トリピラ水制の構造
【課題】対象流量までの一般の水制構造に共通する機能を有し、洪水に対する強度と安定性を併せ持ち、河岸保全に有効であって自然景観に優れた水制構造を提供する。
【解決手段】トリピラ水制構造体は、対岸に向けて形成された三角錐型形状の尖端部を有し、表面が自然石、割石、石張り、コンクリート張り、ブロック積み、またはこれらの組み合わせから形成され、三角錐型形状の高さが頂上部から底面部に向けておろした足から尖端部までの長さより短いものとされ、尾根部が三角錐型形状の頂上部から尖端部に向けて直線状あるいは構造体中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成され、表面の内、尾根部から底面端に向けて形成された上流側の上流側表面部は、尾根部に連続してトリピラ水制構造体の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成されて底面部に向う斜面とされ、底面端に接する端線部が上流側表面部に連続して滑らかな窪み状の弧状に形成される。
【解決手段】トリピラ水制構造体は、対岸に向けて形成された三角錐型形状の尖端部を有し、表面が自然石、割石、石張り、コンクリート張り、ブロック積み、またはこれらの組み合わせから形成され、三角錐型形状の高さが頂上部から底面部に向けておろした足から尖端部までの長さより短いものとされ、尾根部が三角錐型形状の頂上部から尖端部に向けて直線状あるいは構造体中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成され、表面の内、尾根部から底面端に向けて形成された上流側の上流側表面部は、尾根部に連続してトリピラ水制構造体の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成されて底面部に向う斜面とされ、底面端に接する端線部が上流側表面部に連続して滑らかな窪み状の弧状に形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
トリピラ水制構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
水制構造建設の歴史は古い。利根川や信濃川においては、河川改修の初期の段階で流路安定対策に長い水制が適用された。木曽川や淀川でも舟運にも役立つ大型の水制構造が建設された。急流河川についても、実用的な水制構造の研究が行われた。その典型例は常願寺川のピストル水制構造であり、その新技術が評価された。そして、水制構造の施工例の増加があった。戦後初期の段階で水制構造に関する全国調査が実施され、水制構造に関する考え方の整理が行われた。しかし、それにもかかわらず１９６０年代以降、水制構造は敬遠されているとみなしうる。河岸保護構造としては、護岸の力学設計法と美しい山河を守る災害復旧基本方針を基本とした技術指針に基づいて全国規模で工事が行われている。その多くは災害後の対策構造として実施され、そのなかで水制構造が検討される事例は限定的である。その結果、一部の河道においてみおの鮮明化が生じた。みおの鮮明化とは、新しく建設された護岸沿いに流れを呼込み、やがてみお部の河床低下・みお部の低水路幅の縮小・河岸と平行するみお部対岸の砂州の発達（砂州高の上昇）・みおと砂州の比高差の増大・低水路の流量容量の増大・砂州の冠水頻度の減少・砂州における植生の繁茂と安定化・みおの延伸・蛇行システムの変形・クランクフローの発達等の諸現象を統括するものである。さらに付帯事項として、護岸工事（特に基礎構造）に伴う仮締切の設置も看過できないことがある。これは、河床表層のアーマーコートやペイブメントを乱し、あるいは流路の安定した蛇行地形を局所的に変更するものであり、ときに悪影響をもたらすものである。そこで、水制構造の施工例は復活傾向にある。しかし、未だ事例数は多くはない。その限りにおいて、水理的かつ河川工学上の合理性があり、その合理性の根拠や内容が明瞭で、かつ技術評価が容易であることが求められている。
【０００３】
特許文献１には、河岸の所望位置に、河川の中央に向かって流れとほぼ直角に形成される水制構造であって、角錐台形状にして表面に凹凸を形成したブロックを設け、河底に前記ブロックを先細り部を下方にして、河岸から河川の中央に向かって流れとはほぼ直角に並設且つ積み上げたことを特徴とする水制構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１８６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水理的に合理性ある自然形成型（不透過の越流型）の水制構造を取上げる。合理性の内容としては、対象流量までの一般の水制構造に共通する機能を有し、通常洪水に対する強度と安定を併せ持つことである。このような構造物として、土砂量が少ない礫河川において長期的に安定して存在し、水制機能を発揮している自然形成の砂礫帯がある。これは長く伏した三角錐を基本とする形状となっている。発明者等は、このような水制構造について、類似形状水制構造の実験結果の吟味、２次元水理計算の実施、及び適用性の検討を行い、自然形成型水制構造の合理性について考察を行った。その結果、川の自然の営力を反映した構造物という利点性、及び今後の発展性を示唆することができ、これまで注目されることのなかった自然の造形物が有する水制構造機能を評価した実際面での提案を行うに至った。
【０００６】
特許文献１の記載の発明にあっては、自然形成型の水制構造の合理性が採用されているとはいえない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みて長く伏した三角錐を基本とする形状の自然形成型の水制構造を活用し、対象流量までの水制構造に共通する機能を有し、洪水に対する強度と安定性を併せ持ち、水流に対する抵抗を小さくして水制構造体周辺の洗掘量が小さく、河岸保全に有効であって、自然景観に優れたトリピラ水制構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
河川における注目すべき合理性が、長期にわたって安定した自然の各種の造形物に存在する。その一例として自然形成の水制構造が現実の河川において見られることがある。これにより河岸地形と安定した蛇行流路が維持されている場合には、明瞭な水制機能が存在すると判断される。例えば、中国の怒江は流砂量の少ない極めて安定した礫河川であるが、処々にこのような水制構造状の自然造形物がほぼ連続して見られる。日本の河川においても、巨石・玉石・礫などの多い渓谷等において存在例がある。これらの自然形成水制構造に共通する形状の特徴は、緩い斜面を有し、かつ方向が斜めの三角錐であり、英文では、Laid Triangular Sharp Pyramid Type Groyne(Tri-Pyra Groyne)と表現できることから、以降これらの基本形を尊重した水制構造を自然形成型水制構造とし、「トリピラ水制構造」と呼称する。
【０００９】
トリピラ水制構造の形状と似た形状を部分的に持つ水制構造に荒籠（あらこ）がある。注目点は荒籠の側面及び先端部の斜面形状である。荒籠は九州の潟土（ガタド）河川において設置され、大規模な河道掘削の影響等によって損壊したものを除くと、古いものが数多く現存しており安定した構造物と評価される。なかには２００年以上の長期わたって機能を維持しているものも存在する。このことは局所洗掘が問題となる通常の水制構造と異なり、水制構造の先端や側面における洗掘が顕著でなく、水制構造自体の安定性が大きいことを意味していると思われる。
【００１０】
