本研究は、河川により運ばれた土砂が扇状地を形成する過程を土砂水理学的に理解することを目的として行われたものである。本研究は、河川により運ばれた土砂が扇状地を形成する過程を土砂水理学的に理解することを目的として行われたものである。一般に扇状地は透水性の高い砂礫により構成されており、そこを流れる河川水の多くが浸透し、伏流水となるため、扇央部では水無し川になることさえある。そこで、このような扇状地の形成過程を理解する上で、表面流と浸透流との相互作用と、表面流の浸透に伴う輸送土砂の堆積過程についての知見を得ることは重要な意味をもつ。その土砂の堆積によって扇状の地形が形成される過程において、流路はひとつところに留るわけではなく、「首振り」と呼ばれる流路のシフトが頻繁に生じることになるが、その素過程については未だ十分な力学的な理解が得られているわけではない。本研究では、こうした点に注目し、河川地形の形成機構に関わる基礎的な実験を行った。ここでは、土砂の輸送形式として掃流砂のみによるものを対象とし、他の研究者らにより進められている土石流の堆積に伴う地形の形成については検討の範囲外としている。本研究における実験では、堆積地形が形成される平地の地表面下に広がる透水層の透水性を変化させるほか、透水層内の水位を制御し、表面流から浸透流への遷移状況を変化させるなどして、土砂の堆積過程に生じる変化を系統的に調べた。扇状の堆積となるためには、流路の首振り・分岐が不可欠であり、これは砂面上の力学的不安定が原因となっていること、などの結論が得られた。扇状地が幅広い粒度分布をもった砂礫により構成されていることに着目し、堆積地形の地表面下に生じる「土砂の分級」についても詳細な解析を行い、興味深い成果を得ている。研究成果概要:本研究では、均一粒径砂礫により構成される平坦河床が、土砂の移動に伴って河床波を伴う河床へと変化していく過程を、個々の土砂粒子の運動の解析を通じて再現し、その機構を明らかにしようとするものである。ここでいう「土砂粒子の運動」と...本研究では、均一粒径砂礫により構成される平坦河床が、土砂の移動に伴って河床波を伴う河床へと変化していく過程を、個々の土砂粒子の運動の解析を通じて再現し、その機構を明らかにしようとするものである。ここでいう「土砂粒子の運動」とは、河床を構成している粒子が河床から抜け出し、流水中を運動した後、再び河床に停止するまでの一連の動きを指し、粒子の質点系の運動方程式を数値的に解くことでこの運動を追跡しようとするものである。1992)が、これを河床波などの地形が形成される過程の解析に適用しようとした研究はほとんど見られない。ところが、最近のコンピューターの処理能力の向上と、本研究を含む一連の研究により、ようやく地形形成のシミュレーションが可能な段階にきたといえる。本研究で得られた主な成果は次の通りである。一度形成された凹凸は時間とともにその規模を増大させるが、その際に、波は上流方向に遡上しながら複数のより規模の小さな波がひとつにまとめられていくことがわかった。砂漣や砂堆として知られる規模の大きな河床波の発達過程においては、波は下流方向に移動することが知られており、両者の移動方向は正反対である。ここで解析を行った初期河床波が砂漣・砂堆にまで成長し得るのか、その過程のどの段階でなぜ移動方向が変わるのかについては未解明であり、今後の課題としたい。最後に、(3)粒子スケールの運動の追跡を基礎として地形形成過程を解析する一手法を確立することができた。本研究では、まず植生を伴わない河道を対象として、シルトや粘土がウォッシュロードとして輸送された場合に、これらが低水路水際線に沿って堆積を引き起こすメカニズムを明らかにする水路実験を行っている。本研究では、まず植生を伴わない河道を対象として、シルトや粘土がウォッシュロードとして輸送された場合に、これらが低水路水際線に沿って堆積を引き起こすメカニズムを明らかにする水路実験を行っている。その結果、川幅の縮小にまで発達するウォッシュロードの堆積は、洪水前後のような流量変動が生じる場合の減水期により顕著な形で生じることが理解された。次に、低水路水際線に沿って樹木状の植生群落が生じている場合を対象として、群落の配置パターンの違いによる流れ場の変化について系統的な実験を行った。距離などの配置条件の違いによって「蛇行流」のパターンが大きく変化することを示している。この流れによって、群落一つに対して「洗掘域と砂州」とからなる一組の河床パターンが周期的に形成されることが理解された。このことは、低水路河岸に植生群落が帯を成して繁茂する場合に、ここで検討したような交互配置となるように植生群落を残すことで、人工的な手だてを講じることなく、多様な河川空間を創造することができることを示唆している。このような実験的研究と平行して、一旦堆積したシルト・粘土が再び浸食されるメカニズムを明らかにするための、粘着性材料の浸食実験も進めてきている。ここでは、粘土と砂とからなる土塊を供試体とし、その粘土含有率を変化させた一連の実験を行い、土塊の浸食速度が粘土含有率に応じて特徴的な変化をパターンを示すことなど、今後に向けて有用な知見が得られている。このように、このテーマに関して今後研究を展開していく上での基礎を固めることができた。