河川における土砂輸送
河川における土砂輸送とは、河川の流水によって土砂が移動する現象であり、物質を侵食、運搬、堆積させ、河道や氾濫原を形成するプロセスである。
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Definition
河川における土砂輸送とは、河川の流れによって鉱物粒子や有機粒子が巻き上げられ、運搬され、堆積する現象であり、河床に沿って移動する掃流砂と、流れの中に運ばれる浮遊砂として発生する。
Scope
このトピックでは、掃流砂および浮遊砂としての土砂の巻き上げと輸送、粒子運動の限界条件、土砂流量曲線、土砂輸送と河道形態の関連について扱う。河川の土砂動態を扱い、水自体の水理学については別のトピックで扱う。
Core questions
- 流水はどのような条件下で土砂を巻き上げるのか?
- 掃流砂と浮遊砂はどのように異なり、どのように推定されるのか?
- 土砂輸送は流量とどのように関連しているのか?
- 土砂輸送は河川の河道や氾濫原をどのように形成するのか?
Key concepts
- 掃流砂と浮遊砂
- せん断応力と運動開始限界
- シールドの基準
- 土砂流量曲線
- 侵食、輸送、堆積
- 河道調整
Key theories
- 運動開始限界(シールドの基準)
- シールドは、土砂運動の開始を無次元せん断応力に関連付け、特定の流れが特定のサイズの粒子を巻き上げるかどうかの標準的な基準を提供した。
- 土砂輸送と河道形態
- 水と土砂輸送の相互作用は、侵食、堆積、河道形状の調整を支配し、流れ、土砂、形態を結びつける河川地形学の基礎となっている。
Mechanisms
流水は河床にせん断応力を及ぼし、粒子サイズとともに増加する閾値を超えると、粒子は移動を開始し、掃流砂として転がり、滑り、またはより細かい粒子や強い流れの場合は浮遊して運ばれる。したがって、総負荷量は、流れの強さ、利用可能な土砂のサイズと供給量に共同で依存し、輸送能力が低下すると土砂は堆積する。
Clinical relevance
土砂輸送は、貯水池の堆砂、河道と河岸の安定性、洗掘に対する橋梁や取水施設の設計、河川の形態と生息地、および河口や海岸への土砂と関連汚染物質の供給を制御する。
History
定量的な土砂輸送の研究は、シールドの1936年の限界条件と並行する掃流砂公式から始まり、レオポルド、ウォルマン、ミラーによる1964年の統合により、土砂輸送と河道形態が結びつけられ、現代の河川地形学が確立された。
Key figures
- Luna B. Leopold
- M. Gordon Wolman
- Albert Shields
Related topics
Seminal works
- leopold1964
- shields1936
- dingman2015
Frequently asked questions
- 掃流砂と浮遊砂の違いは何ですか?
- 掃流砂は、河床に沿って転がり、滑り、跳ねる粗い土砂であり、浮遊砂は、乱流の中で上方に保持される細かい土砂である。これらが合わさって、河川が運搬する総土砂量となる。
- ほとんどの河川が洪水時に最も多くの土砂を運搬するのはなぜですか?
- 土砂輸送は流れの強さに伴って急激に増加するため、高流量時の大きなせん断応力ははるかに多くの物質を巻き上げる。河川の長期的な土砂負荷の大部分は、比較的まれな高流量イベント中に移動する。