T12［トピック］堆積地質学の最新研究

学生優秀発表賞エントリー

[T12-P-9] 異なる粒径画分間の相互作用による微小粒子の堆積に関する水路実験

*藤原 遼¹、内田 優斗¹、山田 慶二¹、谷口 圭輔¹ (1. 津山工業高等専門学校)

キーワード：

河川堆積物、粒度分布、水路実験

　河川では巨礫から砂・シルト・クレイまで、様々な粒径分布の砕屑物が輸送される。異なる粒径画分間の相互作用（例えば、相対的に大きな粒子がつくる流れ場の局所的変化）により、単一粒径では堆積が起きない流況下でシルト・クレイなどの微小粒子が堆積することもある。しかし、異なる粒径画分間の相互作用を想定した実験的研究は少なく、十分な知見が得られていない。そのため、本研究では、巨礫が作る底面の起伏による流れ場の変化が、微小粒子の堆積に与える影響を調べる水路実験を行い、微小粒子が堆積しやすい場所と起伏の高さ・間隔の関係を明らかにした。
　水路実験は、長さ300 cm、幅6 cm、高さ10 cmの水路を用いて実施した。水路下流端にタンクを設置し、ポンプにより水を循環させる。底面には、より大規模な出水時のみ移動する巨礫を模して、PLA製の障害物（幅 6 cm、長さ10 cm, 高さは後述）を一定間隔で設置した。また、掃流様式にて移動する粗大粒子として中央粒径0.91 mm の粗砂を、浮遊様式にて移動する微小粒子として、中央粒径0.095 mmの細砂を用いた。実験時の流量は2.30×10^-3 m³/s、平均水深は約6 cm、浮遊懸濁土砂濃度は6.8 g/Lとした、あらかじめタンク内に微小粒子を投入しておき、撹拌機で巻き上げることで濁水をつくった。この条件で、障害物を設置せず濁水の通水を続けても、微小粒子の堆積は起こらない。実験手順は、まずポンプを起動して濁水の循環を開始したのち、水路の上流側から粗大粒子900 gを約6 g/sで投下した。粗大粒子が最下流の障害物に到達するか、通水開始から15分が経過したら、ポンプを停止して通水を終了した。終了後、障害物間の7～10か所で堆積した土砂を回収し、篩別・乾燥を経て重量を測定することで、粗大粒子に対する微小粒子の質量比を算出した。障害物の高さを0.6 cm、1.2 cm、1.8 cmの３条件、障害物の間隔を16.7㎝、30㎝、70㎝の3条件、合計９通りの条件で実験を行った。また、障害物による流れの変化を、PIV法を用いて可視化し、微小粒子の堆積の多い場所の分布との関係を考察する。
　実験の結果、障害物間の堆積物には5～20 %程度の割合で微小粒子が含まれており、これは単一粒径の場合よりも多かった。また、障害物の高さが1.8 cmの条件では障害物のすぐ下流側で微小粒子の割合が高く、下流側に離れるにつれて低下する傾向がみられたが、障害物の高さが1.2 cmの条件で、障害物の間隔が比較的長い場合（30 cmおよび70 cm）においては、障害物のすぐ下流に加えて、次の障害物の手前でも再び微小粒子の割合が高くなっていた。これらの特徴は、障害物の高さ及び間隔により、流れ場の変化の仕方に違いがあることを示唆する。iRIC NaysCUBEを用いた数値計算では、障害物に起因して発生する渦と障害物間の長さとの関係により、底面における流向が異なることが原因と示唆された（山田ほか, 2026）。ポスターでは、PIV解析の結果と合わせて議論を行う。

引用文献
山田慶二・谷口圭輔・藤原遼・内田優斗, 2026, 河川における異なる粒径画分間での微小粒子の捕捉と堆積メカニズムの検討, JPGU-AGU Joint Meeting 2026予稿, HCG25-P12.