庄内川下流域の庄内川下流域の掘削による掘削による河床変動による河床変動愛知工業大学土木工学科河川・環境研究室 D02157 若山浩克 D03005 安藤崇人 D03035 大橋弘幸これらを加味した河床変動の予測は今後の大きな課題といえる。 1. はじめに瑞浪市Ｎ多治見市枇杷島水位観測所春日井市瀬戸市尾張旭市調査箇所 7.0km～～ 8.6km 名古屋市 0 伊勢湾土岐市 2. 研究目的 2000年9月の東海豪雨以降、庄内川では洪水対策として、激特事業(河川激甚災害対策特別緊急事業) が計画された。主に河床の掘削や、堤防のかさ上げを河口付近から約16kmにわたり行われた。事業内容の１つである掘削工事の前と工事後で川の流れにより、河床が洗掘される場所と堆積する場所がどのように変化したかを調査する。 10km 3. 研究方法 3 – 1. 掘削工事が行なわれた場所と出水があった日を調査する。 3－2. 掘削工事の工事パターンから工事場所を3箇所程度に絞る。 3 – 3. 河川の横断図により、断面の変化を比較し考察する。 3 – 4. 河川の横断測量データにより、工事が行なわれる以前と、工事が行なわれ出水があった後の河床変動量を求め、洗掘量、堆積量を推定し、どのように変化したかを比較する。 3 – 5. 河床材料、流量を調査し、工事後の変化を調べる。 1－1. 庄内川の治水計画庄内川は岐阜県下の恵那市、瑞浪市、土岐市、多治見市、愛知県下の瀬戸市、春日井市、小牧市、一宮市、犬山市、名古屋市等にまたがる流域面積 1010km2 幹川流路 96 km の河川である。現在定められている庄内川の治水計画は、上流部（土岐川）においては 100 年に 1 回、下流部においては 200 年に 1 回の確率で発生する可能性のある洪水を安全に流下させるように整備することとしている。庄内川では昭和１７年から昭和２５年の間、国で治水事業を行い、その後、県に移管されていたが、ふたたび昭和４４年から国で治水事業を行っている。上流では砂防事業及び小里川ダム建設、中・下流では小田井遊水地をはじめ河川改修事業を行っている。また、 4. 期待される期待される成果される成果河川敷では大都市部の憩いの場として、環境整備事掘削工事が行なわれる前と後の河床変動を調べ業をすすめている。る事により今後の工事後、洪水時に河床がどのように変化するかを検討し、堆積、洗掘の特徴を知るこ 1－2. 河床変動についてとができる。底が砂や礫で構成されている川や人工水路を眺めると、砂や礫による様々な起伏がある。水の流れ 5. 調査箇所は底面や側面を浸食し、崩した土砂を運搬し、さら第１調査箇所は河口から 7.0km～7.6km の地点でに運んできた土砂を堆積させるというような河床ある。理由としては東海豪雨後に早い時期に掘削工に変化を与える。このような河床の変化を河床変動事が完成したことにより、工事後の出水による大きという。我が国の河川は河床勾配が急であるため、な河床変動が期待できると予想したためである。しばしば河床変動を繰り返している。河川における第２調査箇所は河口から 8.0km～8.6km の地点で河床変動は災害という形で人間生活に関係するだある。この場所も早い時期に工事が完成しており、けでなく、自然生態系の環境という視点からも重要 1 つ目の調査箇所は河道が左に曲がっているので、な要素であるといえる。特に、山地河川の河床は、遠心力により右岸が洗屈され、左岸に堆積するので巨礫から微細粒な土砂までの幅広い粒度分布を有はないかと予想し、直線、右に曲がる場所では逆のしているため、災害防止や環境保全を考慮すると、河床変動が起こるかを確認するためである。 Group3－1 N 万場大橋 8.6ｋｍ万場大橋緑地 8.4ｋｍ 8.0ｋｍ 7.8ｋｍ写真２万場大橋緑地付近(8.0km 地点) 7.6ｋｍ 8.2ｋｍ写真２は 8.0km 地点の河床材料を採取した場所である。第２調査区間第１調査区間 7.4ｋｍＪＲ関西本線横井大橋 7.2ｋｍ 7.0ｋｍ図２ 7.0ｋｍ～8.6ｋｍ平面図写真３ 7.0ｋｍ地点の河床の状態写真３は 7.0ｋｍ付近の河床材料である。粘土層のものが見られる。写真 1 横井大橋（7.3ｋｍ地点）写真１は 7.0ｋｍ～7.3ｋｍの間で河床材料を採取した場所である。 6. 測定結果 6－－1. 水位グラフ水位グラフ図３より 2003 年は年平均水位が 2ｍであり、最高水位は 4.5ｍに達した。また、7 月から 9 月にかけて断続的に水位が上がっていることが確認できた。図４より 2004 年は 10 月に 6ｍ、5.4ｍまで水位が上昇していることから大規模な出水が二度あったことが確認できた。図５より 2005 年は最高水位が 3.3ｍで大きな出水はなかったといえる。調査箇所の工事は 2003 年に完成しており、その後大洪水が二度おこっていることから、河床が変動している可能性があるといえる。 