トリピラ水制構造は荒籠の検討例から明らかにされた水制構造先端部等の形状の効果を水制構造全体に拡張したものと位置付けられる。ここでは、このことを定性的に考察の後、２次元流の数値実験によって検討を行った。これは水制構造周辺の洗掘量が小さいことから洪水流の局所的３次元性が低いと判断されることによる。その結果、トリピラ水制構造は流量が小さいときに水制構造の機能が大きいこと、及び流量が大きいときには自然の抵抗と自身周辺の局所洗掘の低減効果を有することなどもあり、安定度が大きいことが判明した。
【００１１】
本発明は、具体的には、
河川の水流中に岸部から突出させて水流の制御を行い、河岸洗掘を抑制するトリピラ水制構造において、
岸部から対岸に向け、水流に突出させられる、上流側表面部、下流側表面部および底面部からなる三角錐型形状を備えたトリピラ水制構造体で形成され、
該トリピラ水制構造体は、対岸に向けて形成された三角錐型形状の尖端部を有し、表面が自然石、割石、石張り、コンクリート張り、コンクリートブロック積み、あるいはこれらの組み合わせから形成され、三角錐型形状の高さが頂上部から底面部に向けておろした足から尖端部までの長さより短いものとされ、尾根部が三角錐型形状の頂上部から尖端部に向けて直線状あるいはトリピラ水制構造体中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成され、
前記表面の内、尾根部から底面端に向けて形成された上流側の上流側表面部は、尾根部に連続してトリピラ水制構造体の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成されて底面部に向う斜面とされ、底面端に接する端線部が上流側表面部に連続して滑らかな窪み状の弧状に形成されて、
水位がトリピラ水制構造体の底面付近の流量の少ない時には、弧状の上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を、上流側表面部の斜面をわずか斜めに形成し、先端部付近に近づくほど流れを束ねるようにして河川中央側に向うまとまった流れの水流向を形成し、
水位がトリピラ水制構造体の頂上部付近の流量の時には尾根部および上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を弧状の接線方向に形成して河川中央への向きとなし、その水流向傾向を下層流よりも上層流の方を大きく形成し、
水位がトリピラ水制構造体の頂上部より高い流量の多い時には、尾根部および上流側表面部の斜面が水流向を弧状接線方向に形成して整正効果を保持すること
を特徴とするトリピラ水制構造を提供する。
【００１２】
本発明は、また、上流側表面部および下流側表面部は、尾根部を中心線として左右非対称に形成されることを特徴とするトリピラ水制構造を提供する。
【００１３】
本発明は、また、上流側表面部および下流側表面部は、尾根部を中心線として左右対称に形成されることを特徴とするトリピラ水制構造を提供する。
【００１４】
本発明は、また、頂上部を含む河岸付近に小さな自然石を配設し、尖端部に向けて大きな自然石を配設したことを特徴とするトリピラ水制構造を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、自然形成型水制構造の合理性が採用し、長く伏した三角錐を基本とする形状の自然形成型水制構造を活用することができ、対象流量までの水制構造に共通する機能を有し、洪水に対する強度と安定性を併せ持ち、水流に対する抵抗を小さくして、水制周辺の洗掘量が小さく、河岸保全に有効であって、自然景観に優れたトリピラ水制構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例の立体図。
【図２】図１に示すトリピラ水制構造の平面図。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図。
【図４】図２のＹ−Ｙ断面図。
【図５】図３に河岸等を加えた図。
【図６】自然石を用いたトリピラ水制構造体のイメージ図。
【図７】本実施例の流況イメージ図。
【図８】本実施例と従来の直方体型水制工構造体の立体図。
【図９】本実施例と従来の直方体型水制工構造体の流速ベクトル比較図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は本発明の実施例であるトリピラ水制構造を示す立体図である。図２は図１に示すトリピラ水制構造の平面図であり、図３は図２のＸ−Ｘ断面を示し、図４は図２のＹ−Ｙ断面を示す。
【００１９】
図１において、トリピラ水制構造１００は、トリピラ水制構造体１（本体）で形成され、このトリピラ水制構造体１は、岸部から対岸に向け、水流に突出される三角錐形状２およびその反対側である岸部側に突出される岸部側形状３からなり、三角錐形状２と岸部側形状３は一体形とされ、山形形状をなす。岸部側形状は、岸部側に向かって上がった形状とされてもよいが、本実施例の場合、岸部側に向かって略同一高さとしてある。このように、水流に突出される三角錐形状２を有する構造をもって山形形状と称することとする。従って、この山形形状はその頂点部１１に向かう２つの尾根部を有し、これらの２つの尾根部は頂上部１１から岸部から水流へ対岸に向かう岸部方向尾根部１２と水流方向に向かう水流方向尾根部１３とからなる。
【００２０】
岸部方向尾根部１２の内、頂上部１１から対岸に向かって下る尾根部を対岸方向尾根部１２Ａと称し、頂上部１１から対岸とは反対方向の岸部に向かう尾根部を岸部方向尾根部１２Ｂと称する。水流方向尾根部１３の内、頂上部１１から上流側に向かって下る尾根部を上流側尾根部１３Ａと称し、下流側に向かって下る尾根部を下流側尾根部１３Ｂと称する。
【００２１】
各尾根部の尖端には、尖った形状の尖端部が形成され、それらはそれぞれ、上述の説明に従って対岸方向尖端部１４Ａ、岸部方向尖端部１４Ｂ、上流方向尖端部１５Ａ、下流方向尖端部１５Ｂと称する。三角錐形状２は、上流側に上流側表面部１６Ａ、下流側に下流側表面部１６Ｂを有し、上流側表面部１６Ａおよび下流側表面部１６Ｂはそれらの端線が底面部２１（図３）の底面端に接する端線部１７Ａ、１７Ｂを有する。
【００２２】
岸部側形状３は上流側に上流側表面部１８Ａ、下流側に下流側表面部１８Ｂを有し、上流側表面部１８Ａおよび下流側表面部１８Ｂはそれらの端線が底面部２１の底面側および岸部２２（図３）に接する端線部１９Ａ、１９Ｂを有し、これらの表面部１８Ａ、１８Ｂは上流側および下流側に下り、それらの断面で尾根部１４Ｂと同様に岸部に向けて同一高さとなる。
【００２３】
以上の構成において、河川３０の水流中に岸部２２から突出させて水流の制御を行い、河岸洗掘を抑制するトリピラ水制構造１００が形成される。トリピラ水制構造１００の各部の構造は次のように形成される。
【００２４】
トリピラ水制構造１００は、岸部から対岸すなわち河川に向け、水流に突出させられる。上流側表面部１６Ａ、下流側表面部および底面部２１からなる三角錐型形状２を備えたトリピラ水制構造体１で形成される。
【００２５】
トリピラ水制構造体１は、対岸に向けて形成され、配置される三角錐型形状２の上流方向尖端部１４Ａ、すなわち尖端部（特に断わらなければ尖端部と称した場合、上流方向尖端部１４Ａを指し、尖端部１４Ａと記載する。）を有し、表面が自然石、割石、石張り、コンクリート張り、コンクリートブロック積み、あるいはこれらの組み合わせから形成され、三角錐型形状２の高さが頂上部１１から底面部２１に向けておろした足から尖端部１４Ａまでの長さより短いものとされ、尾根部１２の対岸方向尾根部１２Ａ（特に断わらなければ尾根部と称した場合、対岸方向尾根部１２Ａを指し、尾根部１２Ａと記載する。）が三角錐型形状２の頂上部１１から尖端部１４Ａに向けて直線状あるいはトリピラ水制構造体１の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成される。
