JP2009275362A - River hydraulic test device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、河川における侵食を解析するために用いられる河川水理実験装置に関する。 The present invention relates to a river hydraulic experiment apparatus used for analyzing erosion in a river.
経済的な土砂移動制御手法を確立するため、単一湾曲部を有する河川をモデル化し、水理実験により流速や水位の条件と、側岸侵食を表現する数値モデルを検証するためには、水理実験装置を用いた様々なデータの収集・解析が必要である。このような、水理実験装置として、下記特許文献1に開示されるものが挙げられる。
従来の水理実験装置においては、測定の前後における河床形状の変化、河床内の土量の変化を知ることは可能である。しかし、河床形状の変化の前後において、河床内に堆積した土砂が、上流側から輸送されてきた土砂か、近辺の側壁等が削られたことにより発生した土砂なのか等について、侵食された土砂の輸送先や、堆積土砂の供給源などの詳細な情報を得ることはできなかった。そのため、河床の地形変化を生じさせる原因や、その影響範囲を特定することができない課題があった。 In a conventional hydraulic experimental device, it is possible to know changes in the riverbed shape before and after measurement and changes in the amount of soil in the riverbed. However, before and after the change of the riverbed shape, whether the sediment deposited in the riverbed is the sediment transported from the upstream side or the sediment generated by the removal of the nearby side wall etc. It was not possible to obtain detailed information such as transportation destinations and sources of sediment. For this reason, there is a problem that the cause of the riverbed topographic change and the influence range cannot be specified.
したがって、本発明の目的は、侵食された土砂の輸送先や、堆積土砂の供給源などの詳細な情報を得ることを可能とする河川水理実験装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a river hydraulic experiment apparatus that makes it possible to obtain detailed information such as the destination of the eroded earth and sand and the source of sediment.
この発明に基づいた河川水理実験装置においては、河川における侵食を解析するために用いられる河川水理実験装置であって、横断面形状が所定の河床形状に成形された通水路と、上記通水路の上流側に配置され、上記通水路に水を供給するための貯水槽と、上記通水路の下流に配置される沈砂槽とを備えている。 The river hydraulic experimental apparatus based on this invention is a river hydraulic experimental apparatus used for analyzing erosion in a river, wherein the cross-sectional shape is formed into a predetermined river bed shape, and the above-mentioned flow channel. A water storage tank that is arranged on the upstream side of the water channel and supplies water to the water channel, and a sand settling tank that is arranged downstream of the water channel are provided.
また、上記通水路は、砂により所定の河床形状に成形された移動床部を含み、上記移動床部は、周りとは異なる色の砂からなる着色砂埋設領域を有している。 Further, the water channel includes a moving floor portion formed into a predetermined river bed shape with sand, and the moving floor portion has a colored sand burying region made of sand of a color different from the surroundings.
この発明に基づいた河川水理実験装置によれば、移動床部が着色砂埋設領域を有することにより、移動床部が侵食により削られて流出した場合には、周りの砂との色の違いで、流出した砂であるかどうかの違いを識別することが可能となる。その結果、通水路への通水前後の着色砂の分布の差異から、土砂の移動方向や範囲・量を分析することにより、河川内の土砂の供給源や輸送先、移動量などの情報を得ることができる。 According to the river hydraulic experimental apparatus based on this invention, when the moving floor portion has a colored sand embedment area, when the moving floor portion is shaved by erosion and flows out, the color difference from the surrounding sand Thus, it is possible to identify the difference between the sand and the spilled sand. As a result, by analyzing the distribution direction, range, and amount of sediment from the difference in the distribution of colored sand before and after passing through the water channel, information on the source, transport destination, and travel amount of sediment in the river can be obtained. Obtainable.
さらに、色の異なる2以上の着色砂を用いた場合には、各着色砂埋設領域から供給された土砂の影響範囲について、より詳細な情報を得ることが可能となる。 Further, when two or more colored sands having different colors are used, it is possible to obtain more detailed information about the affected range of the earth and sand supplied from each colored sand embedding area.
