地理学報告 第47号 162~176 1978 1976年9 月洪水で堆積した長良川河床堆積物の粒度組成 森 山 昭 雄* 神 辺 敏 明** Grain Size Distributions of Bed Materialsof the Nagara River in the Flood, Sep. 1976, Gifu Pref., Central Japan AkioMoriyama* & Toshiaki Kambe** Abstract Since Visher (1969) separated the sediments into some component populations normally distributed and discussed the relationship between the component populations and depositional processes, many researchers have advanced their hydraulic interpretations for the component populations ( e.g., Moss, 1972; Inokuchi & Mezaki, 1974; Middelton, 1976; Mezaki, 1977; Inokuchi, Isobe & Kawamura, 1977). Inokuchi & Mezaki (1974), according to the results of grain size analyses for graveliferous bed materials which can be deduced hydraulic conditions in the flood stage, made it clear that the sediments were composed of four populations and were named A-, B-, C- and D-population in order of coarser grains, and that A-population corresponded to the traction load, B-population to saltation load, C-population to suspended load and D-populationto wash load. In this study,the authors analyzed the bed materials of middle course of the Nagara River and discussed the relationship between the grain size distribution and the deduced hydraulic conditions, in order to examine the conclusions of Inokuchi & Mezaki (1974) in another river. As there are no artificialconstructions through the course of the Nagara River bed, it seems rather suitable for this study. The course of this river surveyed shows sinuous pattern (Fig. 1) and their bed form shows the alternate bar pattern with sharp crest line in the upper course more than 42 km from the outlet and alternate bar pattern with obscure crest line in the lower course(Ikeda, 1975). The longitudinal profile of this river shows two exponential curves to break at 42 km point from the outlet (Fig. 2). During the analyses of bed materials, the disasterous flood occurred in September 9 th to 12 th,1976. Seven samples were analyzed before the flood,and eleven samples after the flood at the locations shown in Fig. 1. Hydraulic conditions were deduced from the traced highest elevations of the flood water surveyed after the flood by the Construction Bureau and bed slopes from the mean bed elevations at high water stage of the longitudinalprofile shown in Fig. 2, surveyed before and after the flood.Sample weights, mean depths of the flood,channel bed slopes and shear velocity at the flood stage are shown in Table 2. Fig.3 shows the histograms and Fig.4 represents cumulative frequency distribution curves on normal probability graph papers of all analyzed samples. It is clear that the size of coarsest populations become gradually smaller and mean grain size of them becomes finer from the upper to the lower course, while finer population (0-2 phi) becomes greater in size without any variation of mean grain size. Table 2 and Fig.5 represent quantitativelyseparated component populations from the cumulative frequency distributioncurves on normal probability graph paper, *愛 知 教 育 大 学地 理 学 教 室 **愛 知 教 育 大 学研 究 生 162
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地理学報告 第47号 162~176 1978
1976年9 月洪水で堆積した長良川河床堆積物の粒度組成
森 山 昭 雄* 神 辺 敏 明**
Grain Size Distributions of Bed Materials of the Nagara River in
the Flood, Sep. 1976, Gifu Pref., Central Japan
Akio Moriyama* & Toshiaki Kambe**
Abstract
Since Visher (1969) separated the sediments into some component populations normally
distributed and discussed the relationship between the component populations and depositional processes,
many researchers have advanced their hydraulic interpretations for the componentpopulations ( e.g., Moss, 1972; Inokuchi & Mezaki, 1974; Middelton, 1976; Mezaki, 1977; Inokuchi,
Isobe & Kawamura, 1977). Inokuchi & Mezaki (1974), according to the results of grain size
analyses for graveliferous bed materials which can be deduced hydraulic conditions in the flood
stage, made it clear that the sediments were composed of four populations and were named A-, B-,
C- and D-population in order of coarser grains, and that A-population corresponded to the
traction load, B-population to saltation load, C-population to suspended load and D-population to
wash load. In this study, the authors analyzed the bed materials of middle course of the Nagara
River and discussed the relationship between the grain size distribution and the deduced
hydraulic conditions, in order to examine the conclusions of Inokuchi & Mezaki (1974) in
another river.
