報告書番号

N17010

タイトル（和文）

平面二次元流砂層モデルのダム・堰上下流の土砂輸送現象への適用

タイトル（英文）

Application of a two-dimensional riverbed variation model using bed load layer model to sediment transport phenomena upstream and downstream of dam or weir

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背 景
蛇行河川に設置されるダム・堰の上流調整池では，混合砂礫の分級と河床変動が繰り返し更新されて複雑な堆積構造となる．また，下流河川では上流調整池からの流出土砂の変化がアーマリング注1）や砂州の形成過程に影響を及ぼす．広域を対象としたこれらの評価は，一般的に，交換層モデル注2）を用いた平面二次元河床変動解析で行われるが，交換層の設定厚によって計算結果が異なることもある．このため，交換層に相当する流砂層厚さを力学的に決定できる流砂層モデルが提案されている．
目 的
当所開発の平面二次元流動・地形変化解析システムC-HYDRO2D に流砂層モデルを組み込み，蛇行流路を対象に検証を行う．さらに，ダム・堰上下流の土砂輸送現象への適用性を検討するとともに,交換層モデルとの比較検討を行う．
主な成果
1. 蛇行流路における分級および河床変動を対象とした検証河床変動量について流砂層モデルによる計算結果が実験結果にほぼ一致すること，分級現象について，蛇行頂点の流路中央で実験より粗粒化する傾向にあるが，湾曲内岸の細粒分の堆積と湾曲外岸洗掘領域の粗粒化を定量的に再現できることを確認した.
2. ダム・堰上下流の土砂輸送現象への適用
ダム・堰が設置された蛇行河川を対象に，河床材料（一様砂,混合砂）と排砂門運用閉,開）を変えた非定常移動床実験と両モデルによる再現計算を行い，以下を確認した．
(1) 一様砂の場合，流砂層モデルの有無に依らず，上流調整池の堆砂デルタ形状の経時変化は実験結果にほぼ一致する．下流端流出土砂量は，ダム直下の局所洗掘の影響が大きい実験初期と上流調整池の満砂直後を除けば，実験結果にほぼ一致する．
(2) 混合砂の場合，上流河川の河床上昇の再現性向上のためのパラメータ調整の必要があるものの，両モデルともに堆砂デルタ形状の経時変化が実験結果にほぼ一致する．下流端流出土砂量はダム直下の局所洗掘の影響が大きいため過小評価となる．
(3) 土層ブロックの設定層厚を変えた検討において，交換層モデルを用いた場合には河床位や流路幅，下流端流出土砂量，粒度分布などに違いが生じるが，流砂層モデルの場合には計算結果の違いが小さく設定層厚に影響されにくい．
今後の展開
流砂層モデルを用いたC-HYDRO2D をダムや取放水口周辺の河床変動評価やダム排砂門からの排砂影響評価などに活用するとともに，ダム直下の局所洗掘モデルを開発する．

概要 （英文）

In this study, a two-dimensional riverbed variation model using bed load layer model was developed. The numerical model was applied to sediment sorting phenomena and riverbed topography in a meander channel, and the numerical results agreed with the experimental result. Furthermore, the three-dimensional sediment pattern upstream and downstream of a dam or a weir in meandering river was experimentally and numerically investigated. The riverbed material was two cases, which were uniform sand and non-uniform sand. The flow rate was unsteady and the same hydro was repeated more than 15 times. A comparison between the numerical results and experimental data using uniform sand indicated that the result using bed load layer model could reproduce the sediment pattern upstream of the dam or the weir and the sediment discharge downstream of the dam or the weir with sufficient accuracy. On the other hand, the comparison using non-uniform sand showed that the calculation result of the sediment pattern upstream of the dam or the weir using bed load layer model roughly agreed with the experimental result and that the calculation result of the sediment discharge downstream underestimated due to the influence of local scoring just under the dam or the weir. In addition, as a result of examination by changing the riverbed layer thickness, the exchange layer model differed in sediment sorting and riverbed profile depending on the riverbed layer thickness, while the bed load layer model was less susceptible to the riverbed layer thickness.

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