Group３－2 図５の水位-流量曲線により各年の水位から時刻流量を求め、1 日の合計が 1000ｍｍ以上、5000ｍｍ以上、10000ｍｍ以上の日が何回あったかを調べ、河床変動が起こりうる時刻流量の合計を調べる。 7 6 5 水位(m) 最高水位平均水位 4 表 1 出水回数 3 2 １０００㎜～５０００㎜５０００㎜～１００００㎜１００００㎜以上３９回３１回１４回６２回３０回１２回０回０回０回６回１回０回２回１回０回０回１回０回 1 2000 年 2001 年 2002 年 2003 年 2004 年 2005 年 0 図３ 2003 年水位グラフ 7 6 水位（ｍ） 5 最高水位 6－－3. 河床変動量 1999 年～2001 年（東海豪雨の前後）と 2001 年～ 2005 年(東海豪雨後と掘削工事をし出水があった後)の横断図により各地点の高低差を算出し、その差を河床変動量とする。横断面が下がっている場所が洗掘され、上がっている場所が堆積したということである。平均水位 4 3 2 1 0 図４ 2004 年水位グラフ 7.0ｋｍ地点は伏屋河道掘削工事の最下流の地点で河道が直線の場所である。図７の横断図、図 8 の河床変動量より、東海豪雨によって低水護岸の一部が洗掘されていた。また、基準点から 0m～8m の間で堤防が破壊されていることがわかった。河道の中央部は 0.3ｍほどの河床変動があったが、大きな堆積、洗掘ともになかった。掘削工事後は、河道の中央部で 1ｍほどの洗掘があった。工事により堤防が修復されたがその他に堆積している場所はなかった。東海豪雨と工事後では河床が変化している場所が違うが、どちらも河床の大きな変化はないため、 7.0ｋｍ地点においては河床変動が起こりにくい場所であると考察する。 7 6 水位（ｍ） 5 最高水位 4 平均水位 3 2 1 0 図５ 2005 年水位グラフ 6－2. 流量流量・・出水回数流量(㎥/s) 500 2 Q = 19.094h + 62.962h - 135.09 Q:流量　h:水位基準点からの高さ(m) 600 近似曲線 400 300 200 100 7.0km地点の横断図 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 1999年 0 1 2 3 4 水位(m) 5 6 7 掘削工事をした場所 2001年 2005年 -50 0 河床材料採取場所 0 50 100 150 基準点からの距離(m) 図７ 7.0ｋｍ地点の横断図図６水位-流量曲線 Group３－3 200 250 0 50 100 150 基準点からの距離(m) 200 2001～2005の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 かさ上げ掘削量 -50 0 50 100 150 基準点からの距離(m) 200 基準点からの高さ(m) 7.2km地点の横断図 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 2005年掘削工事をした場所 200 250 200 250 洗掘量堆積量掘削量 0 50 100 150 基準点からの距離(m) 図 10 7.2ｋｍ地点の河床変動量 7.6ｋｍ地点は河道が左に屈曲している場所である。図 13 の横断図、図 14 の河床変動量より、東海豪雨以前は基準点から 120ｍ～170ｍの間で 7.0kｍ～7.4ｋｍ地点より河道がかなり深くなっていた。東海豪雨後はさらにその場所が局所的に 4ｍ洗掘されていた。工事後は局所的に洗掘された場所が大きく堆積していた。工事がおこなわれた場所では 7.2ｋｍ地点・7.4ｋｍ地点と同様に堆積していた。左に曲がっているが、東海豪雨後・工事後ともに右岸で大きな洗掘が確認できなかったため、河道が曲がる場所では右岸・左岸で河床変動がおこるとはいえないということがわかった。 7.4km地点の横断図 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 2005年掘削工事をした場所 1999年掘削横断図 2001年 -30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 基準点からの距離(m) 図 11 7.4ｋｍ地点の横断図掘削横断図 2001年 0 50 100 150 基準点からの距離(m) かさ上げ -50 1999年 -50 0 2001～2005の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 250 図８ 7.0ｋｍ地点の河床変動量 7.2km 地点も 7.0km 地点と同じく河道が直線の場所である。図９の横断図、図 10 の河床変動量より、東海豪雨によって河道の中央部（120m～150ｍ）が 3ｍほど洗掘されていた。