【００２６】
上述の表面の内、尾根部１２Ａから底面端、すなわち端線部１７Ａに向けて形成された上流側の上流側表面部１６Ａは、尾根部１２Ａに連続してトリピラ水制構造体１の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成されて底面部２１に向かう斜面とされ、底面端に接する端線部１７Ａが上流側表面部１６Ａに連続して滑らかな窪み状の弧状に形成される。この斜面を端線部１７Ａに向けてまっすぐにおろした直下線２０Ａの一部は、内方への曲線あるいは直線であってもよい。対称の位置に直下線２０Ｂが存在する。
【００２７】
本実施例の場合、上流側表面部１６Ａと下流側表面部１６Ｂとは、尾根部１２Ａを中心線として左右対称に形成される。しかし、後述するように、水流の制御に当って、上流側表面部１６Ａおよび端線部１７Ａの機能は、下流側表面部１６Ｂおよびその端線部１７Ｂの機能に比べて数段重要であるので、上流側の構成を上述にしたような構造として、上流側表面部１６Ａと下流側表面部１６Ｂとは、尾根部１２Ａを中心線として左右非対象配置として設計を簡便なものとしてもよい。
【００２８】
本実施例のトリピラ水制構造体１は、次のような特徴を持つ。
・三角錐形状２を有していて、その形状は鏃（やじり）のようであり、尖端部１４Ａほど尖っている。
・トリピラ水制構造体１の平面形状としての上流側表面部１６Ａ、尾根部１２Ａおよび尾根部１３Ａから端線部１７Ａに向けて凹状とする弧状の曲線形状を呈している。
・尾根部１２Ａの形状は直線または凹状とする弧状の曲線形状を呈して、尖端部１４Ａに向けて徐々に下っている。
・端線部１７Ａの形状は、弧状の曲線形状を呈している。
・トリピラ水制構造体１の下流側部分の構造は、尾根部１２Ａを中心線として上流側部分と対称構造としてもよいし、非対称構造のいずれでも構わない。下流側表面部１６Ｂは、上流側表面部１６Ａと同様に凹状となる弧状の曲線形状であってもよいし、直線による平面形状としてもよい。
・トリピラ水制構造体１の施工は、自然石・割石による捨石の他、石張りやコンクリート張り、あるいはコンクリートブロック積み、これらの組み合せなど(４)河川状況に応じて各種材料の使用が可能である。
・トリピラ水制構造体１は、従来の直方体型水制構造体に比べて、水流、特に洪水流に対する抵抗が小さいことから水制周辺の洗掘量が少なく、河岸保全に有効であり、自然形成の造形物をモチーフにした自然景観に優れた機能と効果を有する。
【００２９】
図２は、トリピラ水制構造１００の平面を示す。トリピラ水制構造体１の尖端部１４Ａは尖った形状を有する。上流側表面部１６Ａの弧状の曲線形状について説明する。
【００３０】
図２に示す例において、１４Ａと１４Ｂとの間の長さは６．５ｍ、１４Ａと１１との間はｂ＝５ｍに設定される。１５Ａと１５Ｂとの間の長さは１０ｍに設定され、１５Ａと１１および１１と１５Ｂとの長さはそれぞれａ＝５ｍに設定される。
【００３１】
１４Ａと１５Ａとを結ぶ直線と端線部１７Ａの端線の最大幅をｃとする。
【００３２】
曲線形状は、図２のａ：ｂ：ｃの比率で示すと、概ねａを基準にして、ａ：ｂ：ｃ＝１：１．０〜１．３：０．１〜０．３である。
【００３３】
トリピラ水制構造体１の大きさは、河川状況（流量、川幅、水深等）や目的（水流の制御、河岸洗掘の制御等）に応じて変化するが、曲線形状は上記の比率が採用される。
【００３４】
図３は、トリピラ水制構造体１の尾根線上のＸ−Ｘ断面を示す。トリピラ水制構造の高さは２ｍに設定される。
【００３５】
図４は、トリピラ水制構造体１の尾根部１２Ａの頂上部１１から端線部１７の底面端までのＹ−Ｙ断面である。この図に示すように、頂上部１１から底面部２１に向けての形状は、直線または窪み状の、すなわち凹状の弧状の曲線形状となる。
【００３６】
図５は、図３に河床３１、河床３１と尖端部１４Ａ間に設けた石組３２および護岸基礎工３３を示す。図５において平水位が示される。尾根部１２Ａの形状は、直線または水制の尖端部１４Ａに向けて凹状の弧状の曲線形状である。頂上部１１（変化点）から岸部２２までの尾根部１２Ｂの擦り付け区間は１．５ｍである。頂上部１１の高さ、すなわち水制上の高さは２ｍとされる。擦り付け区間の幅は、河岸の岸部２２状況に応じて変化する。
【００３７】
トリピラ水制構造体１の高さは２ｍであるが、河川状況（流量、川幅、水深等）や目的（水流の制御、河岸洗掘の制御等）に応じて変化する。このように三角錐型形状２の高さが頂上部１１から底面部２１に向けておろした足から尖端部１４までの長さよりも短いものとされる。しかし、これに限定されない。
・トリピラ水制構造１の施工は、自然石・割石の他、石張りやコンクリート張り、あるいはコンクリートブロック積み、あるいはこれらの組み合せなど河川状況に応じて各種材料の使用が可能である。
・図６は自然石を用いたトリピラ水制構造体１のイメージ図である。図６（ａ）は平面イメージ、図６（ｂ）は横断イメージを示す。相対的に径の大きい石は、トリピラ水制構造体１の上流側における河岸接続部からトリピラ水制構造体の尖端部に掛けての水あたりの大きい場所に配置される。
・仮設を行う際には、仮締切を行わなくても施工が可能である。
【００３８】
次に、機能について説明する。
【００３９】
図７は、トリピラ水制構造体１を採用した時の流況イメージ図である。図７には、流量を平水流量、年１回程度の洪水、大洪水に相当する小、中、大の３段階に分けて、各流量時の上層と下層の平均的な流線を示している。
１）水位がトリピラ水制構造体１の底面部付近の流量の少ない時の流れ（流量：小）
トリピラ水制構造体１の上流側斜面（壁面）をわずか斜めに流れ、トリピラ水制構造体の尖端部付近に近づくほど流れが束ねられるような形で下流側に向うまとまった流れが生じる。この傾向は上層流の方が明確となる。集束の度合いはトリピラ水制構造体の上流側斜面の勾配が大きいほど、かつトリピラ水制構造体縦断勾配の大きいほど顕著となる。
【００４０】
だたし、高さが一様で直壁を有する通常の斜め水制と比較すると、集束の度合いは緩和されており、著しい渦の発生はなく、トリピラ水制構造体１周辺の明確な洗掘もない。
【００４１】
水位がトリピラ水制構造体１の底面部付近の流量の少ない時には、弧状の上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を、上流側表面部の斜面をわずか斜めに形成し、先端部付近に近づくほど流れを束ねるようにして河川中央側に向うまとまった流れの水流向を形成している。
２）水位がトリピラ水制構造体１の頂点付近の流量の時の流れ（流量：中）
流量（小）の流況が基本的には維持されるが、流速は若干大きくなり、全体としての流向が対岸向きから下流向きとなる。その傾向は下層流よりも上層流が顕著である。トリピラ水制構造体自体の安定性は、流れのねじれはあるものの、トリピラ水制構造体１周辺の強力な渦は発生しないので洗掘量は小さく、安全性は大きい。
【００４２】
水位がトリピラ水制構造体１の頂点部付近の流量の時には尾根部および上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を弧状の接線方向に形成して河川中央への向きとなし、その水流傾向を下層流よりも上層流の方を大きく形成している。
３）水位がトリピラ水制構造体１の頂点より高い流量の多き時大洪水の流れ（流量：大）
