（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部第48回（平成27年度）研究発表会論集学生発表アブストラクト №304 砂州及び高水敷上の河道内樹木の流水抵抗特性に関する研究明石工業高等専門学校専攻科建築・都市システム工学専攻明石工業高等専門学校都市システム工学科 ‫ۑ‬入江良幸 ࠉ神田佳一１. はじめに諸外国に比べ勾配の急な河川が多く、また南シナ海で発生する台風の通り道となる日本では、地形的・気象学的に河川の洪水災害が発生しやすい状況下にある。発生する洪水災害から人命や財産などを水害から守るために堤防や護岸など、古来より様々な治水事業が重要視されてきた。このため、掃流力が低水路に集中し、砂州や高水敷は流水にさらされにくい高さとなって草地となり、砂州に生育した草が砂を補足し砂州自体が上昇する。この結果、砂州における相対的な冠水頻度が低下し、河道内における樹林化が進行することとなる。そこで本研究では、実際の河川を想定し、直線および交互砂州状に低水敷を引き、図—3 樹木の配置複断面水路を実験水路で再現し、樹木群の密生度λと樹径D、流表—1 実験条件量Qをパラメーターとして換算粗度係数nおよび抗力係数CDを等流水深Hの測定から求め、それらの変化特性について評価する。ここで換算粗度係数とは水路壁面に加えて樹木模型表面を含めた粗度係数、抗力係数とは、樹木模型に作用する流体力と断面平均流速の比から表される指標である。２．模型実験の概要図—1に示す既設の全長9.4m、幅1.0mの長方形断面開水路に樹木模型を配置したものを用い、流量を電磁流量計、等流水深をポイントゲージにより測定し、式(2)および式(3)を用いて換算粗度係数および抗力係数を算出する。樹木条件、実験条件を以下に示す。図-2および図-3のように，樹木を全面千鳥配置し、密生度、樹径を変化させたCase-a、b、cおよび交互砂州型樹木 veg  配置のCase-d、直線状に樹木を配置したCase-eの5つの条件で実 Dh D  2 2 S h S (1) n R 2 3i 1 2 QBH (2) gAi - gnS U 2 B  2H R -1 3 CD  2 U 2 HD 験を行った。 2 整流板樹木模型 (3) Z 3．実験結果および考察 X 水路勾配 i=1/1000 水位調整板ており、等流水深の実験結果の場合と同じく、それぞれ●でプ PP EE 電磁流量計換算粗度係数の実験結果を図-4に示す。実験結果は、縦軸に換算粗度係数n(m-1/3/s)横軸に流量Q(m3/s)をとったグラフで表しロットしている。○で示す点は冠水流量を示している。ポンプ換算粗度係数は式(2)に示すマニングの式を用いて算出してい図—1 実験水路側面図る。樹木の影響面積がCase-cに比べて複断面水路は小さくなっ Flow ているため、換算粗度係数の値も小さくなっている。Case-a、水路長 9.4 Case-bの実験結果と違い、Case-c、Case-d、Case-eの実験結果が冠水流量でピークを迎えた後、一定値にならずに減少している 1.0 Y のは密生度が高くなると流量の増加に対する水深の増加量が大きくなり、樹木の影響が小さくなるのが早いからであると考え X 1.84 られる。 6.86 図—2 実験水路平面図 0.70 図-5に抗力係数の実験結果を示す。実験結果は、縦軸に抗力係数、横軸に流量Q(m3/s)をとったグラフで表しており、それぞ－ 249 －（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部第48回（平成27年度）研究発表会論集学生発表アブストラクト №304 れ●でプロットしている。○で示す点は冠水流量を示している。抗力係数は交互砂州状配置、直線状配置ではほとんど差異がなく、抗力係数はCase-cよりも小さくなった。これも、等流水深や換算粗度係数の実験結果で述べたように樹木の影響面積が小さくなったのが主な原因ではないかと考えられる。 (a)Q=8.9[l/s] 図—4 換算粗度係数の実験結果 (b)Q=14.4[l/s] 図—6 交互砂州状配置の表面流速 (a)Q=8.3[l/s] 図—5 抗力係数の実験結果 PIV画像解析による表面流速の解析結果を図-6、図-7に示す。図-6は交互砂州状配置の実験結果、図-7は直線状配置の実験結果である。また、(a)は樹木が冠水前の流量であり、(b)は冠水後の流量である。茶色の◯は樹木模型を表している。交互砂州状配置では、冠水前の流量では水路の形状に合わせ (b)Q=17.9[l/s] て流れが蛇行しているが、冠水後は樹木の影響がなくなり、流れが直線状になっている。直線状配置では冠水前の流量では、樹木模型の抵抗により流れが中央に集中しているが、冠水後は対照的に樹木模型の上部において流速が速くなっている。図—7 直線状状配置の表面流速力係数および流速特性を測定することによって河道内樹木群の基本的な抗力特性および複断面水路の抗力特性を評価した。参考文献 1)川合茂・和田清・神田佳一・鈴木正人：河川工学，コロナ社，４. まとめ河道内樹木群について、模型実験を行い、換算粗度係数、抗 pp.2-3，2002． 2)米谷駿一他:樹木粗度を有する交互砂州地形の相当粗度,201 － 250 －