As there are no artificial constructions through the course of the Nagara River bed, it seems
rather suitable for this study. The course of this river surveyed shows sinuous pattern(Fig. 1) and their bed form shows the alternate bar pattern with sharp crest line in the upper
course more than 42 km from the outlet and alternate bar pattern with obscure crest line in
the lower course(Ikeda, 1975). The longitudinal profile of this river shows two exponential curves
to break at 42 km point from the outlet (Fig. 2). During the analyses of bed materials, the
disasterous flood occurred in September 9 th to 12 th, 1976. Seven samples were analyzed
before the flood, and eleven samples after the flood at the locations shown in Fig. 1. Hydraulic
conditions were deduced from the traced highest elevations of the flood water surveyed after
the flood by the Construction Bureau and bed slopes from the mean bed elevations at high water
stage of the longitudinal profile shown in Fig. 2, surveyed before and after the flood. Sample
weights, mean depths of the flood, channel bed slopes and shear velocity at the flood stage are
shown in Table 2.
Fig.3 shows the histograms and Fig.4 represents cumulative frequency distribution curves on
normal probability graph papers of all analyzed samples. It is clear that the size of coarsest populations become gradually smaller and mean grain size of them becomes finer from the upper to
the lower course, while finer population (0-2 phi) becomes greater in size without any variation
of mean grain size. Table 2 and Fig.5 represent quantitatively separated component populations
from the cumulative frequency distribution curves on normal probability graph paper,
*愛知教育大学地理学教室 **愛知教育大学研究生
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according to the method of Inokuchi & Mezaki (1974). All samples are separated into three to
six component populations. Some samples were separated into A'-population (No.5,6,7 before the flood and No.4,5,8 after the flood). Mean grain size of the coarsest populations (Apopulation)
and next coarser one (B-population) tend to reduce toward down stream and the
mixing proportions of A-populations to reduce as well.
In order to know the movement manner of grains composing A-, B-, or C-population, the
mean diameters of each population are plotted on the diagram proposed by Bagnold (1966) (Fig.7).
Greater part of the plots falls in the regime of traction load, saltation load and suspension
load corresponding to A-, B- and C-population, respectively. But some samples including
A'-population falls out the regime of traction load. Regarding as one population A- and
A'-population because of fallig on the same regime of traction load, the samples are separated
such a corrected population as shown in Fig.8, and the plots of the corrected A-population
fall in the regime of traction load in the diagram.
Down stream reduction of mean grain size of A-and B-populations are thought to be affected
by the tractive force at the flood transportation. Then, the authors made the correlation
diagram between shear velocity (U2) at the flood and mean grain diameters of A- and B-population
(A50, B50). Fig.9 shows strong positive correlation between these two parameters, and A- and
B-populations are plotted in a way roughly pararel to the line of critical shear velocity of
Iwagaki (1956). The equations of regression lines are as follows;
U2= 163.6A08650 50 (r = 0.9757)
U2= 469.6B 1.1209 50 (r = 0.9901)
These equations are thought very important sedimentological meanings, because we can deduce
by these equations the "paleo-depositional processes" from the analysis of grain size distribution
of the sediments whose hydraulic conditions are not known, such as the sediments of river terraces
or older bed layers.