流量（大）にはやじり型のトリピラ水制構造体１は水面下となる。流況の整正効果及び河岸沿いの局所洗掘の軽減効果は存在する。
【００４３】
水位がトリピラ水制構造体１の頂点部より高い流量の多い時には、尾根部および上流側表面部の斜面が水流向を弧状接線方向に形成して整正効果を保持する。
【００４４】
流量が少ない低水・平水時には、本実施例であるトリピラ水制構造体１の上流側斜面（壁面）をわずか斜めに流れ、トリピラ水制構造体１の先端付近に近づくほど流れが束ねられるような形で下流側に向うまとまった流れが生じる。この傾向は上層流の方が明確となり、集束の度合いはトリピラ水制構造体１の上流側斜面の勾配が大きいほど、かつトリピラ水制構造体１縦断勾配の大きいほど顕著となる。ただし、高さが一様で直壁を有する通常の斜め水制と比較すると、集束の度合いは緩和されており、著しい渦の発生はなく、トリピラ水制構造体１周辺の明確な洗掘もない。次に年１回程度の洪水等にも低平水流量時の流況が基本的には維持されるが、流速は若干大きくなり、全体としての流向が対岸向きから下流向きとなる。その傾向は下層流よりも上層流の方が顕著であることから流れのねじれはあるが、トリピラ水制構造体１周辺の強力な渦は発生しないので洗掘に対する安全性は大きい。見方を変えると、トリピラ水制構造体１全体としての抗力は通常水制に比して小さいことがわかる。トリピラ水制構造体１はこの段階の流量時にも流況を整正し、かつ局所洗掘を抑制する効果を有すると解釈することができよう。大洪水時にはトリピラ水制構造体１は水面下となるが、流況の整正効果及び河岸沿いの局所洗掘軽減効果は存在する。
【００４５】
なお、トリピラ水制構造体１の施工はリップラップの他、石張りやコンクリート張り、あるいはブロック積みなど、河川の流れの程度に応じて各種の材料の使用が可能であり、基礎工が軽量物でよいことから大規模な仮締切が不要となるなどの利点がある。また、自然形成型であることから、自然景観への阻害が軽減される場合が多いことも理解されよう。さらに、トリピラ水制構造体１適用範囲は基本的特性から判断する限り、自然形成されない場所にも拡張することが可能と判断される。
【００４６】
次に従来型との流況比較を行う。
【００４７】
本実施例であるトリピラ水制構造体１と従来型の直方体型水制構造体について、２次元流況計算による流況比較を示す。双方の対象とした水制構造体の立体図を図８に示す。水制長と水制高は５ｍと２ｍに設定している。河床は河床変動や局部洗掘のない固定床としている。
【００４８】
図９は、本実施例であるトリピラ水制構造体１と従来型の直方体型水制構造体を真上からみた流速ベクトルを流量別（Ｑ＝２５０・５００ｍ３／ｓ）に示している。
【００４９】
計算条件としては、既存の計算プログラムを用いて、定常流量で計算を行っている。河道地形は河床勾配１／２００、粗度係数０．０３５とし、台形断面の直線河道である。計算格子は、ｘ＝２００、ｙ＝１００（１００ｍ×５０ｍ）とし、１メッシュ０．５ｍ×０．５ｍである。
【００５０】
以下に主要な結果を列挙する。
１）トリピラ水制構造体１ではＱ＝２５０・５００ｍ３／ｓ共にトリピラ水制構造体１周辺の流況がスムーズに連続して流下している。Ｑ＝２５０ｍ３／ｓ時にはトリピラ水制構造体１沿いに河道中央側に流向を変えているが、Ｑ＝５００ｍ３／ｓ時にはトリピラ水制構造体１の天端上を直線的に流下し、トリピラ水制構造体１の少し離れた下流側では局部的な流速増大が見られる。
２）直方体型水制工構造体では、トリピラ水制構造体１の場合に比べて流れの急変があり、Ｑ＝２５０ｍ３／ｓ時にはトリピラ水制構造体１の上下流において平面渦の形成がみられる。Ｑ＝５００ｍ３／ｓ時にはトリピラ水制構造体１の天端上を直線的に流下し、その下流ｘ＝５５ｍ付近の河岸近傍で局部的な落ち込み流れがみられる。
３）トリピラ水制構造体１の河道中央側への影響範囲は、Ｑ＝２５０・５００ｍ３／ｓ共に直方体型水制構造体の方が大きい。トリピラ水制構造体の河道中央側への影響範囲は先端を基準にして、５００ｍ３／ｓの場合で横断方向に５ｍ下流方向へ１０ｍ程度である。
【００５１】
トリピラ水制構造体１は、直方体型水制工構造体と比べて、水制本体の上流側面の水あたりが弱く、かつトリピラ水制構造体１の上流側と下流側において渦の発生が難しい形状特性を持っている。さらに、トリピラ水制構造体１の尖端部より下流側の流況については、トリピラ水制構造体１は、直方体型水制工構造体と比べて、流勢が小さく、その流況変化の範囲が狭い特性を持っている。これらの結果からトリピラ水制構造体１は以下のような効果が期待できる。
１）流れによる抵抗が小さいので、トリピラ水制構造体１の破損を抑える効果がある。
２）渦の発生は河岸洗掘等を招くことがあり、海岸洗掘の抑制に効果がある。
３）トリピラ水制構造体１の尖端部の流れを束ねる効果があり、流水を制御する効果がある。
【符号の説明】
【００５２】
１…トリピラ水制構造体（本体）、２…三角錐形状、３…岸部側形状、１１…頂上部、１２…岸部方向尾根部、１２Ａ…対岸方向尾根部、１２Ｂ…岸部方向尾根部、１３…水流方向尾根部、１３Ａ…上流側尾根部、１３Ｂ…下流側尾根部、１４、１５…尖端部、１４Ａ…対岸方向尖端部、１４Ｂ…岸部方向尖端部、１５Ａ…上流方向尖端部、１５Ｂ…下流方向尖端部、１６Ａ…上流側表面部、１６Ｂ…下流側表面部、１７Ａ、１７Ｂ…端線部、１８Ａ…岸部側形状の上流側表面部、１８Ｂ…岸部側形状の下流側表面部、１９Ａ、１９Ｂ…端線部、２０Ａ、２０Ｂ…直下線、２１…底面部、２２…岸部、１００…トリピラ水制構造。
【技術分野】
【０００１】
トリピラ水制構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
水制構造建設の歴史は古い。利根川や信濃川においては、河川改修の初期の段階で流路安定対策に長い水制が適用された。木曽川や淀川でも舟運にも役立つ大型の水制構造が建設された。急流河川についても、実用的な水制構造の研究が行われた。その典型例は常願寺川のピストル水制構造であり、その新技術が評価された。そして、水制構造の施工例の増加があった。戦後初期の段階で水制構造に関する全国調査が実施され、水制構造に関する考え方の整理が行われた。しかし、それにもかかわらず１９６０年代以降、水制構造は敬遠されているとみなしうる。河岸保護構造としては、護岸の力学設計法と美しい山河を守る災害復旧基本方針を基本とした技術指針に基づいて全国規模で工事が行われている。その多くは災害後の対策構造として実施され、そのなかで水制構造が検討される事例は限定的である。その結果、一部の河道においてみおの鮮明化が生じた。みおの鮮明化とは、新しく建設された護岸沿いに流れを呼込み、やがてみお部の河床低下・みお部の低水路幅の縮小・河岸と平行するみお部対岸の砂州の発達（砂州高の上昇）・みおと砂州の比高差の増大・低水路の流量容量の増大・砂州の冠水頻度の減少・砂州における植生の繁茂と安定化・みおの延伸・蛇行システムの変形・クランクフローの発達等の諸現象を統括するものである。さらに付帯事項として、護岸工事（特に基礎構造）に伴う仮締切の設置も看過できないことがある。これは、河床表層のアーマーコートやペイブメントを乱し、あるいは流路の安定した蛇行地形を局所的に変更するものであり、ときに悪影響をもたらすものである。そこで、水制構造の施工例は復活傾向にある。しかし、未だ事例数は多くはない。その限りにおいて、水理的かつ河川工学上の合理性があり、その合理性の根拠や内容が明瞭で、かつ技術評価が容易であることが求められている。
【０００３】