その他の場所での大きな河床変動はなく、中央部だけが大きな河床変動があった。工事後のグラフでは東海豪雨で大きく洗掘された場所において 2ｍ堆積している。低水路の中で中央が洗掘され、その両端が堆積していた。 7.4km 地点は河道が緩やかに左に曲がっていて、河道の中央の一部が浅くなっているため水流が左岸側と右岸側で違う場所である。図 11 の横断図、図 12 の河床変動量より、東海豪雨では、中央の浅くなっている低水路の左岸側と右岸側は 1.8ｍ洗掘された。中央の浅くなっている場所は 2ｍ堆積していた。その後の掘削工事によって、左岸が大きく削られた。工事後、7.4ｋｍで最も深かった基準点から 165ｍ～170m の間で 2.5ｍ堆積していた。工事を行った場所では 2ｍ堆積していた。洗掘量堆積量 -50 250 河床変動量（m）河床変動量(m) -50 河床変動量(m) 洗掘量堆積量 1999～2001の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 基準点からの高さ(m) 河床変動量(m) 1999～2001の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 50 100 150 基準点からの距離(m) 200 250 図９ 7.2ｋｍ地点の横断図 Group３－4 1999～2001の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -30 0 30 60 河床変動量（m）河床変動量(m) 洗掘量堆積量 2001～2005の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 90 120 150 180 210 240 270 洗掘量堆積量かさ上げ -30 0 30 掘削量 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 基準点からの距離(m) 基準点から名距離(m) 図 14 7.6ｋｍ地点の河床変動量 2001～2005の河床変動量洗掘量堆積量かさ上げ河床変動量（m）掘削量 -30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 基準点からの距離(m) 図 12 7.4ｋｍ地点の河床変動量標高点からの高さ(m) 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 7.6km地点の横断図掘削工事をした場所 2005年 1999年掘削横断図 -30 0 2001年 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 標高点からの距離(m) 図 13 7.6ｋｍ地点の横断図 1999～2001の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 洗掘量堆積量河床変動量(m) 8.0ｋｍ～8.2ｋｍ地点は河川の蛇行部の中央に位置し、河道が緩やかに曲がっている場所である。図 15 の横断図、図 17 の横断図より、東海豪雨では河道の中央部で洗掘され、右岸・左岸では堆積が確認できたが大きな河床の変化にはいたらなかった。掘削工事で右岸を大きく削った後、河道全体において堆積傾向にあり、洗掘が確認できた場所は一箇所だけであった。図 16 の河床変動量より、8.0ｋｍ地点は工事で削った場所で大きな堆積はなかった。図 18 の河床変動量より、8.2ｋｍ地点では工事した場所で 1.8ｍの堆積があった。-30ｍ～0ｍ、200ｍ～250 ｍは堤防のかさ上げ工事によるもので、河床変動とは関係がないものである。 8.4ｋｍ地点は河道が右に緩やかに曲がっている場所である。図 19 の横断図、図 20 の河床変動量より、東海豪雨では河道の中央部で洗掘され低水護岸の付近で１ｍ堆積していた。工事後、稼動の中央部で堆積していた。また、工事を行った場所では大きな河床変動はなかった。標高点からの高さ(m) 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 8.0km地点の横断図 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 河床材料採取場所 2001年掘削工事をした場所 2005年 1999年掘削横断図 -30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 標高点からの距離(m) 図 15 8.0ｋｍ地点の横断図 -30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 