JP4393421B2 - 土砂捕捉用砂防堰堤 - Google Patents

Description

本発明は、河川における土石流が流下し堆積する土石流流下区間から掃流区間に構築して、河川を流下する砂礫及び細粒分の土砂を含む土石流〜掃流を捕捉する土砂捕捉用砂防堰堤である。

従来の河川における土石流捕捉用砂防堰堤として、鋼管を格子状あるいは串状に組み合わせて構築し、その開口部がまず巨礫群で閉塞されると、後続の土砂も一緒に捕捉することができる鋼製透過型砂防ダムが公知である（例えば、特許文献１参照）。

鋼製透過型砂防ダムは、その機能を発揮するためには、河床勾配（傾斜角度）がきつく、土石流の先頭部に巨礫群が存在する必要がある。しかし、河床勾配（傾斜角度）が緩いと礫が集合して流下せず、そもそも河川に礫が少ない場合には土石流の先頭部を形成することができない。このような状態では、土石流を捕捉することができないという問題がある。

また、従来の土石流捕捉用砂防堰堤として、コンクリート壁状体に水通し用のスリットを設けたコンクリートスリット砂防ダムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このコンクリートスリット砂防ダムは、コンクリートスリット砂防ダムでは、一旦、貯留した土砂が再びスリットから下流に供給されるため、土石流捕捉としての確実性に欠けるという問題がある。

さらに、従来の土石流捕捉用砂防堰堤として、コンクリート製の砂防ダムの下部に、河川の水の流れる方向に砂礫が通過可能な孔（暗渠）を設けた暗渠付き砂防ダムが知られている。この暗渠付き砂防ダムは、土砂により暗渠が塞がることで、土砂の再移動がなくなるが、土石流が発生しなくても、中小洪水や平常時の流れでも流木や土砂により暗渠が目詰まりやすい。

一旦目詰まりが生じると、上流域が土砂により埋もれ始めるため、そのまま放置すると暗渠を閉塞している流木や石礫を取り除くためには、上流に堆積した土砂を全量取り除く必要があり、ふさがった暗渠を回復させるための作業が大変になる。

以上のとおり、従来の各種のタイプの土石流捕捉用砂防堰堤の問題点を解決するために、本発明者等は、図５（ａ）に示すように、スリット１７の上流側開口の下部のみに開口部１８を残して、上流側開口を塞ぐ塞ぎ板１９を設け、開口部１８の下流側に位置してスリット１７内のコンクリート基礎部２０上にマウント２１を設け、マウント２１には１又は２以上の上流側と下流側とを貫通する溝２２を設けた構造の泥流型土石流捕捉用砂防堰堤を提案している（特許文献２参照）。

この特許文献２に係る泥流型土石流捕捉用砂防堰堤は、土石流の先頭部を形成しない場合や、細粒土砂で構成される土石流に対しても捕捉機能を有し、一旦、捕捉した土砂の再移動を防止し、土石流発生までに停留した土砂の除去を容易とするものである。
特開昭５４−１１５５２０号公報（第２頁、第１図、第４図参照） 特開２００４−３１６０８１号公報（図１、図２参照）

しかし、本発明者等は特許文献２に示す泥流型土石流捕捉用砂防堰堤は、一応の効果はあるが、さらに次のような課題があるという知見を得た。この課題を図５（ｂ）で模式的に説明する。

図５（ｂ）に示すように、砂防堰堤本体２３のスリット１７の上方を蓋する（閉じる）ことで、流水を堰上げ、そこに土砂が流入すると堆砂肩２４を形成し、堆積した土砂は徐々に下流に発達し、 塞ぎ板１９の下方の開口部１８近くまで到達する。

この場合、堰上げが生じると、砂防堰堤本体２３の上流の堰上げられた水２５と、砂防堰堤本体２３下流では水位差が生じるから、上流の堰上げられた水２５は、開口部１８から流れ出ようとする。そのために、流水はこの堆砂肩２４の下部に集中し、水２５を流出の際に、土砂も一緒に流出してしまう。これを防止するため、開口部１８を小さくする等の手段もあるが、透過型の堰提としての機能を発揮しなくなる。