特許文献１には、河岸の所望位置に、河川の中央に向かって流れとほぼ直角に形成される水制構造であって、角錐台形状にして表面に凹凸を形成したブロックを設け、河底に前記ブロックを先細り部を下方にして、河岸から河川の中央に向かって流れとはほぼ直角に並設且つ積み上げたことを特徴とする水制構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１８６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水理的に合理性ある自然形成型（不透過の越流型）の水制構造を取上げる。合理性の内容としては、対象流量までの一般の水制構造に共通する機能を有し、通常洪水に対する強度と安定を併せ持つことである。このような構造物として、土砂量が少ない礫河川において長期的に安定して存在し、水制機能を発揮している自然形成の砂礫帯がある。これは長く伏した三角錐を基本とする形状となっている。発明者等は、このような水制構造について、類似形状水制構造の実験結果の吟味、２次元水理計算の実施、及び適用性の検討を行い、自然形成型水制構造の合理性について考察を行った。その結果、川の自然の営力を反映した構造物という利点性、及び今後の発展性を示唆することができ、これまで注目されることのなかった自然の造形物が有する水制構造機能を評価した実際面での提案を行うに至った。
【０００６】
特許文献１の記載の発明にあっては、自然形成型の水制構造の合理性が採用されているとはいえない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みて長く伏した三角錐を基本とする形状の自然形成型の水制構造を活用し、対象流量までの水制構造に共通する機能を有し、洪水に対する強度と安定性を併せ持ち、水流に対する抵抗を小さくして水制構造体周辺の洗掘量が小さく、河岸保全に有効であって、自然景観に優れたトリピラ水制構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
河川における注目すべき合理性が、長期にわたって安定した自然の各種の造形物に存在する。その一例として自然形成の水制構造が現実の河川において見られることがある。これにより河岸地形と安定した蛇行流路が維持されている場合には、明瞭な水制機能が存在すると判断される。例えば、中国の怒江は流砂量の少ない極めて安定した礫河川であるが、処々にこのような水制構造状の自然造形物がほぼ連続して見られる。日本の河川においても、巨石・玉石・礫などの多い渓谷等において存在例がある。これらの自然形成水制構造に共通する形状の特徴は、緩い斜面を有し、かつ方向が斜めの三角錐であり、英文では、Laid Triangular Sharp Pyramid Type Groyne(Tri-Pyra Groyne)と表現できることから、以降これらの基本形を尊重した水制構造を自然形成型水制構造とし、「トリピラ水制構造」と呼称する。
【０００９】
トリピラ水制構造の形状と似た形状を部分的に持つ水制構造に荒籠（あらこ）がある。注目点は荒籠の側面及び先端部の斜面形状である。荒籠は九州の潟土（ガタド）河川において設置され、大規模な河道掘削の影響等によって損壊したものを除くと、古いものが数多く現存しており安定した構造物と評価される。なかには２００年以上の長期わたって機能を維持しているものも存在する。このことは局所洗掘が問題となる通常の水制構造と異なり、水制構造の先端や側面における洗掘が顕著でなく、水制構造自体の安定性が大きいことを意味していると思われる。
【００１０】
トリピラ水制構造は荒籠の検討例から明らかにされた水制構造先端部等の形状の効果を水制構造全体に拡張したものと位置付けられる。ここでは、このことを定性的に考察の後、２次元流の数値実験によって検討を行った。これは水制構造周辺の洗掘量が小さいことから洪水流の局所的３次元性が低いと判断されることによる。その結果、トリピラ水制構造は流量が小さいときに水制構造の機能が大きいこと、及び流量が大きいときには自然の抵抗と自身周辺の局所洗掘の低減効果を有することなどもあり、安定度が大きいことが判明した。
【００１１】
本発明は、具体的には、
河川の水流中に岸部から突出させて水流の制御を行い、河岸洗掘を抑制するトリピラ水制構造において、
岸部から対岸に向け、水流に突出させられる、上流側表面部、下流側表面部および底面部からなる三角錐型形状を備えたトリピラ水制構造体で形成され、
該トリピラ水制構造体は、対岸に向けて形成された三角錐型形状の尖端部を有し、表面が自然石、割石、石張り、コンクリート張り、コンクリートブロック積み、あるいはこれらの組み合わせから形成され、三角錐型形状の高さが頂上部から底面部に向けておろした足から尖端部までの長さより短いものとされ、尾根部が三角錐型形状の頂上部から尖端部に向けて直線状あるいはトリピラ水制構造体中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成され、
前記表面の内、尾根部から底面端に向けて形成された上流側の上流側表面部は、尾根部に連続してトリピラ水制構造体の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成されて底面部に向う斜面とされ、底面端に接する端線部が上流側表面部に連続して滑らかな窪み状の弧状に形成されて、
水位がトリピラ水制構造体の底面付近の流量の少ない時には、弧状の上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を、上流側表面部の斜面をわずか斜めに形成し、先端部付近に近づくほど流れを束ねるようにして河川中央側に向うまとまった流れの水流向を形成し、
水位がトリピラ水制構造体の頂上部付近の流量の時には尾根部および上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を弧状の接線方向に形成して河川中央への向きとなし、その水流向傾向を下層流よりも上層流の方を大きく形成し、
水位がトリピラ水制構造体の頂上部より高い流量の多い時には、尾根部および上流側表面部の斜面が水流向を弧状接線方向に形成して整正効果を保持すること
を特徴とするトリピラ水制構造を提供する。
【００１２】
本発明は、また、上流側表面部および下流側表面部は、尾根部を中心線として左右非対称に形成されることを特徴とするトリピラ水制構造を提供する。
【００１３】
本発明は、また、上流側表面部および下流側表面部は、尾根部を中心線として左右対称に形成されることを特徴とするトリピラ水制構造を提供する。
【００１４】
本発明は、また、頂上部を含む河岸付近に小さな自然石を配設し、尖端部に向けて大きな自然石を配設したことを特徴とするトリピラ水制構造を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、自然形成型水制構造の合理性が採用し、長く伏した三角錐を基本とする形状の自然形成型水制構造を活用することができ、対象流量までの水制構造に共通する機能を有し、洪水に対する強度と安定性を併せ持ち、水流に対する抵抗を小さくして、水制周辺の洗掘量が小さく、河岸保全に有効であって、自然景観に優れたトリピラ水制構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例の立体図。
【図２】図１に示すトリピラ水制構造の平面図。
【図３】図２のＸ−Ｘ断面図。
【図４】図２のＹ−Ｙ断面図。
【図５】図３に河岸等を加えた図。
【図６】自然石を用いたトリピラ水制構造体のイメージ図。
【図７】本実施例の流況イメージ図。
【図８】本実施例と従来の直方体型水制工構造体の立体図。