基準点からの距離(m) Group３－5 1999～2001の河床変動量洗掘量堆積量 -30 0 30 60 90 河床変動量（m）河床変動量(m) 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 120 150 180 210 240 270 300 掘削量 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 基準点からの距離(m) 基準点からの高さ(m) 河床変動量(m) 掘削量 -30 図 16 8.0ｋｍ地点の河床変動量 2005年 1999年掘削横断図 2001年 -50 1999年掘削横断図 -4 2005年 -10 -50 0 50 100 150 200 基準点からの距離(m) -50 250 図 17 8.2ｋｍ地点の横断図河床変動量(m） 1999～2001の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 河床変動量(m) 洗掘量堆積量 0 50 100 150 200 基準点からの距離(m) 250 0 50 100 150 200 基準点からの距離(m) 250 2001～2005の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 かさ上げ洗掘量堆積量掘削量 -50 -50 250 洗掘量堆積量河床変動量(m) 2 0 -2 2001年 50 100 150 200 基準点からの距離(m) 1999～2001の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 4 -6 -8 0 図 19 8.4ｋｍ地点の横断図掘削工事をした場所 8 6 250 掘削工事をした場所 8.2km地点の横断図 10 50 100 150 200 基準点からの距離(m) 8.4km地点の横断図 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 洗掘量堆積量かさ上げ 0 図 18 8.2ｋｍ地点の河床変動量 2001～2005の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 洗掘量堆積量かさ上げ -50 基準点からの距離(m) 基準点からの高さ(m) 2001～2005の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 0 50 100 150 基準点からの距離(m) 200 250 図 20 8.4ｋｍ地点の河床変動量 8.6ｋｍ地点は河道が右に屈曲している場所である。図 21 の横断図、図 22 の河床変動量より、東海豪雨では河道の中央部で洗掘され高水敷で堆積していた。工事後、東海豪雨で洗掘された場所では大きく堆積し、右岸の高水敷で堆積し右岸の低水護岸は洗掘されていた。 Group３－6 基準点からの高さ（m）表２総河床変動量 8.6km地点の横断図 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 掘削工事をした場所 1999年掘削横断図 2001年 -50 0 50 図 21 2005年 100 150 200 250 基準点からの距離(m) 300 350 8.6ｋｍ地点の横断図 6－4. 代表粒径 1999～2001の河床変動量 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 7.0ｋｍ 7.2ｋｍ 7.4ｋｍ 7.6ｋｍ 8.0ｋｍ 8.2ｋｍ 8.4ｋｍ 8.6ｋｍ 1999 年～2001 年 2001 年～2006 年堆積量洗掘量堆積量洗掘量 (㎡) (㎡) (㎡) (㎡) 5.6 -9.3 0.3 -21.4 5.8 -40.7 38.3 -33.5 10.7 -25.3 60.7 -8.2 7.3 -68.9 27.3 -1.0 6.3 -10.0 33.7 -1.7 2.3 -19.8 32.4 -0.6 7.3 -22.4 78.1 -2.3 7.2 -24.5 82.9 -29.0 7.0km左岸 100 80 通過質量(%) 河床変動量(m) 洗掘量堆積量 60 40 2006年 1999年 20 2000年 -50 0 50 100 150 200 250 基準点からの距離(m) 300 0 0.001 350 0.01 10 100 7.0km中央通過質量(%) 80 洗掘量堆積量 2000年 60 40 1999年 2006年 20 0 0.001 掘削量 -50 0 50 100 150 200 250 基準点からの距離(m) 300 350 0.01 0.1 1 粒径(mm) 10 100 7.0km右岸 100 80 図 22 8.6ｋｍ地点の河床変動 7.0ｋｍ～8.6ｋｍにおいて、左に屈曲している場所で、工事後に低水路の中央部で堆積することが多く、右岸が洗掘されている場所は 7.2ｋｍ地点だけであった。