以下、この発明に基づいた実施の形態における、河川における侵食を解析するために用いられる河川水理実験装置1000について、図1から図6を参照して説明する。なお、図1は、本実施の形態における河川水理実験装置1000の構成を示す全体平面図であり、図2は、本実施の形態における河川水理実験装置1000の横断面図である。なお、図中の矢印は、水の流れる方向を示している。
Hereinafter, a river
また、図3は、この河川水理実験装置1000の通水路を構成する移動床部に用いられる砂(珪砂3L号)の粒度分布を示す図である。また、図4は、この河川水理実験装置1000の寸法の実物換算値と模型値との関係を示す図である。さらに、図5は、この河川水理実験装置1000の湾曲状移動床部10cの部分拡大平面図であり、図6は、図5中のVI線矢視断面図である。
Moreover, FIG. 3 is a figure which shows the particle size distribution of the sand (silica sand 3L) used for the moving floor part which comprises the water flow path of this river
この河川水理実験装置1000は、図1に示すように、横断面形状が所定の河床形状に成形された通水路10と、この通水路10の上流側に配置され、通水路10に水を供給するための貯水槽100と、この通水路10の下流に配置される沈砂槽200とを備えている。沈砂槽200の下流には、水位調整ゲート300および循環水路400が設けられている。
As shown in FIG. 1, the river
通水路10は、貯水槽100に連結し、直線状に延びる直線状固定床部10aと、この直線状河床部10aから直線状に設けられ、移動床部を構成する第1直線状移動床部10bと、この第1直線状移動床部10bから湾曲状に設けられ、移動床部を構成する湾曲状移動床部10cと、この湾曲状移動床部10cから直線状に設けられるとともに沈砂槽200に連結し、移動床部を構成する第2直線状移動床部10dとを含んでいる。
The
直線状固定床部10aの直線長さは約4000mm、第1直線状移動床部10bの直線長さは約2000mm、湾曲状移動床部10cの曲率半径Rは約2000mm、第2直線状移動床部10dの直線長さは約3000mmである。湾曲状移動床部10cにより通水路10は、90°方向転換している。
The straight fixed
直線状固定床部10aおよび移動床部10b、10c、10dの横断面形状(図1中A−A断面、B−B断面)を図2に示す。まず、通水路10の河床形状は、底面(低水路)11と、この底面11の両側から斜め上方に延びる斜面(側岸)12a,12b、および、この斜面12a,12bの上端から水平方向に延びる上面(高水敷)13a,13bによって規定されている。
FIG. 2 shows the cross-sectional shapes (AA cross section and BB cross section in FIG. 1) of the straight fixed
直線状固定床部10aの横断面形状は、底面11の幅(B)が約1000mm、斜面(側岸)12a,12bの高さ(H)が約10mm、斜面(側岸)12a,12bの傾斜角度(α)が40°、上面13aと上面13bとの間隔(S)が約1238mmである。直線状固定床部10aの表面は、モルタルにより仕上げられている。
The cross-sectional shape of the straight fixed
移動床部10b、10c、10dの横断面形状は、底面11の幅(B)が約1000mm、斜面(側岸)12a,12bの高さ(H)が約10mm、斜面(側岸)12a,12bの傾斜角度(α)が40°、上面13aと上面13bとの間隔(S)が約1238mmである。移動床部10b、10c、10dは、砂により成形されている。
The cross-sectional shapes of the
この砂の一例としては、図3に示す粒度分布を示す珪砂3L号(粒径d50=1.86mm、dm=1.83mm、日鐵商事株式会社製)を用いた。なお、砂の単位体積重量は、1.45g/cm3〜1.58g/cm3程度である。また、砂の堆積厚さは、流水の浸食によっても全てが流されない十分な堆積厚さとした。
As an example of the sand, No. 3L silica sand (particle size d 50 = 1.86 mm, d m = 1.83 mm, manufactured by Nippon Steel Corporation) having the particle size distribution shown in FIG. 3 was used. The unit volume weight of the sand is 1.45g / cm 3 ~1.58g /
再び、図1を参照して、図中のNo.2〜No.18に示す丸印箇所は、水位計測位置を示し、河床の鉛直方向成分をレーザ式変位計で計測する。 Again referring to FIG. 2-No. A circle mark position 18 indicates a water level measurement position, and a vertical component of the river bed is measured by a laser displacement meter.