本発明は、上記特許文献１に示す従来の土石流捕捉用砂防堰堤のような問題が生じない、しかも上記特許文献２に示す泥流型土石流捕捉用砂防堰堤の課題を解決する改良手段を実現しようとするものである。

本発明は上記課題を解決するために、本堤、副提、及び基礎部を備え、河川の土砂を捕捉する透過型の土砂捕捉用砂防堰堤であって、前記本堤は、前記基礎部から天端まで開口した開口部を有し、該開口部には、流水を阻害しない透過形状の格子部が形成されているとともに、該格子部と前記基礎部の間は底部開口となっており、前記副堤は、前記本堤の下流面から下流側に離れた位置に設けられ、上下方向の複数の縦スリットが河川横幅方向に間隔をおいて形成されており、前記底部開口の高さは前記副堤の高さより低くすることで、前記底部開口の高さが、前記副堤により堰上げした場合に堰上げ水深より小さくなるようにしたことを特徴とする土砂捕捉用砂防堰堤を提供する。

前記本堤と前記副堤との間隔Ｌは、前記本堤の高さの１．５〜２．０倍とすることが好ましい

前記格子部の複数の横棒を含む面と鉛直面とでなす角度は、４５°以上であることが好ましい。

前記河床の上下流方向の勾配は１／６〜１／６０であり、土石流流下区間から掃流区間の勾配の河川区間に設置すると効果的である。

前記格子部は、縦方向に隔設された水平な複数の横棒、横方向に隔設された複数の縦棒、縦横棒から成る格子部材、又は網状部材から形成されていることが好ましい。

本発明は以上の構成であるから、次のような効果が生じる。
（１）本堤の下流側に、副堤が距離をおいて設置されているから、副堤による引き水や、撹伴の影響が本堤の横スリットで停止した堆砂肩まで達せず、堆砂肩が 崩されることはない。よって、本堤の底部開口を閉塞する堆砂肩が崩され、底部開口から流出してしまうことを防止できる。

（２）堆砂肩の進行が本堤の横棒で捕捉されて、堆砂肩が上方に堆積していくが、流水は、本堤の横スリットの間から排出され、堆砂肩への水圧が軽減され、底部開口部からの土砂の流れだし（底抜け）を防止することができる。

（３）洪水の末期等において、本堤と副堤の間の水位は低下しても、堆砂肩はそのまま維持されるため、捕捉した土砂が下流側に移動することは防止される。

本発明に係る土砂捕捉用砂防堰堤を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。

（構成）
図１は、本発明に係る土砂捕捉用砂防堰堤の実施例を示す斜視図である。この土砂捕捉用砂防堰堤１は、河床の上下流方向の勾配が１／６程度の土石流流下区間から勾配が１／６０程度の掃流区間の河川区間に設置される。この土砂捕捉用砂防堰堤１は、その主な構成要素として、上流側に設けられた本堤２、下流側に設けられた副提３を備えている。

本堤２は、透過型の砂防堰堤の構造をしている。本堤２の越流部（上流側の正面から見て中央部であって、河川の水が流れる部分）において、河床のコンクリート基礎部４の上面から天端５まで開口６が形成されている。なお、本堤２及び副堤３は、コンクリートで構築するとよいが、コンクリートの代わりに、鋼製枠やソイルセメント等、他の材料を使用してもよい。本実施例では、基礎部をコンクリート基礎部４としたが、鋼材やソイルセメント等、他の材料で基礎部を構築してもよいことは言うまでもない。

この開口６には、複数の水平な横棒７（横材）が互いに一定間隔ｄで平行に固定され、格子部８を形成している。なお、本実施例では、開口６に複数の水平な横棒７から成る格子部８を設けたが、本発明で言う「格子部」は、流水の流れを阻害しない「透過部構造のもの」を意味しており、特に横棒７から成る格子部でなくても、流水の流れを阻害しない透過部構造であればよい。例えば、横方向に複数の縦棒を設けて成る格子部、縦横棒の格子部材から成るマトリックス状の格子部、或いは網状部材から成る格子部等いろいろな透過部構造のものが考えられる。