I は じ め に
Visher (1969) が粒度分析によって堆積物をいくつ
かの正規分布集団に分け, それらの集団と堆 積営 力と
の関係 を論じて以来,各集団の運搬様式および諸水理
量 との関係を究明する研究が盛 んとなった(Moss,1972
; 井口 。目崎, 1974 ; Middelton, 1976 ; 目崎,
1977 ; 井口・磯部・河村, 1977 ; )。 とくに,井口・
目崎(1974) は,流送時の水理条件 が推定で きる河川
堆積物を分析した結果,堆 積物 が2 ~4 つの正規分布
集団 が合成されたものであることを明らかにし,粗い
方からA, B, C, D 集団と名づけた。そして,A 集
団を掃流様式,C 集団を浮流様式,B 集団を両者にま
たがる運動様式で堆積されたものであることを水理条
件の検討 から明らかにした。 その後 目崎(1977) は,
信濃川与板橋において,実際の河川の流送時における
掃流砂を採取・分析して,井口・目崎(1974) の結論
を確認するとともに,B 集団がsaltation loadとして
運搬されたものであることを明らかにした。また,粒
度分布型を1 .11 ・Ⅲ・Ⅳ型に分け,流水強度が増大
するに伴ってⅣ型からI 型の出現頻度が高まることを
明らかにした。さらに,井口・磯部・河村(1977) は,
信濃川河床堆積物を分析して,各集団の営力的意味を
詳細に論じている。
これらのすぐれた研究にもかかわらず,各集団の運
搬様式については一応の決着を見たものの,掃流力と
粒度組成との関係は必ずしも明確にされたとは言いが
たい。これは,水理量の算定がより正確でなかったた
めと思われる。そこで筆者らは,井口・目崎(1974)
の結果を他の河川において検証するために,長良川中
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流部の河床堆積物の粒度分析を実施し,推定された水
理量 と粒度組成の関係をより高い精度で把握しようと
努めた。粒度分析 を実施中, 1976 年9 月9 日~12日,
17号台風による大洪水が発生し,大 きな災害 となった。
その直後,中部地建 による洪水痕跡水位と河床 横断の
測量 がなされ,掃流 力算定の基礎と なる平均 水深 と河
床勾配 が高い精度で求めることができた。
長良川を選んだのは,上流 から下流 まで本流河床 に
は人工構築物がなく,より自然河川に近いと考えたか
らであ る。
Ⅱ 調査区間の河床形態と河床堆積物の粒径の概要
調査した区間は,河口 からの距離にして25.0 ~54.0
kmである。この区間は,地形的には河川が山地を離 れ
るところから,扇状地地帯 を流下し,下流 の自然堤防
地帯にまたがる。 図1 に示すように,この区間の長
良川はかなり蛇行して流 れる。全体として上流 から下
流 に向って川幅 が増し,河川敷内の高水敷の面積はか
なり広く, その面積は下流ほど広い。
低水敷の河床は,42 km付近までは池田(1975)の夕
イプⅡ(明瞭な前縁を有する交互砂礫堆)の河床形態
を示すが,蛇行河道である ために強制砂礫堆 となって
いることが多いようである。1)その下流では,両岸 に寄
州 を発達させるタイプⅢの河床形態となる。平野面上
の地形との関係では,47 km付近が扇状地の末端にあた
り,タイプⅡとⅢの境はそれよりも5kmほど下流にず
れる。
図2 に,河床縦断形 と河床堆積物 の平均粒径を示
した。河床縦断形 は,計画高水位基準の平均河床高を
プロットした。洪水前(1974 年12月~75年2 月測量)
と洪水後(76年12月~77年1 月測量)のデータを別に
示 してある。図 によれば平均河床 高のプロットはかな
り凹凸 があるが,大局的 に見て42km付近で折 れ曲 る2
つの指数曲線として表わすことがで きるバ 可床堆積物
の平均粒径については,既存の資料をも合せてプロ ッ
トしてある。各プロットはかなりのばらつ きを示 すが,
やはり42km付近を境 にして平均粒径の急 減が認 めら れ
る。
Fig.l. Bedforms and sampling points of the
Nagara river.
1.high water channel; 2.low water channel; 3.s
ampling points of bed materials; 4. flow direction;
5.artificial levee.図1 長良 川 の河 床 地形 と試 料採 取 地 点
1.高水敷,2.低水敷,3.河床堆積物の採取地点,4.流下
方向,5.人工堤防
Ⅲ 河床堆積物の粒度分析結果
1 .粒 度分析の方法
河床堆積物の採取 。分析地点は, 図1 お よ び 図2
に示 した。洪水前(1976 年7 月~8 月)の調査も洪
水後の調査(1976 年9 月~12月)も,全く同一地点で
実施したが, No. 8~11の地点での採取量が少なかった
ため, 1977 年10月にその地点の再調査 を行なった。し
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MeanGrain SizeAtitude Atitude
Distance from the outlet
Fig. 2. Longitudinal profiles and mean grain size of
bed materials of the Nagara River.
A, mean grain size, 1, the samples surveyed by
Yatsu ( 1954); 2. the samples by Construction Work
Office (1968); 3. the samples surveyed before
the flood, Sep.'76; 4. the samples after the
flood, Sep. '76, B, mean bed elevations at
high water stage; C, mean bed elevations at high water
Fig. 3. Histograms showing grain size distributions of the Nagara River bed materials.