【図９】本実施例と従来の直方体型水制工構造体の流速ベクトル比較図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は本発明の実施例であるトリピラ水制構造を示す立体図である。図２は図１に示すトリピラ水制構造の平面図であり、図３は図２のＸ−Ｘ断面を示し、図４は図２のＹ−Ｙ断面を示す。
【００１９】
図１において、トリピラ水制構造１００は、トリピラ水制構造体１（本体）で形成され、このトリピラ水制構造体１は、岸部から対岸に向け、水流に突出される三角錐形状２およびその反対側である岸部側に突出される岸部側形状３からなり、三角錐形状２と岸部側形状３は一体形とされ、山形形状をなす。岸部側形状は、岸部側に向かって上がった形状とされてもよいが、本実施例の場合、岸部側に向かって略同一高さとしてある。このように、水流に突出される三角錐形状２を有する構造をもって山形形状と称することとする。従って、この山形形状はその頂点部１１に向かう２つの尾根部を有し、これらの２つの尾根部は頂上部１１から岸部から水流へ対岸に向かう岸部方向尾根部１２と水流方向に向かう水流方向尾根部１３とからなる。
【００２０】
岸部方向尾根部１２の内、頂上部１１から対岸に向かって下る尾根部を対岸方向尾根部１２Ａと称し、頂上部１１から対岸とは反対方向の岸部に向かう尾根部を岸部方向尾根部１２Ｂと称する。水流方向尾根部１３の内、頂上部１１から上流側に向かって下る尾根部を上流側尾根部１３Ａと称し、下流側に向かって下る尾根部を下流側尾根部１３Ｂと称する。
【００２１】
各尾根部の尖端には、尖った形状の尖端部が形成され、それらはそれぞれ、上述の説明に従って対岸方向尖端部１４Ａ、岸部方向尖端部１４Ｂ、上流方向尖端部１５Ａ、下流方向尖端部１５Ｂと称する。三角錐形状２は、上流側に上流側表面部１６Ａ、下流側に下流側表面部１６Ｂを有し、上流側表面部１６Ａおよび下流側表面部１６Ｂはそれらの端線が底面部２１（図３）の底面端に接する端線部１７Ａ、１７Ｂを有する。
【００２２】
岸部側形状３は上流側に上流側表面部１８Ａ、下流側に下流側表面部１８Ｂを有し、上流側表面部１８Ａおよび下流側表面部１８Ｂはそれらの端線が底面部２１の底面側および岸部２２（図３）に接する端線部１９Ａ、１９Ｂを有し、これらの表面部１８Ａ、１８Ｂは上流側および下流側に下り、それらの断面で尾根部１４Ｂと同様に岸部に向けて同一高さとなる。
【００２３】
以上の構成において、河川３０の水流中に岸部２２から突出させて水流の制御を行い、河岸洗掘を抑制するトリピラ水制構造１００が形成される。トリピラ水制構造１００の各部の構造は次のように形成される。
【００２４】
トリピラ水制構造１００は、岸部から対岸すなわち河川に向け、水流に突出させられる。上流側表面部１６Ａ、下流側表面部および底面部２１からなる三角錐型形状２を備えたトリピラ水制構造体１で形成される。
【００２５】
トリピラ水制構造体１は、対岸に向けて形成され、配置される三角錐型形状２の上流方向尖端部１４Ａ、すなわち尖端部（特に断わらなければ尖端部と称した場合、上流方向尖端部１４Ａを指し、尖端部１４Ａと記載する。）を有し、表面が自然石、割石、石張り、コンクリート張り、コンクリートブロック積み、あるいはこれらの組み合わせから形成され、三角錐型形状２の高さが頂上部１１から底面部２１に向けておろした足から尖端部１４Ａまでの長さより短いものとされ、尾根部１２の対岸方向尾根部１２Ａ（特に断わらなければ尾根部と称した場合、対岸方向尾根部１２Ａを指し、尾根部１２Ａと記載する。）が三角錐型形状２の頂上部１１から尖端部１４Ａに向けて直線状あるいはトリピラ水制構造体１の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成される。
【００２６】
上述の表面の内、尾根部１２Ａから底面端、すなわち端線部１７Ａに向けて形成された上流側の上流側表面部１６Ａは、尾根部１２Ａに連続してトリピラ水制構造体１の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成されて底面部２１に向かう斜面とされ、底面端に接する端線部１７Ａが上流側表面部１６Ａに連続して滑らかな窪み状の弧状に形成される。この斜面を端線部１７Ａに向けてまっすぐにおろした直下線２０Ａの一部は、内方への曲線あるいは直線であってもよい。対称の位置に直下線２０Ｂが存在する。
【００２７】
本実施例の場合、上流側表面部１６Ａと下流側表面部１６Ｂとは、尾根部１２Ａを中心線として左右対称に形成される。しかし、後述するように、水流の制御に当って、上流側表面部１６Ａおよび端線部１７Ａの機能は、下流側表面部１６Ｂおよびその端線部１７Ｂの機能に比べて数段重要であるので、上流側の構成を上述にしたような構造として、上流側表面部１６Ａと下流側表面部１６Ｂとは、尾根部１２Ａを中心線として左右非対象配置として設計を簡便なものとしてもよい。
【００２８】
本実施例のトリピラ水制構造体１は、次のような特徴を持つ。
・三角錐形状２を有していて、その形状は鏃（やじり）のようであり、尖端部１４Ａほど尖っている。
・トリピラ水制構造体１の平面形状としての上流側表面部１６Ａ、尾根部１２Ａおよび尾根部１３Ａから端線部１７Ａに向けて凹状とする弧状の曲線形状を呈している。
・尾根部１２Ａの形状は直線または凹状とする弧状の曲線形状を呈して、尖端部１４Ａに向けて徐々に下っている。
・端線部１７Ａの形状は、弧状の曲線形状を呈している。
・トリピラ水制構造体１の下流側部分の構造は、尾根部１２Ａを中心線として上流側部分と対称構造としてもよいし、非対称構造のいずれでも構わない。下流側表面部１６Ｂは、上流側表面部１６Ａと同様に凹状となる弧状の曲線形状であってもよいし、直線による平面形状としてもよい。
・トリピラ水制構造体１の施工は、自然石・割石による捨石の他、石張りやコンクリート張り、あるいはコンクリートブロック積み、これらの組み合せなど(４)河川状況に応じて各種材料の使用が可能である。
・トリピラ水制構造体１は、従来の直方体型水制構造体に比べて、水流、特に洪水流に対する抵抗が小さいことから水制周辺の洗掘量が少なく、河岸保全に有効であり、自然形成の造形物をモチーフにした自然景観に優れた機能と効果を有する。
【００２９】
図２は、トリピラ水制構造１００の平面を示す。トリピラ水制構造体１の尖端部１４Ａは尖った形状を有する。上流側表面部１６Ａの弧状の曲線形状について説明する。
【００３０】
図２に示す例において、１４Ａと１４Ｂとの間の長さは６．５ｍ、１４Ａと１１との間はｂ＝５ｍに設定される。１５Ａと１５Ｂとの間の長さは１０ｍに設定され、１５Ａと１１および１１と１５Ｂとの長さはそれぞれａ＝５ｍに設定される。
【００３１】
１４Ａと１５Ａとを結ぶ直線と端線部１７Ａの端線の最大幅をｃとする。
【００３２】
曲線形状は、図２のａ：ｂ：ｃの比率で示すと、概ねａを基準にして、ａ：ｂ：ｃ＝１：１．０〜１．３：０．１〜０．３である。
【００３３】
トリピラ水制構造体１の大きさは、河川状況（流量、川幅、水深等）や目的（水流の制御、河岸洗掘の制御等）に応じて変化するが、曲線形状は上記の比率が採用される。
【００３４】
図３は、トリピラ水制構造体１の尾根線上のＸ−Ｘ断面を示す。トリピラ水制構造の高さは２ｍに設定される。
【００３５】
図４は、トリピラ水制構造体１の尾根部１２Ａの頂上部１１から端線部１７の底面端までのＹ−Ｙ断面である。この図に示すように、頂上部１１から底面部２１に向けての形状は、直線または窪み状の、すなわち凹状の弧状の曲線形状となる。
【００３６】