上述した河川水理実験装置1000の数値は、模型値での寸法であり、図4(B)に示すように、想定する実物の1/50縮尺で造られている。実物換算値は、図4(A)に示すようになる。なお、通水路10における河床勾配は、1/80である。
The numerical values of the above-described river
さらに、本実施の形態における河川水理実験装置1000は、図5に示すように、湾曲状移動床部10cの外側の斜面12b側に、周りとは異なる色(赤色)の砂からなる着色砂埋設領域20が設けられている。この着色砂埋設領域20は、図6の断面図に示すように、外側に位置する斜面12bにおいて露出するように埋設され、上面13bでの幅(W)は、約200mm程度ある。また、円弧の位置は、第2直線状移動床部10dとの連結部から45°(α1)の位置から、約15°(α2)の幅で設けられている(これは、後述の図12および図13に示すケース1の条件に相当する)。
Furthermore, as shown in FIG. 5, the river
上記構成からなる河川水理実験装置1000を用いて、河川浸食水理実験を行なった場合を、図7および図8に示す。図7および図8は、河川浸食水理実験経過を示す、第1および第2平面図である。なお、河川水理実験装置1000における珪砂3L号は、全体として白色であり、着色砂埋設領域20には、赤色に着色した珪砂を用いた。通水路10への流量は、図4(B)に示すように、流量0.0085m3/s、等流水深16mm、給砂量300cm3/minである。
FIGS. 7 and 8 show a case where a river erosion hydraulic experiment is performed using the river
実験開始から4分後には、図7に示すように、着色砂埋設領域20が侵食されながら水の流れに沿って輸送される状態20aが観測できるとともに、斜面(側岸)12bが侵食されて、上面13bの位置が後退した領域13cが観測できた。
After 4 minutes from the start of the experiment, as shown in FIG. 7, the
実験開始から8分後には、図8に示すように、さらに着色砂埋設領域20が侵食されながら水の流れに沿って下流にまで輸送される状態20aが観測できるとともに、斜面(側岸)12bが大きく侵食されて、上面13bの位置がさらに後退した領域13cが観測できた。
8 minutes after the start of the experiment, as shown in FIG. 8, a
このように、本実施の形態における河川水理実験装置1000によれば、移動床部の湾曲状移動床部10cが着色砂埋設領域20を有することにより、湾曲状移動床部10cが侵食により削られて流出した場合には、それ以外の河床材料である珪砂と目視により珪砂の色の違いで識別することができる。
Thus, according to the river
その結果、通水路10への通水前後の着色砂の分布の差異から、土砂の移動方向や範囲・量を分析することにより、河川内の土砂の供給源や輸送先、移動量などの情報を得ることができる。
As a result, by analyzing the direction, range, and amount of sediment movement from the difference in the distribution of colored sand before and after passing through the
なお、上記河川水理実験装置1000においては、湾曲状移動床部10cに着色砂埋設領域20を一箇所設ける場合について説明しているが、図9に示すように、それぞれ異なる色の第1着色(たとえば赤色)砂埋設領域21、第2着色(たとえば青色)砂埋設領域22、および、第3着色(たとえば黄色)砂埋設領域23を、通水路10の流れ方向に沿って併設されることも可能である。なお、図9は、湾曲状移動床部10cの他の実施の形態を示す部分拡大平面図である。これにより、各着色砂埋設領域から供給された土砂の影響範囲についてより詳細な情報も得ることが可能となる。
In the river
また、図10および図11に示すように、湾曲状移動床部10cの斜面12bにおいて、通水路10の水が流れる方向に対して交差する方向に沿って積層するように、それぞれ異なる色の第1着色(たとえば赤色)砂埋設領域24および第2着色(たとえば青色)砂埋設領域25を設けることも可能である(これは、後述の図12および図13に示すケース5の条件に相当する)。なお、図10は、湾曲状移動床部10cの他の実施の形態を示す部分拡大平面図であり、図11は、図10中のXI線矢視断面図である。これにより、経時的な侵食作用における、各着色砂埋設領域から供給された土砂への影響範囲の情報を得ることが可能となる。
Further, as shown in FIGS. 10 and 11, the
さらに、着色砂埋設領域は、外側の斜面12bだけでなく、底面11および内側の斜面12aに設ける構成の採用や、移動床部10b、10c、10dに設ける構成等を様々組み合わせることも可能である。
Further, the colored sand burying region can be variously combined with a configuration in which the colored sand burying region is provided not only on the
たとえば、図12および図13に示すように、ケース1〜ケース6に示す条件の下で、縦断方向(角度範囲)と横断方向(法肩からの距離)と選択・組み合わせることにより、各着色砂埋設領域から供給された土砂への影響範囲の情報を詳細に得ることが可能となる。なお、図13中に示す断面は、上述の図6および図11に示す断面に相当するものである。