中央部で堆積していたのは、掘削工事をすることにより、低水路の幅は広がったが、流速が緩やかになり河床材料が移動しにくくなったと考察する。また、深くなっている場所は浅い場所より流速が遅くなるため、大きく堆積したものと思われる。また表２から、東海豪雨では調査箇所において、すべて堆積量よりも洗掘量のほうが多かった。工事を行った後の出水では 7.2ｋｍ～8.6ｋｍに土砂を大量に堆積させたことがわかった。東海豪雨時における流量は 40890ｍ/日で工事後の最大流量は 14919ｍ/日であり、調査箇所において 14919m/日では大きく洗掘はされず、堆積はしやすいと考察する。通過質量(%) 河床変動量(m) 2001～2005河床変動量かさ上げ 1 粒径(mm) 100 10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 0.1 2006年 60 40 1999年 2000年 20 0 0.001 0.01 0.1 粒径(mm) 1 10 100 図 23 7.0ｋｍ地点の左岸・中央・右岸の粒径図 23 の 7.0ｋｍの代表粒径は左岸・中央においては東海豪雨の前と後で 0.1mm～1mm の大きさで小さな変化があった。右岸においては東海豪雨により 1.0mm より大きな粒径のものが流されていることが確認できた。図 7 では右岸において大きな変化がないため東海豪雨で粒径の大きなものが流され粒径の小さなものが堆積したと考察する。 7.0km 地点は現在、ヘドロが堆積していて、満潮時、干潮時に調査したが変化は見られなかった。 Group３－7 8.0km左岸(1999～2000） 100 80 60 2000年通貨質量(%) 通過質量(%) 80 1999年 40 0.01 0.1 粒径(mm) 1 10 0 0.001 通貨質量(%) 通過質量(%) 0.1 粒径(㎜) 1 10 60 40 2000年 2000年 60 40 20 0.01 0.1 粒径(mm) 1 10 0 0.001 100 8.0km右岸(1999～2000) 100 2006年 0.01 0.1 粒径(㎜) 1 10 80 1999年通貨質量(%) 2000年 60 40 20 2006年 60 40 20 0.01 0.1 1 粒径(mm) 10 0 0.001 100 図 24 8.0ｋｍ地点の左岸・中央・右岸の粒径 (1999 年～2000 年) 図 24、図 25 より、8.0ｋｍ地点の左岸・中央・右岸において東海豪雨で粒径が小さくなった場所は、掘削工事後の洪水で粒径が大きくなり、東海豪雨で粒径が大きくなった場所は、掘削工事後の洪水で粒径が小さくなった。また、東海豪雨以前と掘削工事後の洪水で変化した粒径は非常に似ている曲線となった。よって 8.0ｋｍ地点においては、大規模の洪水によって大きく変化した粒径が中・小規模の洪水が繰り返し起こることにより大規模の洪水が起こる前の状態に戻っていくと考察する。 7．まとめ・庄内川下流域において河道が曲がる場所では右岸・左岸で河床変動がおこるとはいえない・庄内川下流域において掘削工事をすることにより、低水路の幅は広がったが、流速が緩やかになり河床材料が移動しにくくなった・庄内川下流域深くなっている場所は浅い場所より流速が遅くなるため、大きく堆積した・ 8.0ｋｍ地点においては、大規模の洪水によって大きく変化した粒径が中・小規模の洪水が繰り返し起こることにより大規模の洪水が起こる前の状態に戻っていく 100 8.0ｋｍ右岸(2000～2006) 100 80 100 8.0km中央(2000～2006) 80 1999年 20 通過質量(%) 0.01 100 80 0 0.001 2000年 40 100 8.0km中央(1999～2000) 100 0 0.001 2006年 60 20 20 0 0.001 8.0ｋｍ左岸(2000～2006) 100 2000年 0.01 0.1 粒径(㎜) 1 10 100 図 25 8.0ｋｍ地点の左岸・中央・右岸の粒径 (2000 年～2006 年) 8．参考文献中川博次辻本哲郎：新体系土木工学２３移動床流れの水理、1986. 本間仁萩原能男：流量計算法、1972 2002 年度愛知工業大学工学部土木工学科河川環境研究室卒業研究論文庄内川河川事務所HP (http://www.cbr.mlit.go.jp/shonai/) 庄内川についてHP (http://www.mlit.go.jp/river/jiten/nihon_kawa/data/ty uubu/shonaigawa/shonaigawa.html) Group３－8