格子部８における互いに隣接する２つの上下の横棒７の間で、横スリット９（河川横断方向に長細い隙間）を形成し、複数の横棒７により、複数の横スリット９を形成している。横スリット９の間隔は一定間隔ｄであるが、この間隔ｄより最下位の横スリット９とコンクリート基礎部４の上面１０との間隔Ｄ（底部開口の縦幅）を大きくすることで、格子部８の下方には底部開口１１が形成されている。

副堤３は、複数の縦スリット１２（上下方向に長細い開口部）が河川横断方向に間隔をおいて形成されている。副堤３は、本堤２内ではなく、本堤２に近接した位置ではなく、本堤２から下流側に離れた位置に配置されている。

本堤２の前面から副堤３の前面まで間隔Ｌは、後述するが、本堤２の横スリット９から下流側に落下しながら流れ込む落下水流による撹拌の影響が生じないようにして決められる。この間隔Ｌは、本堤２の規模によるが、発明者は、実験の結果、この間隔Ｌは、本堤２の高さの１．５〜２．０倍であることが好ましい。

副堤３の横幅（河川横断方向の幅）は、本堤２とほぼ同様とするが、副堤３の河床面からの高さＨ１は、本堤２の高さより低い。縦スリット１２は、コンクリート基礎部４の上面１０からその天端１３まで形成されている。

図２は、実施例の土砂捕捉用砂防堰堤１の模式図を示す。図２（ａ）において、副堤３の高さＨ１（コンクリート基礎部４上面から天端までの高さ）より、河床面１４から最下位の横棒７の高さＨ３（底部開口１１の上縁の高さ）を低くする。

このような構成とすると、副堤３により堰上げされ湛水域１５が形成されると、河床面１４からその水面１５’までの高さＨ２（以下、「堰上げ水深」という。）より、河床面１４から最下位の横棒７の高さＨ３（底部開口１１の上縁の高さ）が低く（小さく）なり、後記する作用の項でも説明するが、底部開口１１は堆砂肩１６（土砂や砂礫の堆積物）で閉塞させることができる。

また、図２（ａ）において、複数の横棒７を結ぶ直線ｋ１と鉛直線ｋ２とのなす角度θは、小さすぎると、図２（ｂ）に示すように底部開口１１が堆砂肩１６で閉塞された場合に、本堤２の上流が堰上がり下方に水圧が作用しやすくなるので、底部開口１１を閉塞した土砂が底部開口１１から抜け出す可能性がある。なお、図２（ｂ）〜（ｄ）中のＷは土砂を含む或いは含まない水流である。

本発明者等は、角度θをいろいろ変えて実験をした結果、水圧により底部開口１１を閉塞した土砂が底部開口１１から抜け出すようなことを抑制する点では、図２（ｃ）に示すように、θ＝４５°以上にすることが最も好ましいとい知見を得た。このような角度では、水は抜けるが、横棒７に土砂が引っ掛かり、底部開口１１から抜け出しを抑制することができる。なお、θの上限は、８０°程度まで可能である。

なお、下位に位置する複数の横材を図２（ｄ）に示すように、上流側に張り出すように配設すると、底部開口１１から抜け出しをさらに抑制することができる。

（作用）
以上の構成から成る実施例の土砂捕捉用砂防堰堤１の作用を以下に説明する。この土砂捕捉用砂防堰堤１は、土石流堆積区間から掃流区間における巨礫を含まない土石流（巨礫が本堤２の前面部に集中しないような状態の土砂や砂礫の移動)を対象とするものである。

河川の水の流れにより、副堤３によって堰上げを発生させ本堤２と副堤３の間、及び本堤２の上流に湛水域１５が形成される（図３（ａ）参照）。この湛水域１５に土砂が流入してくると、堆砂肩１６（土砂や砂礫の堆積物）が形成され、土砂の流入量に応じて堆砂肩１６が下流に進行する（図３（ｂ）参照）。

堆砂肩１６が本堤２まで到達すると、土砂が格子部８の横棒７に引っ掛かり、堆砂肩１６の下流への進行が停止し、底部開口１１（河床と格子部８の間）が堆砂肩１６で閉塞する（図３（ｃ）参照）。これにより、堆砂肩１６の下流への進行は停止するが、堆砂が格子部８に沿って高さ方向に進み、徐々にせり上がる（図３（ｄ）参照）。

