河川懇談会共同研究河川懇談会共同研究

ワンドの水理特性と河川環境ワンドの水理特性と河川環境（木曽川下流域）（木曽川下流域）

担当康司事務所：木曽川下流工事事務所

•木村　一郎（四日市大学）•北村　忠紀（パシフィックコンサルタンツ）•鷲見　哲也（名古屋大学）•武田　　誠（中部大学）•鬼束　幸樹（京都大学）•庄　建治朗（名古屋工業大学）

木曽川のワンド群（背割提付近）木曽川のワンド群（背割提付近）

長良川

木曽川

N

水制群

JR東海道新幹線

名神高速

JR関西本線

東名阪

木曽川長良川

揖斐川

N

水制群

JR東海道新幹線

名神高速

JR関西本線

東名阪

N

水制群

JR東海道新幹線

名神高速

JR関西本線

東名阪

木曽川長良川

揖斐川

背割提水制配置図

長良川背割提

木曽川

ケレップ水制（石積み）

杭出水制（コンクリート杭）

19km地点（重点観測地点）

本研究の全体構成

数値解析現地観測

その他

19km地点土壌サンプリング調査

10～26km区間平面二次元解析

19kmワンド水質交換観測

①河川線形と水制間土砂堆積

④流れと水質の三次元特性

③樹齢分布とワンド地形

⑤伏流水の挙動

境界条件

境界条件（相互）

モデル検証

モデル検証

地形図等ワンド地形影響因子調査

T

A19kmワンド樹木年輪サンプリング，根深調査 SH+A

ワンド地形の鉛直二次元解析

KT

KM+O

19km伏流水挙動観測

SU+A

伏流水挙動数値解析

SU

流れと水質の三次元解析モデル構築

T

15～23km樹木年輪サンプリング

SH+A

②水制間地形多様性

A

ワンド地形とその変遷ワンド地形とその変遷 感潮域ワンド機能評価感潮域ワンド機能評価

19km地点堆積物調査A

ワンド表層流トレーサー調査

水制角度と三次元流況の数値解析と実験

O+KMO+A

水制間浸食小流路現地調査

水制間浸食小流路数値解析

KTKT ワンドパターン分類調査

KT

本研究の構成

ワンド形成過程

感潮域に形成されたワンドの環境機能

過去から現在にかけての時間軸上の変遷過程解明

現在に視点を固定し，ワンドの機能評価

水制間堆積総量

水制間地形多様性

水制直下流深掘部形成過程

水制間浸食流路形成

樹齢分布

河川線形因子（水制角度等）

影響評価

テーマⅠ

流れと水質の三次元構造解明テ

ーマⅡ

表層水 伏流水

河川線形因子とワンド形成過程14～19km区間を特徴が類似の

ワンド群に着目し５区間に分割

中間部に土砂堆積の少ない領域が存在

河川線形因子から検討

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

・

主流方向

水制

右岸

左岸

・

主流方向

水制右

岸

左岸

＋ －

例　

因子２

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

Ａ下Ｂ下Ｃ下Ｄ下Ｅ下Ｆ下Ｇ下Ｈ下Ｉ下Ｊ下Ｋ下Ｌ下Ｍ下Ｎ下Ｏ下Ｐ下Ｑ下Ｒ下

ワンドの区分け

度

Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ

上流向水制の方が下流向き水制より堆積傾向大

１．ワンド開口部と本川中心軸のなす角度２．水制と本川中心軸のなす角度３．ワンド開口部と主流最深部線のなす角度４．水制と主流最深部線のなす角度５．ワンドと主流最深部までの距離

X /B w

Z/B

w

FLO W

0.0 0.5 1.0 1.5 2.00.0

1.0

2.0

0.5

1.5

3.0

0.00

0.90

-0.90

-0 .90

3.602.70

X /B wFLO W

Z/B

w

0 .0 0 .5 1 .0 1.5 2.00.0

1.0

2.0

0.5

1.5

3.0

0.70

1.40

2.80

2.10 0.700.00

-0 .70

実験による水制角度の影響検討

実験の様子

移動床室内実験

（越流型）

flow

flow

flow

X/BwZ/

Bw

0.0 1.0 1.5 2.00.50.0

1.0

2.0

3.0

1.5

0.5-0.80

-0.80

0.80

-1.60

-1.600.80

2.40

形式 角度 堆積量(cm3)

