ken09301

小野田　崇史

水の流れによる侵食・堆積の基礎的メカニズムの解析

細山田得三

近年集中豪雨等を原因とする水害が全国で多数発生しており，その際河川堤防が崩壊に至るという事例も報告されている．堤防が崩壊した場合，高速な洪水流が堤内地に流れ込み家屋を崩壊させるという被害だけでなく，氾濫水が引いた後に洪水流に含まれていた土砂が堆積しそのまま残留する．河川堤防は土で造られていることが多いため，溢水の発生や浸透が起きた場合には比較的容易に決壊する．それを防ぐため決壊しやすいと思われる場所ではコンクリートなどで法面保護が施されつつあるが，いまだに盛り土のままの堤防部分も少なくない．水の流れによって土砂がどのような動きをするのか把握することが可能ならば，将来的には水害が発生する前にあらかじめ河川のどの場所に有効な対策を施せばよいかを知ることができるはずである．そこで本研究では水と土砂の動きの関係を調べる第一歩として模型実験と数値計算により堤体の越流崩壊の様子を観察した．模型実験・数値計算により堤体断面の形状変化を観察し，越流による侵食・堆積，堤体崩壊等の様子を把握することを本研究の目的とする．
実験は砂のみと砂と粘土を3:1で混合した人工土を用いる．それぞれの材料で堤防の模型を作成し，一定の流量で水を流入させ越流を起こし堤防を破壊する．その際に侵食と堆積の様子を観察するためビデオカメラで撮影する．また数値計算では一次元モデルを用いて堤防の崩壊を表現する．数値モデルは有限差分法であり，計算格子は矩形格子とし，変数の配置はスタガード格子とした．
その結果模型実験においては堤体部が侵食される様子やその直後に侵食された土砂が堆積する様子，また洗掘によるおち掘りに似た現象を観察することができた．数値計算においては土砂の堆積・洗掘はほとんど確認することができなかったが，堤体部の侵食の様子を確認することができた．両者の間で侵食の過程や堤体の形状に違いが見られたが，これは数値計算において内部的なものを考慮していないことが原因であると推察される．どちらの結果がより実現象に近いものであるかということは一概には言えず，実験を様々なケースで行うことや数値計算プログラムの見直しを行い更に検討材料を増やす必要がある．

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