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河床変動計算の基本

河床変動とは、流域内の水と土砂の挙動を定量的に把握するには、非常に有効な考え方であり、水理水文学の総合的な知識を利用するものです。

河床変動計算を行うにあたって、流域内の土砂流送を考える上で流域全体を統括的に議論し、モデル化することが必要である。これらを概念的に示したものを、図-1に示します。


概念モデル図


この図-1のように土砂の生産領域と土砂の移送領域に大きく分けて考えることができます。また、生産された土砂は水に乗って移動します。したがって、土砂の輸送として水の挙動をモデル化して考える必要があります。
そこで、降雨降雨解析モデルと河道内の水面形計算の把握するための一次元河床変動計算モデルを組み合わせ、降雨による斜面から河道への水と土砂の流出過程と河道における土砂流送による河床変動(河道系)を一括して計算可能なモデル構築を行う必要となります。

(1)降雨流出
斜面および河道における雨水の流出・流下過程については、流域内の水の収支を考える上で非常に重要な入力条件となる。したがって降雨流出解析としてKinematic Wave法を基本にモデルの構築をします。

(2)斜面からの土砂流出
斜面からの土砂流出量については、いろいろな考え方があります。
たとえば、ある一定の降雨になるまでは流出せず、臨界雨量を超えたら土砂流出が発生する。
また、降雨と生産・流出土砂量の関係式を斜面に林相の違いや樹林の効果に応じて流出する。 
などがあります。


(3)河床変動
河道内の水面形の計算を行い、次に土砂の収支計算をすることによって河床変動の計算を行います。
河床変動とは、河道内の土砂移動に着目すると図-2に示すように、上流の断面?を通過して上流から流入する土砂量と、下流の断面?から流砂量の非平衡によって生ずる差で決まる、さらにそのほかの浸食があればこれらも土砂の収支計算に加えられます。



Q1>Q2 :堆積
Q1=Q2 :変化なし
Q1<Q2 :浸食
図-2 河道内の土砂移動概念図


各段面の流砂量は河床勾配、河幅、河床材料の粒径、流量で決まるが、山地急流河川では土砂生産(土砂の供給)の場所、タイミング、粒径、量が流砂量を大きく支配する。河床勾配は河床変動(堆積と浸食)を受けて、時々刻々と変化していきます。

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