非越流型

越流型

上向き30度 39

直角 32

下向き30度 24

上向き30度 127

直角 71

下向き30度 42

越流型では上流向き水制の堆積量が下流向きの３倍

flow

flow

底面付近の平面流速ベクトル

界面の鉛直面内流速分布（濃色：ワンド奥へ向かう流れ）

斜め水制の底面付近の流れの特徴

・上流向水制：主流から水制奥へ向かう流れ・下流向水制：水制奥から本川へ向かう流れ

がそれぞれ卓越

斜め水制の底面付近の流れの特徴

・上流向水制：主流から水制奥へ向かう流れ・下流向水制：水制奥から本川へ向かう流れ

がそれぞれ卓越

三次元数値解析による斜め水制周辺の流れ解析

数値解析法三次元移動一般座標非線形k-εモデル

flowflow

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8

t (sec)

v(cm

/s)

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8

t (sec)

v (c

m/s)

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8

t (sec)

v(cm

/s)

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8

t (sec)

v (c

m/s)

Exp Exp

Cal Cal

斜め水制周辺の非定常流特性（三次元数値解析による）

下流向き水制の方が非定常性が大きい

R26R1 R4R3 R5 R7R6

R2

15km

R24R25

16km17km 18km

19km 20km 21km 23km22km

R10R9R8 R12R11 R14R13R15 R16 R17

R180 R19

R20R21

R22R23

R28

R29

R30R27 R31

flow

注；「R15」などは水制番号とする

R26R1 R4R3 R5 R7R6

R2

15km

R24R25

16km17km 18km

19km 20km 21km 23km22km

R10R9R8 R12R11 R14R13R15 R16 R17

R180 R19

R20R21

R22R23

R28

R29

R30R27 R31

flow

注；「R15」などは水制番号とする

木曽川下流水制群R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 R29 R30 R31

1963 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11975 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 3 5 3 3 2 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 4 31982 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 5 5 4 3 4 5 4 5 6 3 4 5 5 4 4 5 5 6 4 41987 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 5 5 4 3 4 5 5 5 6 3 4 5 5 5 4 5 5 6 5 41991 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 5 6 4 4 4 5 6 6 6 4 4 6 6 6 4 5 5 6 4 41995 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 5 6 6 4 4 4 5 6 5 6 4 5 6 6 6 4 5 5 6 4 6

flow

パターン1

flow

パターン2

植生帯

パターン3

植生帯

パターン4

植生帯

パターン6

植生帯

パターン5

たまり水路

植生帯

水制直下流部に深掘部（木曽川ワンドの特徴）

深掘flow

パターン３，４

ワンド土砂堆積のパターン分類と変遷過程

概ねパターン１→６の順で遷移

ワンドパターンの経年変化

ワンド変遷過程の例

すぐ上流側のワンド形態との比較

平均河床高の経年変化　その１（R9，17.0km～17.2km）

17.0km～17.4km

（1982）

flow

17.0km17.2km17.4km

ワンド形態番号 1963 1974 1976 1982 1987 1991 1996R9 1 1 1 1 1 1 1R10 1 1 1 1 2 1 2

R9R10

水制に対する平均河床高

1

-4

-3

-2

-1

0

1

1960 1970 1980 1990 2000 17.0km(水制域)

17.2km(水制域)

平水位

17.0km(低水路)

17.2km(低水路)1 1 1 1 1 1 1m

R9の特徴は水制域と低水路の平均河床高に差が経年的に生じていないことである

すぐ上流側のワンド形態との比較

平均河床高の経年変化　その１（R9，17.0km～17.2km）

17.0km～17.4km

（1982）

flow

17.0km17.2km17.4km

ワンド形態番号 1963 1974 1976 1982 1987 1991 1996R9 1 1 1 1 1 1 1R10 1 1 1 1 2 1 2

R9R10

水制に対する平均河床高

1

-4

-3

-2

-1

0

1

1960 1970 1980 1990 2000 17.0km(水制域)

17.2km(水制域)

平水位

17.0km(低水路)