このようにして、土砂捕捉用砂防堰堤１は、土砂の補足効果がきわめて高くなる。さらに上流から土砂が本堤２に向けて供給され続けると堆砂肩１６は、図３（ｄ）の状態からさらに本堤２の天端５近くまで到達する。

この場合、仮に、底部開口１１の上縁の高さＨ３より副堤３の高さＨ１を低くしたりして、堰上げされた際の堰上げ水深Ｈ２より、底部開口１１の上縁の高さＨ３が高い（大きい）と、堆砂肩１６も低くなり、その土砂が格子部８の横棒７に引っ掛かることなく底部開口１１を通過して下流にそのまま通過してしまう。そのため、底部開口１１を塞ぐことなく、土砂は下流側に流れ出てしまう。そして、堆砂肩１６は副堤３まで達し、縦スリット１２からさらに下流側に流れ出てしまう。

しかし、本発明に係る土砂捕捉用砂防堰堤１では、図２（ａ）に示すように、副堤３の高さＨ１を底部開口１１の上縁の高さＨ３より高く構築されているために、堰上げされた際の堰上げ水深Ｈ２が底部開口１１の上縁の高さＨ３より高く（大きく）なる。この結果、堆砂型１６が高くなり、土砂等が格子部８の横棒７に引っ掛かり、底部開口１１（河床と格子部８の間）が堆砂肩１６で閉塞することとなる（図３（ｃ）、（ｄ）参照）。

ところで、図４で本発明の比較例を示すが、この比較例のように、副堤３が本堤２の内側、或いは本堤２にごく近接して設置されていると、本発明と同様に、本堤２の格子部８に沿って堆砂肩１６が徐々に高くなる（図４（ａ）〜（ｂ）参照）。そして、理想的には、図４（ｃ）に示すように、底部開口１１が堆砂肩１６で閉塞され、本堤２の格子部８に沿って堆砂肩１６が徐々に高くなって、土砂の捕捉効果が生じるものと考えられる。

しかし、副堤３が本堤２の内側、或いは本堤２にごく近接して設置されている場合には、本堤２の格子部８及び底部開口１１における土砂の捕捉効果に影響を及ぼし、本堤２の底部開口１１を閉塞する堆砂肩１６が崩され、底部開口１１から流出してしまうことも生じる。この、原因について、本発明者等は、研究開発の過程において次のような知見を得た。

第１の原因として挙げられることは、本堤２の格子部８に沿って堆砂肩１６が徐々に高くなった場合に、図４（ｄ）に示すように、上流からの水流Ｗが横スリット９を通して下流側に流れ落ちる現象（落下水流Ｆ）が生じる。この落下水流Ｆが、底部開口１１の下流側において土砂等を巻き込んで撹拌し（撹拌の生じる部分を想像線Ｒで示す。）、底部開口１１や格子部８の上流側に堆積していた堆砂肩１６を崩すような影響を与える。

この場合、本堤２内或いは近接して副堤３があると、落下水流Ｆが副堤３に衝突して上流側に戻されることにより、落下水流Ｆの影響が大きく撹拌状態が強くなり、底部開口１１や格子部８の上流側に堆積していた堆砂肩１６に対してより大きな影響を与える。

第２の原因として、副堤３が本堤２内或いは本堤２にごく近接して設置されていると、図４（ｅ）に示すように、副堤３の縦スリット１２から下流側に水が流れるときに上流側の水を引き込むような現象（引き水）が発生する。この引き水により生じる底部開口１１近辺に堆積している堆砂肩１６への吸引的な効果によって、本堤２の底部開口１１を閉塞する堆砂肩１６が崩され、底部開口１１から流出してしまう。

しかしながら、図１に示す本発明の土砂捕捉用砂防堰堤１のように、本堤２の下流側に、間隔Ｌを十分おいて副堤３が設置されていると、図４（ｄ）、（ｅ）に示した、副堤３による落下水流Ｆの撹伴や引き水による影響が、本堤２の底部開口１１や格子部８前面で停止した堆砂肩１６まで及ばないので、堆砂肩１６が崩されることはない。よって、本堤２の底部開口１１を閉塞する堆砂肩１６が崩されて底部開口１１から流出してしまうことを防止できる。