図５は、図３に河床３１、河床３１と尖端部１４Ａ間に設けた石組３２および護岸基礎工３３を示す。図５において平水位が示される。尾根部１２Ａの形状は、直線または水制の尖端部１４Ａに向けて凹状の弧状の曲線形状である。頂上部１１（変化点）から岸部２２までの尾根部１２Ｂの擦り付け区間は１．５ｍである。頂上部１１の高さ、すなわち水制上の高さは２ｍとされる。擦り付け区間の幅は、河岸の岸部２２状況に応じて変化する。
【００３７】
トリピラ水制構造体１の高さは２ｍであるが、河川状況（流量、川幅、水深等）や目的（水流の制御、河岸洗掘の制御等）に応じて変化する。このように三角錐型形状２の高さが頂上部１１から底面部２１に向けておろした足から尖端部１４までの長さよりも短いものとされる。しかし、これに限定されない。
・トリピラ水制構造１の施工は、自然石・割石の他、石張りやコンクリート張り、あるいはコンクリートブロック積み、あるいはこれらの組み合せなど河川状況に応じて各種材料の使用が可能である。
・図６は自然石を用いたトリピラ水制構造体１のイメージ図である。図６（ａ）は平面イメージ、図６（ｂ）は横断イメージを示す。相対的に径の大きい石は、トリピラ水制構造体１の上流側における河岸接続部からトリピラ水制構造体の尖端部に掛けての水あたりの大きい場所に配置される。
・仮設を行う際には、仮締切を行わなくても施工が可能である。
【００３８】
次に、機能について説明する。
【００３９】
図７は、トリピラ水制構造体１を採用した時の流況イメージ図である。図７には、流量を平水流量、年１回程度の洪水、大洪水に相当する小、中、大の３段階に分けて、各流量時の上層と下層の平均的な流線を示している。
１）水位がトリピラ水制構造体１の底面部付近の流量の少ない時の流れ（流量：小）
トリピラ水制構造体１の上流側斜面（壁面）をわずか斜めに流れ、トリピラ水制構造体の尖端部付近に近づくほど流れが束ねられるような形で下流側に向うまとまった流れが生じる。この傾向は上層流の方が明確となる。集束の度合いはトリピラ水制構造体の上流側斜面の勾配が大きいほど、かつトリピラ水制構造体縦断勾配の大きいほど顕著となる。
【００４０】
だたし、高さが一様で直壁を有する通常の斜め水制と比較すると、集束の度合いは緩和されており、著しい渦の発生はなく、トリピラ水制構造体１周辺の明確な洗掘もない。
【００４１】
水位がトリピラ水制構造体１の底面部付近の流量の少ない時には、弧状の上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を、上流側表面部の斜面をわずか斜めに形成し、先端部付近に近づくほど流れを束ねるようにして河川中央側に向うまとまった流れの水流向を形成している。
２）水位がトリピラ水制構造体１の頂点付近の流量の時の流れ（流量：中）
流量（小）の流況が基本的には維持されるが、流速は若干大きくなり、全体としての流向が対岸向きから下流向きとなる。その傾向は下層流よりも上層流が顕著である。トリピラ水制構造体自体の安定性は、流れのねじれはあるものの、トリピラ水制構造体１周辺の強力な渦は発生しないので洗掘量は小さく、安全性は大きい。
【００４２】
水位がトリピラ水制構造体１の頂点部付近の流量の時には尾根部および上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を弧状の接線方向に形成して河川中央への向きとなし、その水流傾向を下層流よりも上層流の方を大きく形成している。
３）水位がトリピラ水制構造体１の頂点より高い流量の多き時大洪水の流れ（流量：大）
流量（大）にはやじり型のトリピラ水制構造体１は水面下となる。流況の整正効果及び河岸沿いの局所洗掘の軽減効果は存在する。
【００４３】
水位がトリピラ水制構造体１の頂点部より高い流量の多い時には、尾根部および上流側表面部の斜面が水流向を弧状接線方向に形成して整正効果を保持する。
【００４４】
流量が少ない低水・平水時には、本実施例であるトリピラ水制構造体１の上流側斜面（壁面）をわずか斜めに流れ、トリピラ水制構造体１の先端付近に近づくほど流れが束ねられるような形で下流側に向うまとまった流れが生じる。この傾向は上層流の方が明確となり、集束の度合いはトリピラ水制構造体１の上流側斜面の勾配が大きいほど、かつトリピラ水制構造体１縦断勾配の大きいほど顕著となる。ただし、高さが一様で直壁を有する通常の斜め水制と比較すると、集束の度合いは緩和されており、著しい渦の発生はなく、トリピラ水制構造体１周辺の明確な洗掘もない。次に年１回程度の洪水等にも低平水流量時の流況が基本的には維持されるが、流速は若干大きくなり、全体としての流向が対岸向きから下流向きとなる。その傾向は下層流よりも上層流の方が顕著であることから流れのねじれはあるが、トリピラ水制構造体１周辺の強力な渦は発生しないので洗掘に対する安全性は大きい。見方を変えると、トリピラ水制構造体１全体としての抗力は通常水制に比して小さいことがわかる。トリピラ水制構造体１はこの段階の流量時にも流況を整正し、かつ局所洗掘を抑制する効果を有すると解釈することができよう。大洪水時にはトリピラ水制構造体１は水面下となるが、流況の整正効果及び河岸沿いの局所洗掘軽減効果は存在する。
【００４５】
なお、トリピラ水制構造体１の施工はリップラップの他、石張りやコンクリート張り、あるいはブロック積みなど、河川の流れの程度に応じて各種の材料の使用が可能であり、基礎工が軽量物でよいことから大規模な仮締切が不要となるなどの利点がある。また、自然形成型であることから、自然景観への阻害が軽減される場合が多いことも理解されよう。さらに、トリピラ水制構造体１適用範囲は基本的特性から判断する限り、自然形成されない場所にも拡張することが可能と判断される。
【００４６】
次に従来型との流況比較を行う。
【００４７】
本実施例であるトリピラ水制構造体１と従来型の直方体型水制構造体について、２次元流況計算による流況比較を示す。双方の対象とした水制構造体の立体図を図８に示す。水制長と水制高は５ｍと２ｍに設定している。河床は河床変動や局部洗掘のない固定床としている。
【００４８】
図９は、本実施例であるトリピラ水制構造体１と従来型の直方体型水制構造体を真上からみた流速ベクトルを流量別（Ｑ＝２５０・５００ｍ３／ｓ）に示している。
【００４９】
計算条件としては、既存の計算プログラムを用いて、定常流量で計算を行っている。河道地形は河床勾配１／２００、粗度係数０．０３５とし、台形断面の直線河道である。計算格子は、ｘ＝２００、ｙ＝１００（１００ｍ×５０ｍ）とし、１メッシュ０．５ｍ×０．５ｍである。
【００５０】
以下に主要な結果を列挙する。
１）トリピラ水制構造体１ではＱ＝２５０・５００ｍ３／ｓ共にトリピラ水制構造体１周辺の流況がスムーズに連続して流下している。Ｑ＝２５０ｍ３／ｓ時にはトリピラ水制構造体１沿いに河道中央側に流向を変えているが、Ｑ＝５００ｍ３／ｓ時にはトリピラ水制構造体１の天端上を直線的に流下し、トリピラ水制構造体１の少し離れた下流側では局部的な流速増大が見られる。
２）直方体型水制工構造体では、トリピラ水制構造体１の場合に比べて流れの急変があり、Ｑ＝２５０ｍ３／ｓ時にはトリピラ水制構造体１の上下流において平面渦の形成がみられる。Ｑ＝５００ｍ３／ｓ時にはトリピラ水制構造体１の天端上を直線的に流下し、その下流ｘ＝５５ｍ付近の河岸近傍で局部的な落ち込み流れがみられる。
３）トリピラ水制構造体１の河道中央側への影響範囲は、Ｑ＝２５０・５００ｍ３／ｓ共に直方体型水制構造体の方が大きい。トリピラ水制構造体の河道中央側への影響範囲は先端を基準にして、５００ｍ３／ｓの場合で横断方向に５ｍ下流方向へ１０ｍ程度である。
【００５１】