図3 長良川河床堆積物の粒径頻度 分布 を示 すヒスト グラム
N0. 6 は,ほぼ同様の分布形を示すが,洪水後試料の方
が粗粒側の山が大きくなる。逆にNo. 7は,洪水後試料
の山は減じて細粒側の山が大きくなる。 No. 8とNo. 9は,
洪水後試料No. 7と同様に粗粒側の山は小さくなって,
N0. 9 では,だらだらと細粒側の山に向って上昇してゆ
く。 No. 10とNo.11は,およそ1あるいは1.5にピーク
を持つunimodal な分布を示すが,粗粒の物質が-3∮
まで裾野をなびかせてい る。
図4は,粒度分析結果を正規確率紙上にプロット
したものである。大局的に見て,すべての試料が井口
。目崎(1974)の「S字型」と「逆J字型」の組み合
せである。およそ-1∮前後に屈曲点があり,S字型に
-1∮よりも粗い部分の凸型部が付加した形をしている。
これは,目崎(1977) のI 型に相当する。変曲点の位
置 は,流下方向 に向って低い位置に移動し, 最も粗粒
な部分と勾配が急になる細粒部分との間隔 が次 第に縮
まって,全体として勾配の急ななだらかなカーブへと
移り変 る。
-2メよりも粗粒部分の勾配は大体同じ位であるが,
洪水後試料N0. 4 , 5,8は,より勾配の急な部分とゆ
るやかな部分の2つに分けられる。また,洪水前試料
N0. 5 , 6,7は,-2~-3∮付近にやや下方にたわむ
部分が認められる。2∮よりも細粒側のカーブは単純で
はなく,いくつ かの屈曲点を持つ ものがあ る(洪水前
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Fig. 4. Cumulative grain size distribution curves of the Nagara River bed materials
on normal probability graph paper.Upper, before the flood, Sep. ' 76; lower, after the flood Sep.'76.
図4 正規確率紙上の積算粒径頻度分布 上,洪水前;下,洪水後
試料No. 6, 7 および洪水後試料No. 4 , 5 , 6, 8,9) 。3
.正規分布集団の分離
正規確率紙上にプロ ットされたカ ーブ から井口・目
崎(1974) の方法にし たがって正規分布集団を定量的
に分離した結果を,表2 に示 す。 また,図5 は,分離
された各集団の平均値と標準偏差を図 的に表現したも
のである。
各集団の名称は,後述のBagnold (1966) のダイア
グラムにプロ ットし,運搬様式を検討した上で 決定し
てい る。
すべての試料は,3 ~6 つの正規分布集団によって
構成されている。A 集団はすべての試料 に出現する。
また,A 集団が2 つに分けら れる試料 がある(洪水前
試料No. 5, 6, 7 および洪水後試料N0. 4 , 5, 8) 。
その細粒側の集団を,A'集団と名づけておく。A'集
団は粒径の上からはB 集団 と区別で きない が, Bagnold(1966)
のダイアグラムへのプロ ットでは明ら かに掃
流 様式の領域に落 る。後にのべる修正A 集団を考 えに
入れると,A 集団の平均 粒径は,上流 から下流 に向っ
て粒径を減じる傾向 が顕著である。
B集団の平均粒径は,-3~+1∮の広い粒径範囲
をもつ が,A 集団と同様に上流 から下流に向って粒径
を減じ る傾向 が認めら れる。B 集団 が存在しないのは,
洪水前試料No. 5, 6, 7 および洪水後試料No. 4 , 5 ,
6 ,7 であり, それらの地点は本河川の調査区間では
中流部にあたる。井口・目崎(1974, p.551 ~552) は,
鬼怒川河床堆積物について正規分布集団の組 み合せ,
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Table 2. Hydraulic values of the flood at each sampling point and separated component populations of each sample.
表2 試料採取地点における洪水時の水理量と河床堆積物の分離された正規分布集団
W, weights of analysed samples; D, mean depths at high water level;S, slopes of river bed; Uof shear velocity at highest stage of theflood; m, mean grain size of component population; s, standard