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流域の健全な土砂環境を創造するための総合研究

砂防工学は、安全と環境の両面で健全な流域を創造するための技術開発に向けた学問で、土砂水理学、水文学、地形学、地質学、生態学など幅広い分野を包含しています。 本研究室では、「防災」と「環境」という2つのキーワードのもとで、流域の土砂の侵食・堆積や流出の把握や制御に関するテーマや、健全な流域の土砂環境を維持するための技術開発に関連した研究を進めています。　

研究テーマ・開発紹介

土砂災害の防止・軽減に関する研究

斜面崩壊や土石流による土砂災害の防止と軽減は、社会的に重要な課題です。そこで、土砂災害の発生機構、予測手法、ハザードマップの高度化などについて検討しています。 山間部からは土砂だけでなく流木も流出することで橋が閉塞して、被害をもたらすこともあります。危険な橋や流木の条件を実験や解析から明らかにすることや、気候変動を考慮した土砂災害の特徴を考慮した対策の検討も重要なテーマであり、研究を進めています。

山間部で崩壊や土石流により発生した土砂が、長時間、長距離にわたって下流へ流出して、河道を埋塞して溢れることにより被害が発生する土砂・洪水氾濫が近年問題になっています。現象把握のための調査、観測、シミュレーションによる検討を進めています。

図：住宅地での土石流シミュレーション（左）、下流側の土砂・洪水氾濫のシミュレーション（右）の堆積過程

土石流は甚大な被害をもたらす現象で、数値シミュレーションによる予測も実用化されています。しかし、土石流の挙動や流動メカニズムは完全に解明されているわけではありません。殊に細粒土砂を多く含む土石流では、流動性が高くなることが知られています。
そこで、土石流の流動性に影響する細粒土砂の含有率を現地で観測し、挙動の解明とモデル改良を目指した研究を行っています。写真は矢印が観測施設で、土石流の内部の情報を得るための計測の様子（右、出水時）を示しています。

図：土石流中の細粒土砂の含有率の観測（矢印が観測施設、右・出水時）

流砂系の土砂動態に関する研究

山地流域で土砂が生産され、河川を通り海へ流出する過程（流砂系）は良好な流域環境を維持するための本質的な要素です。土砂管理を行う際に、山地から河口までの土砂動態を詳細に把握し、将来の土砂環境予測を精度よく行うことが望まれます。
そこで、土砂生産および土砂流出プロセスについて、現地観測、実験および数値解析による解明を試みています。土砂生産や流出を制御するための新工法、河床変動解析モデルなど、土砂管理のための新しいツールの開発も行っています。

図：穂高砂防観測所において、足洗谷観測水路で掃流砂を観測するためのハイドロフォンを用いた現地実験（左、中央）や流砂観測を実施している（右）様子

豪雨や噴火等による土砂災害発生時には、多量の土砂が流域に供給されます。土砂によって生じる土砂災害だけでなく、健全な環境保全のために土砂を資源として活用する方法を含めた総合的な土砂管理手法を検討します。

流砂系の健全な土砂流出に関する研究

山間部から発生し、下流まで流出する土砂や流木を、全て構造物で制御することは困難です。被害を出すことなく「無害化」して、巨礫や流木は砂防堰堤で制御する、 細かい土砂は濃度や粒径、流砂量をコントロールしてバイパス水路や流路・道路を通じて安全に流出させる、土砂の一部は公園やグランド等を遊砂地として活用して堆積させるなど、土地利用を考慮した対策が今後必要になると考えます。
調査、観測、シミュレーションを活用して、砂防分野だけでなく河川やダム等の連携分野と協力することで、安全な街づくりを提案することを目指しています。

English Version

United research to produce safe sound sediment environment in river basin

In a sediment transport system from mountainous area through river area to coastal area, disasters occur due to the various kinds of sediment transport phenomena. The phenomena and processes are important factor to produce safe sound sediment environment in river basin. To mitigate the disasters and to understand the dynamics of sediment transport and water in the sediment transport system, various field observations, hydraulic experiments, and development of simulation models and systems are carried out in our division.

Research Topics

Sediment Disaster Prevention

Landslides, debris flow, woody debris, and channel deformation cause sediment disasters. Recently, sedimentation and flood damage have become serious problem, in which sediment generated in mountainous areas moves downstream burying channels and causing damage. Sediment disaster prevention is one of the important social topics.
Our laboratory researches on the generation mechanism, prediction techniques, upgrading hazard map with various field observations, hydraulic experiments, and development of simulation models and systems. Recently, numerical simulations are applied for detail hazard zoning and for considering effective countermeasures.
Figure 1 shows the numerical analysis results of debris flow deposition in mountainous housing area(left) and sediment and flood damage simulation result (right).

Fig. 1: Debris flow simulation result(left) and sediment and flood damage simulation result (right).

The debris flows mechanism is not fully understood due to the severe phenomena. We conduct field observations of fine sediment contents within debris flows, which contribute to elucidating the debris flow mechanism and simulation models improvement. Figure 2 shows our observation equipment installed in a debris flow-prone stream to observe the fine sediment content rate in debris flow.

Fig. 2: Observation equipment in a debris flow-prone stream.

Sediment Runoff Processes in Sediment Transport System

Sediment is produced in mountainous areas and transported to coastal area through rivers. These processes are important factor to produce safe sound basin environment.
With field observations, hydraulic experiments and numerical analysis, we focus on sediment production mechanism and sediment transport processes. Figure 3 shows the field experiment with hydrophone system and other equipment to observe bed load in Hodaka Sedimentation Observatory.

Fig. 3: Field experiment with hydrophone and other equipment to observe bed load in Hodaka Sedimentation Observatory.

When a sediment disaster occurs due to heavy rains or eruptions, a large amount of sediment is supplied to the basin. In our laboratory, we focus on not only sediment disasters but also themes including methods utilizing supplied sediment as a resource for the sound environment and ecosystems. We aim to propose and examine comprehensive sediment management methods.

Considering Safe Sediment Runoff Through Sediment Transport System

Capturing all the sediment runoff from mountainous area to coastal area through rivers with structures is difficult. Therefore, land use considering safe sediment runoff is required. Such as to capture large boulders and woody debris with sabo dams, control density and grain size and transport safely into bypasses and channels, and use some parks for sedimentation area.
Applying field surveys, observations, and simulations, we aim to consider safe urban development in cooperation with not only erosion control section but also rivers and reservoir sections.