17.2km(低水路)1 1 1 1 1 1 1m

R9の特徴は水制域と低水路の平均河床高に差が経年的に生じていないことである

すぐ上流側のワンド形態との比較

平均河床高の経年変化　その１（R9，17.0km～17.2km）

17.0km～17.4km

（1982）

flow

17.0km17.2km17.4km

ワンド形態番号 1963 1974 1976 1982 1987 1991 1996R9 1 1 1 1 1 1 1R10 1 1 1 1 2 1 2

R9R10

水制に対する平均河床高

1

-4

-3

-2

-1

0

1

1960 1970 1980 1990 2000 17.0km(水制域)

17.2km(水制域)

平水位

17.0km(低水路)

17.2km(低水路)1 1 1 1 1 1 1m

1

-4

-3

-2

-1

0

1

1960 1970 1980 1990 2000 17.0km(水制域)

17.2km(水制域)

平水位

17.0km(低水路)

17.2km(低水路)1 1 1 1 1 1 1m

R9の特徴は水制域と低水路の平均河床高に差が経年的に生じていないことである

R9 (17km）パターン１or 2を維持

水制をまたいだ流砂連続性が確保

水制に対する河床高

平均河床高の経年変化　その２（R14，18.4km～18.6km）

すぐ上流側のワンド形態との比較

18.4km～18.8km

（1987）

flow 18.4km18.8km 18.6km

R14R15

ワンド形態番号 1963 1974 1976 1982 1987 1991 1996R14 1 3 3 4 4 4 4R15 1 3 3 3 3 4 4

R14の特徴は高水敷化の始まる1975以降，水制域の上流側で河床上昇，下流側で低下していることである

-4

-3

-2

-1

0

1

2

1960 1970 1980 1990 2000

18.4km(水制域)

18.6km(水制域)

平水位

18.4km(低水路)

18.6km(低水路)1

3 3 4 4 4 4m

上流側：上昇

下流側：低下

水制域の高水敷化

水制に対する河床高

平均河床高の経年変化　その２（R14，18.4km～18.6km）

すぐ上流側のワンド形態との比較

18.4km～18.8km

（1987）

flow 18.4km18.8km 18.6km

R14R15

ワンド形態番号 1963 1974 1976 1982 1987 1991 1996R14 1 3 3 4 4 4 4R15 1 3 3 3 3 4 4

R14の特徴は高水敷化の始まる1975以降，水制域の上流側で河床上昇，下流側で低下していることである

-4

-3

-2

-1

0

1

2

1960 1970 1980 1990 2000

18.4km(水制域)

18.6km(水制域)

平水位

18.4km(低水路)

18.6km(低水路)1

3 3 4 4 4 4m

上流側：上昇

下流側：低下

水制域の高水敷化

水制に対する河床高

平均河床高の経年変化　その２（R14，18.4km～18.6km）

すぐ上流側のワンド形態との比較

18.4km～18.8km

（1987）

flow 18.4km18.8km 18.6km

R14R15

ワンド形態番号 1963 1974 1976 1982 1987 1991 1996R14 1 3 3 4 4 4 4R15 1 3 3 3 3 4 4

R14の特徴は高水敷化の始まる1975以降，水制域の上流側で河床上昇，下流側で低下していることである

-4

-3

-2

-1

0

1

2

1960 1970 1980 1990 2000

18.4km(水制域)

18.6km(水制域)

平水位

18.4km(低水路)

18.6km(低水路)1

3 3 4 4 4 4m

上流側：上昇

下流側：低下

水制域の高水敷化

-4

-3

-2

-1

0

1

2

1960 1970 1980 1990 2000

18.4km(水制域)

18.6km(水制域)

平水位

18.4km(低水路)

18.6km(低水路)1

3 3 4 4 4 4m

上流側：上昇

下流側：低下

水制域の高水敷化

水制に対する河床高さ

すぐ上流側のワンド形態との比較

21.0km～21.4km

(1987)

flow

21.4km21.0km

21.2km

ワンド形態番号 1963 1974 1976 1982 1987 1991 1996R23 1 1 1 5 5 6 6R24 1 2 2 5 5 6 6

R23

R24

平均河床高の経年変化　その３（R23，21.0km～21.2km）

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1960 1970 1980 1990 2000

21.0km(水制域)

