0sec900sec1800sec3600sec

導流壁の設置位置の検討

前浜先端部まで

前浜先端部+0.05m

導流壁を海側まで伸ばしたものは最深河床が低下する

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まとめ4 潮位差η,流量Qの増加は砂丘堤を海

側に形成する(河川掃流力増加)。波高H0の増加は砂丘高さを増大する。

導流壁は水路幅を抑制し,最深河床を低下させる(掃流力の増加)。

-2

0

2

4

6

0.002 0.004 0.006 0.008 0.010H0/L0

h/η

潮位差ηが大きく,より高波高H0の場合,浸食型となり砂丘堤は低下する。

導流壁の設置位置は,砂丘堤防の高さと位置を考慮する必要がある。

-3.0

-1.0

1.0

3.0

-10 -5 0 5横断距離 (cm)

水深

(cm

)

0sec120sec900sec1800sec3600sec

case-A-2

-3.0

-1.0

1.0

3.0

-10 -5 0 5横断距離 (cm)

水深

(cm

)

0sec120sec900sec1800sec3600sec

case-A-2

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おわりに

END

対策 検討

調査 学 産

民 官

民産学官の輪による問題解決にあたる枠組み