さらに、図３（ｄ）で示すように、堆砂肩１６の進行が本堤２の横棒７で捕捉されて、堆砂肩１６が上方に堆積していくが、流水は、本堤２の横スリット９の間から排出され、堆砂肩１６への水圧が軽減され、底部開口１１部からの土砂の流れ出し（底抜け）を防止することができる。

洪水末期になると、本堤２と副堤３の間の水位は低下するが、堆砂肩１６はそのまま維持されるため、捕捉した土砂が下流側に移動することは防止される。

以上、本発明に係る土砂捕捉用砂防堰堤の実施の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明は、以上のような実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載の技術的事項の範囲内でいろいろな実施の形態があることは言うまでもない。

本発明に係る土砂捕捉用砂防堰堤１は、以上のような構成であるから、河川における土石流が流下し堆積する区間から掃流区間に構築して、河川を流下する砂礫及び細粒分の土砂を含む土石流を捕捉する砂防堰堤として好適である。

本発明に係る土砂捕捉用砂防堰堤の実施例の斜視図を説明する図である。 実施例の構成を説明する模式図である。 実施例の作用を説明する図である。 比較例を説明する図である。 従来例の作用を説明する図である。

符号の説明

１ 土砂捕捉用砂防堰堤
２ 本堤
３ 副堤
４ コンクリート基礎部
５ 本堤の天端
６ 本堤の開口
７ 横棒
８ 格子部
９ 横スリット
１０ コンクリート基礎部の上面
１１ 底部開口
１２ 縦スリット
１３ 副堤の天端
１４ 河床面
１５ 湛水域
１５’ 水面
１６ 堆砂肩
１７ スリット
１８ 開口部
１９ 塞ぎ板
２０ コンクリート基礎部
２１ マウント
２２ 溝
２３ 砂防堰堤本体
２４ 堆砂肩
Ｄ 底部開口の縦幅（コンクリート基礎部から最下位の横棒の間隔）
ｄ 横棒間の間隔
Ｈ１ 河床面からの副堤の高さ
Ｈ２ 堰上げ水深（堰上げ高さ）
Ｈ３ 河床面からの最下位の横棒までの高さ（底部開口の上縁の高さ）
Ｌ 本堤の上流面と副堤と上流面との間隔
Ｆ 落下水流
Ｒ 落下水流で撹拌されている部分
Ｗ 水流

Claims (4)

1. 本堤、副提、及び基礎部を備え、河川の土砂を捕捉する透過型の土砂捕捉用砂防堰堤であって、
   前記本堤は、前記基礎部から天端まで開口した開口部を有し、該開口部には、複数の水平な横棒が互いに一定間隔で平行に固定されて成る流水を阻害しない透過形状の格子部が形成されているとともに、該格子部を構成する前記複数の水平な横棒の最下位の横棒と前記基礎部の間は底部開口となっており、
   前記副堤は、前記本堤の下流面から下流側に離れた位置に設けられ、上下方向の複数の縦スリットが河川横幅方向に間隔をおいて形成されており、
   前記基礎部は、本堤から下流の副提まで設けられており、
   河床面から前記底部開口の上縁までの高さは河床面から前記副堤の高さより低くし、前記副堤により堰上げし湛水が形成された場合に、河床面から前記底部開口の上縁までの高さが、河床面から湛水面までの高さである堰上げ水深より小さくなるような構成にしたことを特徴とする土砂捕捉用砂防堰堤。
2. 前記本堤と前記副堤との間隔Ｌは、前記本堤の高さの１．５〜２．０倍であることを特徴とする請求項１記載の土砂捕捉用砂防堰堤。
3. 前記格子部の面と鉛直面とでなす角度は、４５°以上であることを特徴とする請求項１記載の土砂捕捉用砂防堰堤。
4. 前記河床の上下流方向の勾配は１／６〜１／６０であり、土石流流下区間から掃流区間の勾配の河川区間に設置されることを特徴とする請求項１記載の土砂捕捉用砂防堰堤。
   

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