トリピラ水制構造体１は、直方体型水制工構造体と比べて、水制本体の上流側面の水あたりが弱く、かつトリピラ水制構造体１の上流側と下流側において渦の発生が難しい形状特性を持っている。さらに、トリピラ水制構造体１の尖端部より下流側の流況については、トリピラ水制構造体１は、直方体型水制工構造体と比べて、流勢が小さく、その流況変化の範囲が狭い特性を持っている。これらの結果からトリピラ水制構造体１は以下のような効果が期待できる。
１）流れによる抵抗が小さいので、トリピラ水制構造体１の破損を抑える効果がある。
２）渦の発生は河岸洗掘等を招くことがあり、海岸洗掘の抑制に効果がある。
３）トリピラ水制構造体１の尖端部の流れを束ねる効果があり、流水を制御する効果がある。
【符号の説明】
【００５２】
１…トリピラ水制構造体（本体）、２…三角錐形状、３…岸部側形状、１１…頂上部、１２…岸部方向尾根部、１２Ａ…対岸方向尾根部、１２Ｂ…岸部方向尾根部、１３…水流方向尾根部、１３Ａ…上流側尾根部、１３Ｂ…下流側尾根部、１４、１５…尖端部、１４Ａ…対岸方向尖端部、１４Ｂ…岸部方向尖端部、１５Ａ…上流方向尖端部、１５Ｂ…下流方向尖端部、１６Ａ…上流側表面部、１６Ｂ…下流側表面部、１７Ａ、１７Ｂ…端線部、１８Ａ…岸部側形状の上流側表面部、１８Ｂ…岸部側形状の下流側表面部、１９Ａ、１９Ｂ…端線部、２０Ａ、２０Ｂ…直下線、２１…底面部、２２…岸部、１００…トリピラ水制構造。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川の水流中に岸部から突出させて水流の制御を行い、河岸洗掘を抑制するトリピラ水制構造において、
岸部から対岸に向け、水流に突出させられる、上流側表面部、下流側表面部および底面部からなる三角錐型形状を備えたトリピラ水制構造体で形成され、
該トリピラ水制構造体は、対岸に向けて形成された三角錐型形状の尖端部を有し、表面が自然石、割石、石張り、コンクリート張り、コンクリートブロック積み、あるいはこれらの組み合わせから形成され、三角錐型形状の高さが頂上部から底面部に向けておろした足から尖端部までの長さより短いものとされ、尾根部が三角錐型形状の頂上部から尖端部に向けて直線状あるいはトリピラ水制構造体中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成され、
前記表面の内、尾根部から底面端に向けて形成された上流側の上流側表面部は、尾根部に連続してトリピラ水制構造体の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成されて底面部に向う斜面とされ、底面端に接する端線部が上流側表面部に連続して滑らかな窪み状の弧状に形成されて、
水位がトリピラ水制構造体の底面付近の流量の少ない時には、弧状の上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を、上流側表面部の斜面をわずか斜めに形成し、先端部付近に近づくほど流れを束ねるようにして河川中央側に向うまとまった流れの水流向を形成し、
水位がトリピラ水制構造体の頂上部付近の流量の時には尾根部および上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を弧状の接線方向に形成して河川中央への向きとなし、その水流向傾向を下層流よりも上層流の方を大きく形成し、
水位がトリピラ水制構造体の頂上部より高い流量の多い時には、尾根部および上流側表面部の斜面が水流向を弧状接線方向に形成して整正効果を保持すること
を特徴とするトリピラ水制構造。
【請求項２】
請求項１において、上流側表面部および下流側表面部は、尾根部を中心線として左右非対称に形成されることを特徴とするトリピラ水制構造。
【請求項３】
請求項１において、上流側表面部および下流側表面部は、尾根部を中心線として左右対称に形成されることを特徴とするトリピラ水制構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、頂上部を含む河岸付近に小さな自然石を配設し、尖端部に向けて大きな自然石を配設したことを特徴とするトリピラ水制構造。
【請求項１】
河川の水流中に岸部から突出させて水流の制御を行い、河岸洗掘を抑制するトリピラ水制構造において、
岸部から対岸に向け、水流に突出させられる、上流側表面部、下流側表面部および底面部からなる三角錐型形状を備えたトリピラ水制構造体で形成され、
該トリピラ水制構造体は、対岸に向けて形成された三角錐型形状の尖端部を有し、表面が自然石、割石、石張り、コンクリート張り、コンクリートブロック積み、あるいはこれらの組み合わせから形成され、三角錐型形状の高さが頂上部から底面部に向けておろした足から尖端部までの長さより短いものとされ、尾根部が三角錐型形状の頂上部から尖端部に向けて直線状あるいはトリピラ水制構造体中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成され、
前記表面の内、尾根部から底面端に向けて形成された上流側の上流側表面部は、尾根部に連続してトリピラ水制構造体の中心側に対して滑らかな窪み状の弧状に形成されて底面部に向う斜面とされ、底面端に接する端線部が上流側表面部に連続して滑らかな窪み状の弧状に形成されて、
水位がトリピラ水制構造体の底面付近の流量の少ない時には、弧状の上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を、上流側表面部の斜面をわずか斜めに形成し、先端部付近に近づくほど流れを束ねるようにして河川中央側に向うまとまった流れの水流向を形成し、
水位がトリピラ水制構造体の頂上部付近の流量の時には尾根部および上流側表面部の斜面及び端線部が水流向を弧状の接線方向に形成して河川中央への向きとなし、その水流向傾向を下層流よりも上層流の方を大きく形成し、
水位がトリピラ水制構造体の頂上部より高い流量の多い時には、尾根部および上流側表面部の斜面が水流向を弧状接線方向に形成して整正効果を保持すること
を特徴とするトリピラ水制構造。
【請求項２】
請求項１において、上流側表面部および下流側表面部は、尾根部を中心線として左右非対称に形成されることを特徴とするトリピラ水制構造。
【請求項３】
請求項１において、上流側表面部および下流側表面部は、尾根部を中心線として左右対称に形成されることを特徴とするトリピラ水制構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかにおいて、頂上部を含む河岸付近に小さな自然石を配設し、尖端部に向けて大きな自然石を配設したことを特徴とするトリピラ水制構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１８４８８４（Ｐ２０１１−１８４８８４Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４８９０５（Ｐ２０１０−４８９０５）
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年２月１日 土木学会水工学委員会発行の「水工学論文集 第５４巻２０１０年２月号」に発表
【出願人】（５１００６３１９９）中央技術株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２２年２月１日 土木学会水工学委員会発行の「水工学論文集 第５４巻２０１０年２月号」に発表
【出願人】（５１００６３１９９）中央技術株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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