21.2km(水制域)

平水位

21.0km(低水路)

21.2km(低水路)

11 15 5 6 6

m

変化小さい

急激な高水敷化

R23の特徴は水制域内平均河床高が経年的に変化していないこと，1980年代以降急激に高水敷化したことである

水制に対する河床高さ

すぐ上流側のワンド形態との比較

21.0km～21.4km

(1987)

flow

21.4km21.0km

21.2km

ワンド形態番号 1963 1974 1976 1982 1987 1991 1996R23 1 1 1 5 5 6 6R24 1 2 2 5 5 6 6

R23

R24

平均河床高の経年変化　その３（R23，21.0km～21.2km）

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1960 1970 1980 1990 2000

21.0km(水制域)

21.2km(水制域)

平水位

21.0km(低水路)

21.2km(低水路)

11 15 5 6 6

m

変化小さい

急激な高水敷化

R23の特徴は水制域内平均河床高が経年的に変化していないこと，1980年代以降急激に高水敷化したことである

水制に対する河床高さ

すぐ上流側のワンド形態との比較

21.0km～21.4km

(1987)

flow

21.4km21.0km

21.2km

ワンド形態番号 1963 1974 1976 1982 1987 1991 1996R23 1 1 1 5 5 6 6R24 1 2 2 5 5 6 6

R23

R24

平均河床高の経年変化　その３（R23，21.0km～21.2km）

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1960 1970 1980 1990 2000

21.0km(水制域)

21.2km(水制域)

平水位

21.0km(低水路)

21.2km(低水路)

11 15 5 6 6

m

変化小さい

急激な高水敷化

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1960 1970 1980 1990 2000

21.0km(水制域)

21.2km(水制域)

平水位

21.0km(低水路)

21.2km(低水路)

11 15 5 6 6

m

変化小さい

急激な高水敷化

R23の特徴は水制域内平均河床高が経年的に変化していないこと，1980年代以降急激に高水敷化したことである

R14 (19km）パターン1,2 →3,4深掘れの発生ワンド上流側の植生により流砂の供給が遮断深掘れ部が安定に維持

R23 (21km）パターン1,2→5,61980年以降の植生が一気に進

行ワンドの全体が植生に覆われる

河床河床

flowパターン1，2

洪水時供給土砂量の減少

植生によるトラップ河床上昇

flowパターン3，4

平水位よりも平均河床高が低いままである

平水位低下により高水敷化，植生帯の発生．この植生による土砂のトラップによる河床上昇

上流側水制間の樹林化による供給土砂量の減少による流下

方向の土砂の連続性の低下に起因する水制背後の河床低下．

河床低下

植生の侵入

flow パターン5，6

パターン1,2からの急激な平水位低下に伴う高水敷化．この場合，水制背後の河床低下は見られない．

パターン3,4からの平水位低下に伴う水制域全体の高水敷化，この場合，局所的河床低

下箇所はたまりになる場合もある

flowパターン1，2

洪水時供給土砂量の減少

植生によるトラップ河床上昇

flowパターン3，4

平水位よりも平均河床高が低いままである

平水位低下により高水敷化，植生帯の発生．この植生による土砂のトラップによる河床上昇

上流側水制間の樹林化による供給土砂量の減少による流下

方向の土砂の連続性の低下に起因する水制背後の河床低下．

河床低下

植生の侵入

flow パターン5，6

パターン1,2からの急激な平水位低下に伴う高水敷化．この場合，水制背後の河床低下は見られない．

パターン3,4からの平水位低下に伴う水制域全体の高水敷化，この場合，局所的河床低

下箇所はたまりになる場合もある

各ワンドパターン形成までの仮説と鉛直二次元数値解析による検証

ｌ0

ｌ

ｌ0－lv ｌv

ｌd

ｘd

ｚbd

ｈv

ｌ0

ｌ

ｌ0－lv ｌv

ｌd

ｘd

ｚbd

ｈv

ｌ0

ｌ

ｌ0－lv ｌv

ｌd

ｘd

ｚbd

ｈv

鉛直２Ｄモデル上：各種パラメータの設定下：計算格子

各パターン形成までのシナリオの仮説