For example, as shown in FIGS. 12 and 13, each colored sand can be selected and combined with the longitudinal direction (angle range) and the transverse direction (distance from the shoulder) under the conditions shown in
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 通水路、10a 直線状固定床部、10b 第1直線状移動床部、10c 湾曲状移動床部、10d 第2直線状移動床部、100 貯水槽、11 底面(低水路)、12a,12b 斜面(側岸)、13a,13b 上面(高水敷)、13c 領域、20 着色砂埋設領域、20a 状態、21,24 第1着色砂埋設領域、22,25 第2着色砂埋設領域、23 第3着色砂埋設領域、200 沈砂槽、300 水位調整ゲート、400 循環水路、1000 河川水理実験装置。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
横断面形状が所定の河床形状に成形された通水路(10)と、
前記通水路(10)の上流側に配置され、前記通水路(10)に水を供給するための貯水槽(100)と、
前記通水路(10)の下流に配置される沈砂槽(200)と、を備え、
前記通水路(10)は、
砂により所定の河床形状に成形された移動床部(10b,10c,10d)を含み、
前記移動床部(10b,10c,10d)は、周りとは異なる色の砂からなる着色砂埋設領域(20,21,22,23,24,25)を有する、河川水理実験装置。 A river hydraulic experimental device used to analyze erosion in a river,
A water passage (10) having a cross-sectional shape formed into a predetermined river bed shape, and
A water storage tank (100) disposed on the upstream side of the water passage (10), for supplying water to the water passage (10),
A sand settling tank (200) disposed downstream of the water passage (10),
The water channel (10) is
Including a moving bed portion (10b, 10c, 10d) formed into a predetermined river bed shape by sand,
The moving hydraulic unit (10b, 10c, 10d) has a colored sand burying region (20, 21, 22, 23, 24, 25) made of sand having a different color from the surroundings.
前記通水路(10)は、
前記貯水槽(100)に連結し、直線状に延びる直線状固定床部(10a)と、
前記直線状固定床部(10a)から直線状に設けられ、前記移動床部を構成する第1直線状移動床部(10b)と、
前記第1直線状移動床部(10b)から湾曲状に設けられ、前記移動床部を構成する湾曲状移動床部(10c)と、
前記湾曲状移動床部(10c)から直線状に設けられるとともに前記沈砂槽(200)に連結し、前記移動床部を構成する第2直線状移動床部(10d)と、
を含む、請求項1に記載の河川水理実験装置。 The riverbed shape includes a bottom surface (11), slopes (12a, 12b) extending obliquely upward from both sides of the bottom surface (11), and top surfaces (13a, 13b) extending horizontally from the upper ends of the slopes (12a, 12b). )
The water channel (10) is
A linear fixed floor (10a) connected to the water storage tank (100) and extending linearly,
A first linear movable floor portion (10b) provided linearly from the linear fixed floor portion (10a) and constituting the movable floor portion;
A curved moving floor (10c) provided in a curved shape from the first linear moving floor (10b) and constituting the moving floor;
A second linear moving floor portion (10d) which is provided in a straight line from the curved moving floor portion (10c) and is connected to the sand settling tank (200) to constitute the moving floor portion;
The river hydraulic experiment apparatus according to claim 1, comprising:
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